專利名稱：一種交流永磁電機鋼板軸向疊壓式轉子的制作方法
技術領域：
本發明屬于電氣工程技術領域，涉及一種交流電機轉子，尤其是涉及一種交流永磁電機轉子結構。
背景技術：
隨著永磁同步電機技術的日趨成熟，其功率因數高、效率高、功率因數和效率不隨負載的變化大幅度波動等特性倍受青睞。目前，永磁電機已經成功應用到礦山機械、石油機械、電動汽車等多種工業領域。轉子作為永磁電機的重要組成部分，其結構與裝配的合理設計對于永磁電機穩定高效運行具有重要影響。傳統永磁電機轉子分為兩種磁路結構，即表貼式轉子磁路結構和切向式轉子磁路結構。表貼式轉子磁路結構具有制造工藝簡單、成本低、安裝方便等特點，其轉子磁極的安裝方法主要是在圓弧形磁鋼上鉆螺釘孔，通過螺釘和膠水的配合使用將磁鋼整齊緊固在 轉子軛部卷筒外表面形成磁極，磁鋼安裝完成后涂膠，將磁鋼進一步黏貼固定在卷筒外表面，目前表貼式永磁電機已得到廣泛應用。然而對于表貼式磁路結構永磁電機，電機轉速通常在500r/min以下的低速段，限制了其使用范圍，主要原因為表貼式永磁電機當轉速高于500r/min時,會產生沿電機轉子軸向分布的潤流，由潤流引起的發熱可能引起磁鋼退磁、甚至失磁，影響電機的正常運行。永磁同步電動機的基本原理是，定子對稱繞組中通入的對稱電流產生的旋轉磁場，與由轉子磁極產生的磁場相互作用，實現電能與機械能之間的轉換。當電機穩定運行時，由于電機轉速與旋轉磁場的轉速相同，不存在相對運動，因此理論上電機轉子表面不會產生渦流損耗，轉子軛部可以采用實心鋼板整體卷制。但是由于電機實際運行過程中電源不能保證嚴格對稱、定子開槽引起的齒槽效應、時間諧波和空間諧波等因素的存在都會使實心轉子表面產生軸向分布的渦流損耗，并且隨著電機轉速的提高，此損耗將會變得可觀，加上轉子軛部卷筒位于電機內部，散熱條件差，進而就會引起轉子發熱，溫度升高等問題。而磁鋼的正常工作有溫度限制，超過磁鋼允許的最高溫度，其就會出現退磁，甚至失磁現象，直接影響到永磁電機的運行和性能。因此當電機轉速在中高速段時，轉子軛仍然采用實心鋼板卷制就會造成電機轉子表面渦流損耗大、發熱嚴重、磁鋼退磁等問題，此結構顯然不合理；采用硅鋼片疊壓的方法制造轉子軛，可以明顯減小電機轉子表面的渦流損耗，改善由于渦流損耗而引起的一系列問題，但是這種制造方法存在工藝復雜、材料利用率低、成本較高、機械強度差等問題。另外，在一些場合表貼式磁極結構無法提供足夠高的每極磁通。傳統切向式轉子磁路結構由于永磁體和極靴的固定方式不同，通常分為切向套環式轉子磁路結構、切向槽楔式轉子磁路結構和內置切向式轉子磁路結構等.。切向式轉子磁路結構轉子機械強度高，電機額定轉速可以做高，并且切向式磁路一個磁極下的磁通由相鄰的兩個磁極并聯提供，當電機極數較多、表貼式磁路結構不能提供足夠的每極磁通時，這種結構的優勢顯得尤為突出，但切向式轉子結構磁鋼安裝存在工藝問題。傳統切向式磁路結構轉子沖片尺寸較大，沖片加工精度低，轉子永磁體槽不能與磁鋼精確配合。轉子沖片永磁體槽尺寸過大，電機旋轉時磁鋼會與永磁體槽產生碰撞，嚴重時甚至導致磁鋼碎裂損壞；轉子沖片永磁體槽尺寸太小，又會給磁鋼安裝帶來麻煩，甚至磁鋼無法嵌入。此外，切向式轉子結構還存在磁鋼軸向竄動等問題。切向式磁路一個極下的磁通由相鄰的兩個磁極并聯提供，能夠保證足夠的每極磁通，但較表貼式磁路結構，切向式磁路結構漏磁較大，致使永磁體材料利用率較低。目前，永磁體價格昂貴，永磁體利用率低，變相的增加了電機的制造成本，不利于永磁電機的推廣和使用。為解決上述諸多問題，國內外有過一些探索，而且申報了一些專利。在加強表貼式轉子機械強度、降低磁鋼潤流損耗方面，專利號200580044565. 9,名稱是用于永磁電機的轉子結構提出，在殼體結構與磁鋼之間安裝磁性復合材料，通過殼體結構加強轉子機械強度，通過磁鋼外表面的磁性復合材料降低渦流損耗。專利號201110061587. 3，名稱是永磁電
機磁極機械固定結構同樣提出一種用于加強表貼式永磁電機轉子機械強度的結構。但上述兩種方案都存在結構復雜，加工工藝難度大等不足。在優化永磁電機反電勢波形，削弱永磁電機轉矩脈動方面，專利號200920112928. 3，名稱是采用不等厚磁鋼的永磁電機提出，將表貼式永磁電機轉子磁鋼做成不等厚結構，以改善氣隙磁密波形，進而起到優化永磁電機反電勢波形作用。專利號200920112927. 9，名稱是具有轉子磁鋼傾斜結構的永磁電機提出，將表貼式永磁電機轉子磁鋼相對于轉子轉軸方向傾斜設置，通過轉子磁極傾斜以削弱反電勢諧波，起到優化反電勢波形作用，但所述磁鋼形狀特殊，磁鋼加工工藝難度較大，加工成本較聞。
發明內容
發明目的本發明提供一種交流永磁電機用轉子結構，其目的在于采用表貼式磁路結構，軸向疊壓的方法代替整塊鋼板卷制的制造方法，以避免內置式磁路結構工藝復雜、制造困難、漏磁較大、永磁體利用率低；或者因轉子軛部卷筒整體加工而引起的渦流損耗大、發熱嚴重、容易引起永磁體退磁等不足，并將表貼式磁路結構永磁同步電機轉速適用范圍由低速段拓展到了中高速段。技術方案
一種交流永磁電機鋼板軸向疊壓式轉子，其特征在于由若干組圓鋼板和支撐板沿軸向疊壓組裝在一起，軸向的兩端通過固定裝置緊固且定位；在圓鋼板之間、圓鋼板與支撐板之間均夾有絕緣材料；在圓鋼板的外側設置有永磁體，支撐板通過圓頭普通平鍵與電機的轉軸連接。所述軸向兩端的固定裝置為螺桿或銷釘。所述的絕緣材料為絕緣紙。所述的圓鋼板為3 50mm厚的普通低碳鋼板。絕緣材料的厚度為O. 2 O. 6mm范圍內。圓鋼板、支撐板和絕緣材料上均開有用于定位和緊固的圓孔；支撐板上還開有減重孔。優點效果本發明所述的交流永磁電機用轉子結構，與傳統的表貼式轉子磁路結構永磁電機相比，有以下優點采用圓鋼板(3-50_厚)軸向疊壓，各鋼板之間夾一層絕緣材料(O. 2-0. 6mm厚)組成的轉子軛，截斷了電機轉子軸向的渦流，能有效減小轉子軛部的軸向渦流損耗，降低了電機發熱程度和磁鋼發熱退磁的風險，解除了表貼式結構只適合做成低速永磁電機的限制，可以適用于中高速；支撐板直接與圓鋼板一起用螺桿或銷釘緊固且定位，省去了支撐板于轉子軛之間的焊接連接，工藝簡單，降低了成本。本發明所述的交流永磁電機用轉子結構，與傳統的內置式轉子磁路結構永磁電機相比，有以下優點采用圓鋼板(3-50_厚)疊壓而成，而非采用硅鋼片疊壓，圓鋼板和支撐板可采用普通低碳鋼，制造成本低，加工工藝簡單；轉子機械結構簡單，機械強度高，電機高速運行時，不會出現由于轉子沖片太大而引起的轉子機械變形問題；磁鋼漏磁小，且不需要采用隔磁材料隔磁。在電機轉子機械結構設計方面，本發明所述交流永磁電機用轉子結構結構巧妙，使用螺桿或銷釘將圓鋼板、支撐板緊固且定位，機械結構簡單，安裝方便，可靠性高。本發明所述交流永磁電機用轉子結構制造工藝簡單、機械性能可靠、實用性高，可以廣泛應用于永磁電機中，有效提高了電機運行性能、可靠性和使用壽命。
圖I為本發明的轉子結構示意 圖2為圖I的側視 圖3為圖I的A剖視 圖4為本發明的支撐板結構圖。圖5為本發明的轉子軛圓鋼板結構圖。圖6為本發明的絕緣紙示意圖。附圖標記說明I、轉軸，2、螺桿或銷釘，3、永磁體，4、圓鋼板，5、沉頭螺釘，6、支撐板，7、圓頭普通平鍵，8、絕緣紙，9、減重孔，10、圓孔。實施方式
本發明提供一種交流永磁電機用轉子結構，具有以下特點采用表貼式磁路結構，避免內置式磁路結構工藝復雜、制造困難、漏磁較大、永磁體利用率低等問題；磁鋼通過螺釘和膠水固定在轉子軛外表面，避免了切向式結構磁鋼安裝困難、軸向竄動等問題；采用圓鋼板(3-50_厚)軸向疊壓的方法代替整塊鋼板卷制的制造方法，并在圓鋼板之間疊壓一層絕緣材料(O. 2-0. 6_厚)，截斷了軸向分布的渦流，改善了因轉子軛部卷筒整體加工而引起的渦流損耗大、發熱嚴重、容易引起永磁體退磁等不足，并將表貼式磁路結構永磁同步電機轉速適用范圍由低速段拓展到了中高速段；用于轉軸連接的兩塊支撐板直接與轉子軛部圓鋼板用螺桿或銷釘緊固且定位，支撐板與轉軸之間通過鍵槽連接，工藝簡單。下面結合附圖對本發明進行詳細說明。如圖1、4、5、6所示，圓鋼板4、支撐板6和絕緣紙8上均開有用于定位和緊固的圓孔10 ;另外，支撐板6上還開有減重孔9 ;圓孔10和減重孔9的尺寸和數量均根據電機機械結構強度確定。在疊裝時，圓鋼板4與支撐板6用螺桿或銷釘2緊固且定位，并且，圓鋼板4之間、圓鋼板4與支撐板6之間均夾一層的絕緣紙8 ;根據永磁體3安裝的需要，在某幾塊圓鋼板4外表面開有螺釘孔，數量以滿足電機正常運行磁鋼不發生損壞為準進行選擇；永磁體3通過沉頭螺釘5和膠水固定在轉子軛外表面。在與支撐板6位置對應的轉軸I上面開有普通平鍵槽，普通平鍵槽7數量與支撐板6數量一致；轉軸I通過圓頭普通平鍵7與支撐板6相連接，沿軸向用焊接定位，至此，本發明所述的交流永磁電機用轉子結構組裝完畢。絕緣材料還可以采用其他非金屬材料替代絕緣紙8，如橡膠、樹脂等，絕緣材料的厚度為O. 2 O. 6mm范圍內。
圓鋼板4為3 50mm厚的普通低碳鋼板。支撐板6也可采用普通低碳鋼板。表貼式永磁電機轉子磁路結構一般采用鋼板整體卷制，當電機轉速高于500r/min時，會產生沿軸向的渦流，而通過本發明所提供的技術方案，就很好地解決了這一問題，工藝簡單，鋼板之間絕緣材料截斷了渦流，降低了磁鋼發熱，可以適用于中高速。本發明提高了永磁電機性能和運行可靠性，降低了成本，可廣泛應用于永磁電機當中。
權利要求
1.一種交流永磁電機鋼板軸向疊壓式轉子，其特征在于由若干組圓鋼板(4)和支撐板(6)沿軸向疊壓組裝在一起，軸向的兩端通過固定裝置緊固且定位；在圓鋼板(4)之間、圓鋼板(4)與支撐板(6)之間均夾有絕緣材料；在圓鋼板(4)的外側設置有永磁體(3)，支撐板(6 )通過圓頭普通平鍵(7 )與電機的轉軸(I)連接。
2.根據權利要求I所述的一種交流永磁電機鋼板軸向疊壓式轉子，其特征在于所述軸向兩端的固定裝置為螺桿或銷釘(2 )。
3.根據權利要求I所述的一種交流永磁電機鋼板軸向疊壓式轉子，其特征在于所述的絕緣材料為絕緣紙(8 )。
4.根據權利要求I所述的一種交流永磁電機鋼板軸向疊壓式轉子，其特征在于所述的圓鋼板(4)為3 50mm厚的普通低碳鋼板。
5.根據權利要求I或3所述的一種交流永磁電機鋼板軸向疊壓式轉子，其特征在于絕緣材料的厚度為0. 2 0. 6mm范圍內。
6.根據權利要求I所述的一種交流永磁電機鋼板軸向疊壓式轉子，其特征在于圓鋼板(4)、支撐板(6)和絕緣材料上均開有用于定位和緊固的圓孔(10);支撐板(6)上還開有減重孔(9)。
全文摘要
本發明屬于電氣工程技術領域，涉及一種交流電機轉子，尤其是涉及一種交流永磁電機轉子結構。其特征在于由若干組圓鋼板和支撐板沿軸向疊壓組裝在一起，軸向的兩端通過固定裝置緊固且定位；在圓鋼板之間、圓鋼板與支撐板之間均夾有絕緣材料；在圓鋼板的外側設置有永磁體，支撐板通過圓頭普通平鍵與電機的轉軸連接。本發明具有以下特點避免內置式磁路結構工藝復雜、制造困難、漏磁較大、永磁體利用率低等問題；避免了切向式結構磁鋼安裝困難、軸向竄動等問題；改善了因轉子軛部卷筒整體加工而引起的渦流損耗大、發熱嚴重、容易引起永磁體退磁等不足，并將表貼式磁路結構永磁同步電機轉速適用范圍由低速段拓展到了中高速段。
文檔編號H02K1/28GK102710047SQ20121019189
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月12日 優先權日2012年6月12日
發明者馮桂宏, 張宥, 張炳義 申請人:馮桂宏