專利名稱：分段式永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種徑向式永磁同步電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種用于高速鐵路列車永磁牽弓I電機的永磁體內(nèi)置分段式永磁同步電機轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
電機是以磁場為媒介進行機械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。為了在電機內(nèi)部建立進行機電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場，可以有兩種方法。一種是在電機繞組內(nèi)通以電流來產(chǎn)生磁場，例如普通的直流電機和電機。這種電勵磁的電機既需要有專門的繞組和相應(yīng)的裝置，又需要不斷提供給能量以維持電流流動；另一種是由永磁體產(chǎn)生磁場。由于永磁材料的固有特性，它經(jīng)過預(yù)先磁化(充磁)以后，不再需要外加能量就能在其周圍空間建立磁場，即所謂的永磁電機。永磁電機與傳統(tǒng)勵磁電機相比具有結(jié)構(gòu)簡單、損耗小、功率因數(shù)高、效率高、功率密度高、起動力矩大、溫升低、輕量化等顯著特點。隨著稀土永磁材料(特別是釹鐵硼永磁材料)磁性能的不斷提高和完善以及價格的逐步降低，永磁電機研究開發(fā)逐步成熟，使永磁電機在國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。永磁電機是依靠安裝在轉(zhuǎn)子上的永久磁鐵產(chǎn)生磁場的電機，其定子結(jié)構(gòu)與普通同 /異步電機基本相同，即由硅鋼片疊壓構(gòu)成的定子鐵心和嵌在定子鐵心槽內(nèi)的定子線圈組成，并通以三相交流電從而在定子線圈內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。永磁電機轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵心和永磁體構(gòu)成，這是永磁電機與其他類型電機的主要區(qū)別，轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)是永磁電機的關(guān)鍵技術(shù)所在。轉(zhuǎn)子采用的磁路結(jié)構(gòu)不同，則電動機的運行性能、控制策略、制造工藝和使用場合也不同。按照永磁體在永磁電機轉(zhuǎn)子上安裝位置的不同，永磁電機的轉(zhuǎn)子磁路一般可分為表面式、內(nèi)置式和爪極式等三種。表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，但轉(zhuǎn)子表面無法安裝啟動繞組，因而此類永磁電機無異步啟動能力，且轉(zhuǎn)子的機械強度較差，永磁體在高轉(zhuǎn)速下容易發(fā)生碎斷故障。內(nèi)置式永磁電機轉(zhuǎn)子的永磁體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，按永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的相互關(guān)系，內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)又可分為徑向式、切向式和混合式三種。 與表面式轉(zhuǎn)子相比，內(nèi)置式永磁電機轉(zhuǎn)子可對力學(xué)性能相對較低的永磁體進行保護，并可根據(jù)永磁電機性能的需要顯著增大永磁體的尺寸，因而在是永磁電機轉(zhuǎn)子目前廣泛采用的一種結(jié)構(gòu)。目前，常用的分段式永磁電機轉(zhuǎn)子多采用轉(zhuǎn)子導(dǎo)條來加固轉(zhuǎn)子，但仍存在機械強度低、可靠性差、轉(zhuǎn)子表面渦流損耗嚴重和內(nèi)部漏磁顯著等問題，因而阻礙了大功率、高轉(zhuǎn)速、大回轉(zhuǎn)直徑永磁電機的開發(fā)，進而限制了將永磁電機作為牽引電機在高速列車上的應(yīng)用。中國專利申請201010513307. 3號披露了一種大功率永磁電機轉(zhuǎn)子，采用永磁體內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子由沿軸向的至少兩個轉(zhuǎn)子單元構(gòu)成，每個轉(zhuǎn)子單元相鄰兩極永磁體之間的鐵心上開設(shè)有沿轉(zhuǎn)子軸向的隔磁凹槽，相鄰的轉(zhuǎn)子單元之間設(shè)有不導(dǎo)磁材料制成的隔板，轉(zhuǎn)子單元兩端設(shè)有端板，至少兩個轉(zhuǎn)子單元通過軸向定位拉緊螺栓進行固定。這種永磁電機轉(zhuǎn)子存在以下缺點1、轉(zhuǎn)子極靴受到的離心力由端板、隔板和定位拉緊螺栓共同承擔(dān)，也就是說固定轉(zhuǎn)子單元的定位拉緊螺栓需要承受彎矩，當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，離心力很大，容易造成定位拉緊螺栓被離心力折彎，也就是說，該轉(zhuǎn)子不適用于高速旋轉(zhuǎn)的電機。2、雖然在鐵心開設(shè)有隔磁凹槽，但是相鄰的永磁體之間的鐵心仍然存在連接部分，相鄰兩極的永磁體磁場容易通過永磁體之間的鐵心部分直接連通造成漏磁，也就是說，該結(jié)構(gòu)無法避免漏磁且漏磁嚴重。3、隔板設(shè)置于相鄰的兩個轉(zhuǎn)子單元之間，隔板的厚度占用了轉(zhuǎn)子沿軸向的有效長度；當(dāng)轉(zhuǎn)子采用的轉(zhuǎn)子單元的數(shù)目較多且轉(zhuǎn)子隔板較厚時，轉(zhuǎn)子的有效長度將急劇減小，從而影響轉(zhuǎn)子的電磁性能。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本發(fā)明提供了一種機械強度高，適用于高速旋轉(zhuǎn)電機的分段式永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。分段式永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)軸，固定于轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子鐵心，套置于轉(zhuǎn)子鐵心外的永磁體，位于永磁體外用于合理分布磁場并對永磁體起到保護作用的轉(zhuǎn)子極靴，和分別位于轉(zhuǎn)子鐵心兩端的前端板和后端板；
其特征在于兩個端板之間設(shè)有多個由非導(dǎo)磁材料制成的轉(zhuǎn)子隔板，轉(zhuǎn)子極靴之間相互獨立，轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子隔板在軸向間隔分布，轉(zhuǎn)子隔板將轉(zhuǎn)子沿軸向分隔為多個轉(zhuǎn)子單元，每個轉(zhuǎn)子單元中轉(zhuǎn)子極靴的兩個端面分別與相鄰的轉(zhuǎn)子隔板的端面貼緊，每個轉(zhuǎn)子單元中轉(zhuǎn)子極靴對應(yīng)于永磁體；轉(zhuǎn)子隔板上設(shè)有允許永磁體貫穿的通孔，前端板、轉(zhuǎn)子極靴、 轉(zhuǎn)子隔板和后端板貫穿有極靴拉緊螺栓，極靴拉緊螺栓沿軸向鎖緊左后端板和左后端板之間的轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子隔板；
轉(zhuǎn)子隔板的通孔的拐角處采用弧線過渡以降低拐角處的應(yīng)力集中，永磁體和轉(zhuǎn)子隔板上的永磁體通孔之間有間隙。每個轉(zhuǎn)子極靴和轉(zhuǎn)子鐵心之間的永磁體可以是一整塊，也可以是多塊永磁體沿轉(zhuǎn)子軸向拼接而成。轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子鐵心之間有多塊永磁體時，轉(zhuǎn)子隔板上分別設(shè)有每個通孔對應(yīng)一個永磁體，相鄰?fù)字g有隔條，每個永磁體通孔的拐角處均采用弧線過渡以降低應(yīng)力集中。進一步，轉(zhuǎn)子隔板上設(shè)有減輕隔板重量、降低應(yīng)力集中的減重孔，每一個永磁體通孔周圍均分布有多個減重孔，同一個永磁體周圍的多個減重孔形成一個減重孔組，減重孔組之間對稱分布。減重孔為圓形孔或者腰形孔或者拐角為弧線過渡的多邊形孔，減重孔主要集中在永磁體通孔的拐角處。進一步，轉(zhuǎn)子極靴為疊片式極靴，轉(zhuǎn)子鐵心為疊片式鐵心，轉(zhuǎn)子隔板和轉(zhuǎn)子鐵心上設(shè)有軸向鎖緊轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子隔板的鐵心拉緊螺栓，轉(zhuǎn)子鐵心的兩個端面分別緊貼相鄰的兩個轉(zhuǎn)子隔板；
轉(zhuǎn)子極靴的兩個端面分別緊貼相鄰的兩個轉(zhuǎn)子隔板，轉(zhuǎn)子極靴的靠近轉(zhuǎn)子鐵心的下緣兩端分別設(shè)有向下延伸的第一凸緣組，轉(zhuǎn)子鐵心的靠近轉(zhuǎn)子極靴的上緣兩端分別設(shè)有向上延伸的第二凸緣組，第一凸緣組和第二凸緣組將永磁體限制在轉(zhuǎn)子極靴和轉(zhuǎn)子鐵心之間。進一步，每個轉(zhuǎn)子隔板均由多片隔板疊片疊合而成。
進一步，極靴拉緊螺栓的兩端分別設(shè)有極靴拉緊螺母，極靴拉緊螺母緊貼兩端的轉(zhuǎn)子極靴；極靴拉緊螺栓的兩端分別設(shè)有固定螺孔，前端板和后端板分別通過螺釘與極靴拉緊螺栓連接，螺釘與固定螺孔嚙合。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是沿轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的軸向用轉(zhuǎn)子隔板將轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分隔為多個轉(zhuǎn)子單元，相鄰的轉(zhuǎn)子單元的轉(zhuǎn)子極靴通過轉(zhuǎn)子隔板隔磁，同一個轉(zhuǎn)子單元內(nèi)，轉(zhuǎn)子極靴相互獨立而不會相互連通，從而避免了漏磁現(xiàn)象的發(fā)生。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)依靠極靴拉緊螺栓和鐵心拉緊螺栓鎖緊，轉(zhuǎn)子極靴的兩個端面分別貼緊于兩個轉(zhuǎn)子隔板，依靠轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子隔板之間的摩擦力還克服轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)高速旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子極靴和永磁體受到的離心力；轉(zhuǎn)子鐵心的兩個端面分別緊貼與兩個轉(zhuǎn)子隔板，依靠轉(zhuǎn)子鐵心與轉(zhuǎn)子隔板之間的摩擦力還克服轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)高速旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子極靴和永磁體受到的離心力；同時，轉(zhuǎn)子鐵心的疊片之間、轉(zhuǎn)子極靴的疊片之間以及轉(zhuǎn)子隔板的隔板疊片之間也是依靠相互的摩擦力來克服離心力。依靠調(diào)節(jié)極靴拉緊螺栓的鎖緊力來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子隔板之間的摩擦力，極靴拉緊螺栓只需要承受軸向的拉力而無需承受由于離心力而產(chǎn)生的彎矩，極靴拉緊螺栓不容易被折斷，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的使用壽命長。本發(fā)明的有益效果是1、依靠轉(zhuǎn)子極靴與隔板之間的摩擦力來克服轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時的離心力，拉緊螺栓不受彎矩、不易折斷，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的使用壽命長。2、永磁體和轉(zhuǎn)子鐵心分別貫穿轉(zhuǎn)子隔板，即轉(zhuǎn)子隔板的厚度不占用轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的軸向長度。3、轉(zhuǎn)子極靴之間相互獨立，避免發(fā)生漏磁現(xiàn)象。


圖1是分段式永磁電機轉(zhuǎn)子零部件分解示意圖。圖2是分段式永磁電機轉(zhuǎn)子和定子磁場分析示意圖。圖3是第一種分段式永磁電機轉(zhuǎn)子隔板的示意圖。圖4是第一種分段式永磁電機轉(zhuǎn)子隔板和永磁體的裝配示意圖。圖5是第二種分段式永磁電機轉(zhuǎn)子隔板的示意圖。圖6是第三種分段式永磁電機轉(zhuǎn)子隔板的示意圖。圖7是第四種分段式永磁電機轉(zhuǎn)子隔板示意圖。圖8是分段式永磁電機轉(zhuǎn)子極靴和轉(zhuǎn)子鐵心分離狀態(tài)示意圖。圖9是使用第四種隔板時的分段式永磁電機轉(zhuǎn)子零部件分解示意圖。圖10是使用第四種隔板時的分段式永磁電機轉(zhuǎn)子永磁體、轉(zhuǎn)子極靴和轉(zhuǎn)子隔板分解示意圖。圖11是使用第四種隔板時的分段式永磁電機轉(zhuǎn)子軸與轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子隔板的相互配合示意圖。圖12是使用第四種隔板時的分段式永磁電機轉(zhuǎn)子處于分離狀態(tài)的轉(zhuǎn)子極靴和轉(zhuǎn)子鐵心與轉(zhuǎn)子隔板的組裝示意圖。圖13分段式永磁電機轉(zhuǎn)子裝配示意圖。
具體實施例方式實施例一參照圖1-5
如圖1所示，分段式永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)軸10，固定于轉(zhuǎn)軸10的轉(zhuǎn)子鐵心 15，套置于轉(zhuǎn)子鐵心15外的永磁體13，位于永磁體13外用于合理分布磁場并對永磁體13 起到保護作用的轉(zhuǎn)子極靴14，和分別位于轉(zhuǎn)子鐵心15兩端的前端板11和后端板12 ；
兩個端板11、12之間設(shè)有多個由非導(dǎo)磁材料制成的轉(zhuǎn)子隔板16，轉(zhuǎn)子極靴14之間相互獨立，轉(zhuǎn)子極靴14與轉(zhuǎn)子隔板16在軸向間隔分布，轉(zhuǎn)子隔板16將轉(zhuǎn)子沿軸向分隔為多個轉(zhuǎn)子單元，每個轉(zhuǎn)子單元中轉(zhuǎn)子極靴14的兩個端面分別與相鄰的轉(zhuǎn)子隔板16的端面貼緊， 每個轉(zhuǎn)子單元中轉(zhuǎn)子極靴14對應(yīng)于永磁體13 ；轉(zhuǎn)子隔板16上設(shè)有允許永磁體13貫穿的通孔，前端板11、轉(zhuǎn)子極靴14、轉(zhuǎn)子隔板16和后端板12貫穿有極靴拉緊螺栓23，極靴拉緊螺栓23在軸向鎖緊左后端板11、12和左后端板11、12之間的轉(zhuǎn)子極靴14與轉(zhuǎn)子隔板16 ； 轉(zhuǎn)子隔板16的通孔的拐角處采用弧線過渡以降低拐角處的應(yīng)力集中，永磁體13和轉(zhuǎn)子隔板16上的永磁體通孔之間有間隙。永磁電機轉(zhuǎn)子的二維磁路分析如圖3所示，電機磁場磁通(磁力線)按以下路徑流通。磁力線從當(dāng)前永磁體13A的N極出發(fā)，經(jīng)過轉(zhuǎn)子極靴14A進入氣隙觀，然后通過定子齒部262進入定子。在定子中沿定子軛部261到相鄰極對應(yīng)的區(qū)域，再從定子齒部進入氣隙。 接著從相鄰的轉(zhuǎn)子極靴14B進入相鄰的永磁體13B的S極，再從N極進入轉(zhuǎn)子鐵心15。最后回到當(dāng)前永磁體13A的N極形成磁力線回路。如圖1所示，為了克服在高轉(zhuǎn)速工況下大直徑永磁電機轉(zhuǎn)子極靴14和永磁體13 受到的強大離心力，故將轉(zhuǎn)子極靴14和轉(zhuǎn)子鐵心15沿轉(zhuǎn)子軸向分割為特定長度的若干子段。如圖1所示，在軸向相鄰轉(zhuǎn)子極靴14和轉(zhuǎn)子鐵心15子段之間插入轉(zhuǎn)子隔板16，即使轉(zhuǎn)子極靴14、轉(zhuǎn)子鐵心15和轉(zhuǎn)子隔板16依次相間分布，轉(zhuǎn)子隔板16與轉(zhuǎn)子極靴14之間的摩擦力平衡轉(zhuǎn)子極靴14和永磁體13在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時受到的離心力。由于轉(zhuǎn)子鐵心15固定在轉(zhuǎn)子軸10之上，因而轉(zhuǎn)子鐵心15受到的離心力由轉(zhuǎn)子軸10承受。為了滿足轉(zhuǎn)子的機械強度、剛度和壽命要求，并充分發(fā)揮轉(zhuǎn)子隔板16材料的力學(xué)性能，可采用有限元計算方法得到轉(zhuǎn)子極靴14和轉(zhuǎn)子隔板6的最佳厚度值。由于轉(zhuǎn)子隔板16采用非導(dǎo)磁材料(如高強度鋁合金、碳素纖維、陶瓷等)或低導(dǎo)磁率材料(如高強度奧氏體不銹鋼、鈦合金)制成，因而沿轉(zhuǎn)子軸向插入轉(zhuǎn)子隔板16不會造成磁漏問題，也不會對轉(zhuǎn)子的磁性能產(chǎn)生顯著影響。每個轉(zhuǎn)子極靴14和轉(zhuǎn)子鐵心15之間的永磁體13可以是一整塊，也可以是多塊永磁體13沿轉(zhuǎn)子軸向拼接而成。轉(zhuǎn)子極靴14與轉(zhuǎn)子鐵心15之間有多塊永磁體13時，轉(zhuǎn)子隔板16上分別設(shè)有每個通孔對應(yīng)一個永磁體13，相鄰?fù)字g有隔條，每個永磁體通孔的拐角處均采用弧線過渡以降低應(yīng)力集中，如圖5所示。轉(zhuǎn)子隔板16a采用非導(dǎo)磁材料(如高強度鋁合金、碳素纖維、陶瓷等)或低導(dǎo)磁率材料(如高強度奧氏體不銹鋼、鈦合金)板材制成，用于承受轉(zhuǎn)子在高速轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子極靴14和永磁體13受到的離心力。轉(zhuǎn)子隔板16中包括用于實現(xiàn)永磁體13相對轉(zhuǎn)子軸10的徑向和軸向定位的通孔165，用于容納極靴拉緊螺栓23的圓形孔161，用于容納鐵心拉緊螺栓M 的圓形孔162，與轉(zhuǎn)子軸10的外表面配合用于轉(zhuǎn)子隔板16相對轉(zhuǎn)子軸10的徑向定位的中心圓孔163，鍵槽164與轉(zhuǎn)子軸10之上的鍵25配合，用于轉(zhuǎn)子隔板16相對轉(zhuǎn)子軸10的周向定位。第一種轉(zhuǎn)子隔板16a的結(jié)構(gòu)如圖3所示；轉(zhuǎn)子隔板16a用于容納永磁體13的通孔165為異型孔構(gòu)成，轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子鐵心之間的永磁體為單塊磁體。轉(zhuǎn)子隔板16a的永磁體通孔161的內(nèi)側(cè)面163a和16 分別與永磁體13a的表面133a和131a相互貼靠，從而實現(xiàn)所述永磁體13a相對轉(zhuǎn)子軸10的徑向定位，所述轉(zhuǎn)子隔板16a的內(nèi)側(cè)面161a和16 分別與永磁體13a的兩側(cè)面13 相互貼靠，從而實現(xiàn)永磁體13a相對轉(zhuǎn)子軸10的周向定位， 如圖4所示。第二種轉(zhuǎn)子隔板16b的結(jié)構(gòu)如圖5所示，轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子鐵心之間由兩塊永磁體沿轉(zhuǎn)子軸向拼接而成。轉(zhuǎn)子隔板16b的內(nèi)側(cè)面16 和164b用于實現(xiàn)永磁體13相對轉(zhuǎn)子軸10的徑向定位，內(nèi)側(cè)面162b和16 用于實現(xiàn)永磁體13相對轉(zhuǎn)子軸10的周向定位，鍵槽164和內(nèi)圓孔163分別用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)子隔板16b相對轉(zhuǎn)子軸10的周向和徑向定位。用于容納永磁體13的通孔的一個側(cè)邊采用兩個圓弧161b、另一個側(cè)邊采用直邊16 。另外，可在永磁電機轉(zhuǎn)子極靴14和轉(zhuǎn)子隔板16之間的空隙處填充玻璃鋼或環(huán)氧樹脂等熱固性高分子材料，防止電機在高速運轉(zhuǎn)時因轉(zhuǎn)子表面不平順而形成空氣渦流，以減小所述永磁電機轉(zhuǎn)子在高速運轉(zhuǎn)時的空氣阻力，并可防止由永磁體13崩碎所產(chǎn)生的碎片落入永磁電機轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙，避免發(fā)生不必要的機械故障。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是沿轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的軸向用轉(zhuǎn)子隔板16將轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分隔為多個轉(zhuǎn)子單元，相鄰的轉(zhuǎn)子單元的轉(zhuǎn)子極靴14通過轉(zhuǎn)子隔板16隔磁，同一個轉(zhuǎn)子單元內(nèi)，轉(zhuǎn)子極靴14相互獨立而不會相互連通，從而避免了漏磁現(xiàn)象的發(fā)生。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)依靠極靴拉緊螺栓23和鐵心拉緊螺栓M鎖緊，轉(zhuǎn)子極靴14的兩個端面分別貼緊于兩個轉(zhuǎn)子隔板16，依靠轉(zhuǎn)子極靴14與轉(zhuǎn)子隔板16之間的摩擦力還克服轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)高速旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子極靴14和永磁體13受到的離心力；轉(zhuǎn)子鐵心15的兩個端面分別緊貼與兩個轉(zhuǎn)子隔板16，依靠轉(zhuǎn)子鐵心 15與轉(zhuǎn)子隔板16之間的摩擦力還克服轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)高速旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子極靴14和永磁體13受到的離心力；同時，轉(zhuǎn)子鐵心15的疊片之間、轉(zhuǎn)子極靴14的疊片之間以及轉(zhuǎn)子隔板16的隔板疊片之間也是依靠相互的摩擦力來克服離心力。依靠調(diào)節(jié)極靴拉緊螺栓的鎖緊力來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子隔板之間的摩擦力，極靴拉緊螺栓23只需要承受軸向的拉力而無需承受由于離心力而產(chǎn)生的彎矩，極靴拉緊螺栓23不容易被折斷，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的使用壽命長。本發(fā)明的有益效果是1、依靠轉(zhuǎn)子極靴與隔板之間的摩擦力來克服轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時的離心力，拉緊螺栓不受彎矩、不易折斷，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的使用壽命長。2、永磁體和轉(zhuǎn)子鐵心分別貫穿轉(zhuǎn)子隔板，即轉(zhuǎn)子隔板的厚度不占用轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的軸向長度。3、轉(zhuǎn)子極靴之間相互獨立，避免發(fā)生漏磁現(xiàn)象。實施例二參照圖6-12
本實施例與實施例一的區(qū)別在于轉(zhuǎn)子隔板16上設(shè)有減重孔。轉(zhuǎn)子隔板16上設(shè)有減輕隔板重量、降低應(yīng)力集中的減重孔166，每一個永磁體通孔165周圍均分布有多個減重孔 166，同一個永磁體13周圍的多個減重孔166形成一個減重孔組，減重孔組之間對稱分布。 減重孔166為圓形孔或者腰形孔或者拐角為弧線過渡的多邊形孔，減重孔166主要集中在永磁體通孔的拐角處。第三種轉(zhuǎn)子隔板16c的結(jié)構(gòu)如圖6所示，轉(zhuǎn)子隔板16c的永磁體通孔的內(nèi)側(cè)面 163c和16 用于實現(xiàn)永磁體13相對轉(zhuǎn)子軸10的徑向定位，內(nèi)側(cè)面165c用于實現(xiàn)永磁體 13相對轉(zhuǎn)子軸10的周向定位，鍵槽164和內(nèi)圓孔163分別用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)子隔板16c相對轉(zhuǎn)子軸10的周向和徑向定位。這種轉(zhuǎn)子隔板16c的減重孔包括圓形孔和拐角為弧線過渡的多邊形孔，減重孔166分布在永磁體通孔的靠近轉(zhuǎn)子鐵心15的一側(cè)。第四種轉(zhuǎn)子隔板16d的結(jié)構(gòu)如圖7所示，轉(zhuǎn)子隔板16d的永磁體通孔的內(nèi)側(cè)面 163d和164d用于實現(xiàn)永磁體13相對轉(zhuǎn)子軸10的徑向定位，內(nèi)側(cè)面165d用于實現(xiàn)永磁體 13相對轉(zhuǎn)子軸10的周向定位，內(nèi)圓弧166d、167d和168d均是為降低應(yīng)力集中而設(shè)置的過渡圓弧。鍵槽164和內(nèi)圓孔163分別用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)子隔板16d相對轉(zhuǎn)子軸10的周向和徑向定位。這種轉(zhuǎn)子隔板16d的減重孔包括圓形孔和拐角為弧線過渡的多邊形孔，減重孔166 分布在永磁體通孔的靠近轉(zhuǎn)子鐵心15的一側(cè)。轉(zhuǎn)子極靴14為疊片式極靴，轉(zhuǎn)子鐵心15為疊片式鐵心，轉(zhuǎn)子隔板16和轉(zhuǎn)子鐵心 15上設(shè)有軸向鎖緊轉(zhuǎn)子鐵心15和轉(zhuǎn)子隔板16的鐵心拉緊螺栓M，轉(zhuǎn)子鐵心15的兩個端面分別緊貼相鄰的兩個轉(zhuǎn)子隔板16。轉(zhuǎn)子極靴14采用導(dǎo)磁性能良好的鐵磁材料板材(如厚度為0. 2^0. 5mm的硅鋼片) 疊合而成，用于合理分布轉(zhuǎn)子磁場，并可對永磁體13起到保護作用，防止永磁體13在離心力作用下發(fā)生碎斷。轉(zhuǎn)子鐵心15采用與轉(zhuǎn)子極靴14相同的導(dǎo)磁性能良好的片狀鐵磁材料板材(如厚度為0. 2^0. 5mm的硅鋼片)疊合而成。轉(zhuǎn)子極靴14和轉(zhuǎn)子鐵心15的截面結(jié)構(gòu)如圖8所示。在轉(zhuǎn)子極靴14之上，8個圓形孔146用于容納極靴拉緊螺栓23，平面141和142 分別用于實現(xiàn)永磁體13相對轉(zhuǎn)子軸10的周向和徑向定位。在轉(zhuǎn)子鐵心15之上，4個圓形孔巧5用于容納鐵心拉緊螺栓24，中心圓孔153與轉(zhuǎn)子軸10的外表面配合，用于轉(zhuǎn)子鐵心 15相對轉(zhuǎn)子軸10的徑向定位，鍵槽154與轉(zhuǎn)子軸10之上的鍵25 (如圖11所示)配合，用于轉(zhuǎn)子鐵心15相對轉(zhuǎn)子軸10的周向定位。如圖8所示，轉(zhuǎn)子極靴14的兩個端面分別緊貼相鄰的兩個轉(zhuǎn)子隔板16，轉(zhuǎn)子極靴 14的靠近轉(zhuǎn)子鐵心15的下緣兩端分別設(shè)有向下延伸的第一凸緣組141，轉(zhuǎn)子鐵心15的靠近轉(zhuǎn)子極靴14的上緣兩端分別設(shè)有向上延伸的第二凸緣組151，第一凸緣組141和第二凸緣組151將永磁體13限制在轉(zhuǎn)子極靴14和轉(zhuǎn)子鐵心15之間。第一凸緣組141和第二凸緣組151之間有間隙145，因此轉(zhuǎn)子極靴14與轉(zhuǎn)子鐵心15相互獨立，不會發(fā)生漏磁。每個轉(zhuǎn)子隔板16均由多片隔板疊片疊合而成。通過在轉(zhuǎn)子隔板上設(shè)置減重孔，不但可以減輕轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的重量，還能夠降低旋轉(zhuǎn)時永磁體擠壓轉(zhuǎn)子隔板造成的應(yīng)力集中。實施例三參照圖13
本實施例與實施例二的區(qū)別之處在于極靴拉緊螺栓23的兩端分別設(shè)有極靴拉緊螺母20，極靴拉緊螺母20緊貼兩端的轉(zhuǎn)子極靴14 ；極靴拉緊螺栓20的兩端分別設(shè)有固定螺孔，前端板11和后端板12分別通過螺釘18與極靴拉緊螺栓23連接，螺釘18與固定螺孔嚙合。其余結(jié)構(gòu)都相同。轉(zhuǎn)子前端板11和后端板12采用較厚的非導(dǎo)磁材料(如高強度鋁合金)板材或低導(dǎo)磁率材料(如高強度奧氏體不銹鋼)板材制成，不但對轉(zhuǎn)子極靴14、轉(zhuǎn)子隔板16和永磁體13 具有穩(wěn)固作用，還可作為對永磁電機轉(zhuǎn)子進行動平衡校正時的去重結(jié)構(gòu)。前端板緊固螺栓 17通過外螺紋與位于極靴拉緊螺栓23前端的內(nèi)螺紋孔233相聯(lián)接，使轉(zhuǎn)子前端板11與極靴拉緊螺栓23相聯(lián)接，從而使轉(zhuǎn)子前端板11的內(nèi)側(cè)面112貼靠在位于轉(zhuǎn)子前端的轉(zhuǎn)子極靴14的前側(cè)面147之上。極靴拉緊螺栓23的后端外表面帶有外螺紋232，外螺紋232與極靴拉緊螺栓螺母20相聯(lián)接則可實現(xiàn)轉(zhuǎn)子極靴14和轉(zhuǎn)子隔板16的緊固。極靴拉緊螺栓螺母20與位于轉(zhuǎn)子后端的轉(zhuǎn)子極靴14的后側(cè)表面148之間放置有防松墊圈22，防止所述極靴拉緊螺栓螺母20發(fā)生松動，也可在極靴拉緊螺栓M的外螺紋M2與極靴拉緊螺栓螺母 20的螺紋配合內(nèi)涂以金屬膠從而實現(xiàn)二者的牢固聯(lián)接。后端板緊固螺栓18通過外螺紋與位于極靴拉緊螺栓23后端的內(nèi)螺紋孔231相聯(lián)接，使轉(zhuǎn)子后端板12與極靴拉緊螺栓23相聯(lián)接，從而使轉(zhuǎn)子后端板12的內(nèi)側(cè)面121則貼靠在位于轉(zhuǎn)子后端的轉(zhuǎn)子極靴14的后側(cè)表面148之上。如圖1和6所示，所述轉(zhuǎn)子前端板11的內(nèi)孔111與轉(zhuǎn)子軸10的軸環(huán)102之間保留有較小的間隙，防止所述前端板11和所述轉(zhuǎn)子軸10在轉(zhuǎn)子裝配時發(fā)生干涉。
本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
1.分段式永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)軸，固定于轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子鐵心，套置于轉(zhuǎn)子鐵心外的永磁體，位于永磁體外用于合理分布磁場并對永磁體起到保護作用的轉(zhuǎn)子極靴，和分別位于轉(zhuǎn)子鐵心兩端的前端板和后端板；其特征在于兩個端板之間設(shè)有多個由非導(dǎo)磁材料制成的轉(zhuǎn)子隔板，轉(zhuǎn)子極靴之間相互獨立，轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子隔板在軸向間隔分布，轉(zhuǎn)子隔板將轉(zhuǎn)子沿軸向分隔為多個轉(zhuǎn)子單元，每個轉(zhuǎn)子單元中轉(zhuǎn)子極靴的兩個端面分別與相鄰的轉(zhuǎn)子隔板的端面貼緊，每個轉(zhuǎn)子單元中轉(zhuǎn)子極靴對應(yīng)于永磁體；轉(zhuǎn)子隔板上設(shè)有允許永磁體貫穿的通孔，前端板、轉(zhuǎn)子極靴、 轉(zhuǎn)子隔板和后端板貫穿有極靴拉緊螺栓，極靴拉緊螺栓在軸向鎖緊左后端板和左后端板之間的轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子隔板；轉(zhuǎn)子隔板的通孔的拐角處為弧線過渡，永磁體和轉(zhuǎn)子隔板上的永磁體通孔之間有間隙。
2.如權(quán)利要求1所述的分段式永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于轉(zhuǎn)子隔板上設(shè)有減輕隔板重量、降低應(yīng)力集中的減重孔，每一個永磁體通孔周圍均分布有多個減重孔，同一個永磁體周圍的多個減重孔形成一個減重孔組，減重孔組之間對稱分布。
3.減重孔為圓形孔或者腰形孔或者拐角為弧線過渡的多邊形孔，減重孔主要集中在永磁體通孔的拐角處。
4.如權(quán)利要求1或2所述的分段式永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于轉(zhuǎn)子極靴為疊片式極靴，轉(zhuǎn)子鐵心為疊片式鐵心，轉(zhuǎn)子隔板和轉(zhuǎn)子鐵心上設(shè)有軸向鎖緊轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子隔板的鐵心拉緊螺栓，轉(zhuǎn)子鐵心的兩個端面分別緊貼相鄰的兩個轉(zhuǎn)子隔板；轉(zhuǎn)子極靴的兩個端面分別緊貼相鄰的兩個轉(zhuǎn)子隔板，轉(zhuǎn)子極靴的靠近轉(zhuǎn)子鐵心的下緣兩端分別設(shè)有向下延伸的第一凸緣組，轉(zhuǎn)子鐵心的靠近轉(zhuǎn)子極靴的上緣兩端分別設(shè)有向上延伸的第二凸緣組，第一凸緣組和第二凸緣組將永磁體限制在轉(zhuǎn)子極靴和轉(zhuǎn)子鐵心之間。
5.如權(quán)利要求1所述的分段式永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于每個轉(zhuǎn)子隔板均由多片隔板疊片疊合而成。
6.如權(quán)利要求1所述的分段式永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于極靴拉緊螺栓的兩端分別設(shè)有極靴拉緊螺母，極靴拉緊螺母緊貼兩端的轉(zhuǎn)子極靴；極靴拉緊螺栓的兩端分別設(shè)有固定螺孔，前端板和后端板分別通過螺釘與極靴拉緊螺栓連接，螺釘與固定螺孔嚙合。
全文摘要
分段式永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子鐵心，永磁體，轉(zhuǎn)子極靴，前端板和后端板；兩個端板之間設(shè)有多個轉(zhuǎn)子隔板，轉(zhuǎn)子極靴之間相互獨立，轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子隔板在軸向間隔分布，轉(zhuǎn)子隔板將轉(zhuǎn)子沿軸向分隔為多個轉(zhuǎn)子單元，每個轉(zhuǎn)子單元中轉(zhuǎn)子極靴的兩個端面分別與相鄰的轉(zhuǎn)子隔板的端面貼緊，每個轉(zhuǎn)子單元中轉(zhuǎn)子極靴對應(yīng)于永磁體；轉(zhuǎn)子隔板上設(shè)有允許永磁體貫穿的通孔，前端板、轉(zhuǎn)子極靴、轉(zhuǎn)子隔板和后端板貫穿有極靴拉緊螺栓，極靴拉緊螺栓在軸向鎖緊左后端板和左后端板之間的轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子隔板；轉(zhuǎn)子隔板的通孔的拐角處為弧線過渡，永磁體和轉(zhuǎn)子隔板上的永磁體通孔之間有間隙。本發(fā)明具有機械強度高，適用于高速旋轉(zhuǎn)電機的優(yōu)點。
文檔編號H02K1/27GK102545435SQ20121001996
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月22日
發(fā)明者盧琴芬, 張建承, 方攸同, 陳威, 馬吉恩, 馬子魁, 黃曉艷 申請人:浙江大學(xué)