專利名稱：制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法。
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。永磁電機是靠裝在轉(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起動能力，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(yán)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)子及轉(zhuǎn)子的安裝方法，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(yán)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)明提供了一種能夠制造出機械強度高，適用于高速旋轉(zhuǎn)電機的制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法。
制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法，包括以下步驟1)制作轉(zhuǎn)軸、永磁體、前端蓋和后端蓋；制作磁軛單元，磁軛單元包括多個極靴部和一個鐵心部，極靴部圍繞鐵心部設(shè)置，極靴部之間相互獨立并均勻分布；每個極靴部與鐵心部之間通過一對連接條帶連接，極靴部、連接條帶和鐵心部圍成軸向和周向定位永磁體的定位孔；極靴部設(shè)有允許極靴拉緊螺栓貫穿的極靴螺栓通孔，鐵心部設(shè)有允許鐵心拉緊螺栓貫穿的鐵心螺栓通孔；2)用非導(dǎo)磁材料制成的轉(zhuǎn)子隔板，轉(zhuǎn)子隔板在軸向?qū)⑥D(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分隔為多個轉(zhuǎn)子單元， 轉(zhuǎn)子隔板上設(shè)有允許永磁體貫穿的永磁體通孔，轉(zhuǎn)子隔板上設(shè)有允許極靴拉緊螺栓貫穿的極靴螺栓通孔和允許鐵心拉緊螺栓貫穿的鐵心螺栓通孔；3)將磁軛單元和轉(zhuǎn)子隔板套接在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸與磁軛單元的鐵心部、轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子隔板均為鍵連接，磁軛單元和轉(zhuǎn)子隔板在軸向均勻地間隔分布，轉(zhuǎn)子隔板在軸向?qū)⑥D(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分給為多個轉(zhuǎn)子單元；所有磁軛單元的定位孔對位形成定位通道，定位通道與轉(zhuǎn)子隔板的永磁體通孔對位形成永磁體通道；磁軛單元的極靴螺栓通孔與轉(zhuǎn)子隔板的極靴螺栓通孔一一對位、形成允許極靴拉緊螺栓通過的極靴螺栓通道，磁軛單元的鐵心螺栓通孔與轉(zhuǎn)子隔板的鐵心螺栓通孔一一對位、形成允許鐵心拉緊螺栓通過的鐵心螺栓通道；4)將永磁體插入永磁體通道內(nèi)，永磁體與永磁體通道間隙配合；5)在每個極靴螺栓通道中插入極靴拉緊螺栓，極靴拉緊螺栓與極靴螺栓通道間隙配合；在每個鐵心螺栓通道中插入鐵心拉緊螺栓，鐵心拉緊螺栓與鐵心螺栓通道間隙配合； 分別用拉緊螺栓的兩端連接螺母，從而鎖緊磁軛單元和轉(zhuǎn)子隔板，此時磁軛單元上的連接條帶相互重疊；6)將每個連接條帶的中間部分切除，極靴部疊合形成轉(zhuǎn)子極靴，鐵心部疊合形成轉(zhuǎn)子鐵心，且轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子鐵心相互獨立；7)在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的前后兩段分別固定安裝前端板和后端板。
進一步，步驟1)中，磁軛單元由多個疊片疊合而成。
進一步，步驟1)中，磁軛單元采用導(dǎo)磁性能良好的鐵磁材料板材制作。
進一步，步驟1)中，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有平鍵，轉(zhuǎn)子隔板和轉(zhuǎn)子鐵心上均設(shè)有允許轉(zhuǎn)軸貫穿的轉(zhuǎn)軸通孔和與平鍵配合的鍵槽，平鍵和鍵槽配合實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子隔板的周向定位，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有軸環(huán)以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子隔板相對轉(zhuǎn)軸的軸向定位。進一步，轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子鐵心之間的永磁體為整體式磁體?；蛘?，轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子鐵心之間的永磁體由多塊永磁體沿轉(zhuǎn)子軸向拼接而成永磁體組；轉(zhuǎn)子隔板上永磁體通孔與永磁體一一對應(yīng)，相鄰的永磁體通孔之間有擱條。進一步，步驟2)中，轉(zhuǎn)子隔板上的永磁體通孔的拐角處為平滑的曲線過渡，以降低旋轉(zhuǎn)時永磁體對轉(zhuǎn)子隔板擠壓造成的應(yīng)力集中。進一步，步驟2)中，通過有限元分析在轉(zhuǎn)子隔板上開設(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；減重孔為圓滑曲線圍成的孔洞。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，步驟4)中，永磁體的上端面與轉(zhuǎn)子極靴的下端面貼合、且永磁體與轉(zhuǎn)子極靴之間有金屬膠，永磁體的下端面與轉(zhuǎn)子鐵心貼合、且永磁體與轉(zhuǎn)子鐵心之間有金屬膠。進一步，步驟5)中，鐵心拉緊螺栓螺母和轉(zhuǎn)子鐵心之間放置有防松墊圈，防止鐵心拉緊螺栓的螺母發(fā)生松動，或者鐵心拉緊螺栓與螺母的螺紋配合內(nèi)涂有金屬膠，以實現(xiàn)鐵心拉緊螺栓與螺母的緊固連接。進一步，步驟7)中，安裝前端蓋和后端蓋時，先分別在每根極靴拉緊螺栓的兩端開設(shè)安裝螺孔，前端蓋和后端蓋上分別設(shè)有與極靴拉緊螺栓一一對應(yīng)的固定螺孔，將固定螺孔對準(zhǔn)安裝螺孔，并將螺釘插入安裝螺孔內(nèi)，緊固螺釘，完成前端蓋和后端蓋的安裝。進一步，步驟7)安裝好前端蓋和后端蓋后，再在轉(zhuǎn)子極靴和轉(zhuǎn)子隔板之間的空隙處填充熱固性高分子材料，如玻璃鋼和環(huán)氧樹脂。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是永磁電機轉(zhuǎn)子零部件分解示意圖。
圖2是永磁電機轉(zhuǎn)子和定子磁場分析示意圖。
圖3是極靴部和鐵心部通過連接條帶連接的示意圖。
圖4是極靴部和鐵心部分離形成轉(zhuǎn)子極靴和轉(zhuǎn)子鐵心的示意圖。
圖5是極靴部與鐵心部之間有連接條帶時的轉(zhuǎn)子極靴和轉(zhuǎn)子鐵心與轉(zhuǎn)子隔板的組裝示意圖。
圖6是極靴部與鐵心部處于分離狀態(tài)時的轉(zhuǎn)子極靴和轉(zhuǎn)子鐵心與轉(zhuǎn)子隔板的組裝示意圖。
圖7是第一種永磁電機轉(zhuǎn)子隔板的示意圖。
圖8是第一種永磁電機轉(zhuǎn)子隔板和永磁體的裝配示意圖。
圖9是第二種永磁電機轉(zhuǎn)子隔板的示意圖。
圖10是第三種永磁電機轉(zhuǎn)子隔板的示意圖。
圖11是第四種永磁電機轉(zhuǎn)子隔板示意圖。
圖12是使用第四種隔板時的永磁電機轉(zhuǎn)子零部件分解示意圖。
圖13是使用第四種隔板時的永磁電機轉(zhuǎn)子永磁體、轉(zhuǎn)子極靴和轉(zhuǎn)子隔板分解示意圖。
圖14是使用第四種隔板時的永磁電機轉(zhuǎn)子軸與轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子隔板的相互配合示意圖。
圖15永磁電機轉(zhuǎn)子裝配示意圖。
具體實施方式
實施例一參照1-9制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法，包括以下步驟1)制作轉(zhuǎn)軸10、永磁體13、前端蓋11和后端蓋12 ；制作磁軛單元，磁軛單元A包括多個極靴部Al和一個鐵心部A2，極靴部Al圍繞鐵心部A2設(shè)置，極靴部Al之間相互獨立并均勻分布；每個極靴部Al與鐵心部A2之間通過一對連接條帶A3連接，極靴部Al、連接條帶A3和鐵心部A2圍成軸向和周向定位永磁體的定位孔A4 ；極靴部Al設(shè)有允許極靴拉緊螺栓23貫穿的極靴螺栓通孔All，鐵心部A2設(shè)有允許鐵心拉緊螺栓貫穿M的鐵心螺栓通孔A21。所述永磁體13由鋁鎳鈷、鐵氧體或稀土等永磁材料制成，用于產(chǎn)生永磁電機的轉(zhuǎn)子磁場。磁軛單元A由多個疊片疊合而成。當(dāng)然，磁軛單元A也可以是整體式。
2)用非導(dǎo)磁材料制成的轉(zhuǎn)子隔板16，轉(zhuǎn)子隔板16在軸向?qū)⑥D(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分隔為多個轉(zhuǎn)子單元，轉(zhuǎn)子隔板16上設(shè)有允許永磁體貫穿的永磁體通孔165，轉(zhuǎn)子隔板16上設(shè)有允許極靴拉緊螺栓23貫穿的極靴螺栓通孔161和許鐵心拉緊螺栓M貫穿的鐵心螺栓通孔162 ； 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)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可以是由疊片疊合而成，也可以是整體式。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。3)將磁軛單元和轉(zhuǎn)子隔板16套接在轉(zhuǎn)軸10上，轉(zhuǎn)軸10與磁軛單元的鐵心部A2、 轉(zhuǎn)軸10與轉(zhuǎn)子隔板16均為鍵連接，磁軛單元A和轉(zhuǎn)子隔板16在軸向均勻地間隔分布，轉(zhuǎn)子隔板16在軸向?qū)⑥D(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分給為多個轉(zhuǎn)子單元；
所有磁軛單元A的定位孔A4對位形成定位通道，定位通道與轉(zhuǎn)子隔板16的永磁體通孔165對位形成永磁體通道；磁軛單元A的極靴螺栓通孔All與轉(zhuǎn)子隔板16的極靴螺栓通孔161 —一對位、形成允許極靴拉緊螺栓23通過的極靴螺栓通道，磁軛單元A的鐵心螺栓通孔A21與轉(zhuǎn)子隔板16的鐵心螺栓通孔162 —一對位、形成允許鐵心拉緊螺栓M通過的鐵心螺栓通道。4 )將永磁體13插入永磁體通道內(nèi)，永磁體13與永磁體通道間隙配合。5)在每個極靴螺栓通道中插入極靴拉緊螺栓23，極靴拉緊螺栓23與極靴螺栓通道間隙配合；在每個鐵心螺栓通道中插入鐵心拉緊螺栓對，鐵心拉緊螺栓M與鐵心螺栓通道間隙配合；分別用拉緊螺栓的兩端連接螺母，從而鎖緊磁軛單元A和轉(zhuǎn)子隔板16，此時磁軛單元A上的連接條帶A3相互重疊。鐵心拉緊螺栓的螺母和轉(zhuǎn)子鐵心之間放置有防松墊圈，防止鐵心拉緊螺栓M的螺母發(fā)生松動，或者鐵心拉緊螺栓M與螺母的螺紋配合內(nèi)涂有金屬膠，以實現(xiàn)鐵心拉緊螺栓M與螺母的緊固連接。6)將每個連接條帶A3的中間部分切除，極靴部Al疊合形成轉(zhuǎn)子極靴14，鐵心部 A2疊合形成轉(zhuǎn)子鐵心15，且轉(zhuǎn)子極靴14與轉(zhuǎn)子鐵心15相互獨立。永磁體13的上端面與轉(zhuǎn)子極靴16的下端面貼合、且永磁體13與轉(zhuǎn)子極靴16之間有金屬膠，永磁體13的下端面與轉(zhuǎn)子鐵心15貼合、且永磁體13與轉(zhuǎn)子鐵心15之間有金屬膠。7)在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的前后兩段分別固定安裝前端板11和后端板12。安裝好前端蓋11 和后端蓋12后，再在轉(zhuǎn)子極靴14和轉(zhuǎn)子隔板16之間的空隙處填充熱固性高分子材料，如玻璃鋼和環(huán)氧樹脂。磁軛單元A采用導(dǎo)磁性能良好的鐵磁材料板材制作。轉(zhuǎn)軸10上設(shè)有平鍵25，轉(zhuǎn)子隔板16和轉(zhuǎn)子鐵心15上均設(shè)有允許轉(zhuǎn)軸貫穿的轉(zhuǎn)軸通孔和與平鍵配合的鍵槽，平鍵25和鍵槽配合實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子鐵心15和轉(zhuǎn)子隔板16的周向定位，轉(zhuǎn)軸10上設(shè)有軸環(huán)102以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子鐵心15和轉(zhuǎn)子隔板16相對轉(zhuǎn)軸的軸向定位。轉(zhuǎn)子極靴14與轉(zhuǎn)子鐵心15之間的永磁體13為整體式磁體。或者，轉(zhuǎn)子極靴14 與轉(zhuǎn)子鐵心15之間的永磁體13由多塊永磁體沿轉(zhuǎn)子軸向拼接而成永磁體組；轉(zhuǎn)子隔板16 上永磁體通孔165與永磁體13 —一對應(yīng)，相鄰的永磁體通孔165之間有隔條。永磁體13為整體式磁體時，采用第一種轉(zhuǎn)子隔板16a，第一種轉(zhuǎn)子隔板16a的結(jié)構(gòu)如圖7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8所示。永磁體13為永磁體組時，采用第二種轉(zhuǎn)子隔板16b，第二種轉(zhuǎn)子隔板16b的結(jié)構(gòu)如圖9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恥。
永磁電機轉(zhuǎn)子的二維磁路分析如圖2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。
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和鐵心拉緊螺栓鎖緊M，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)子極靴和永磁體受到的離心力；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23的鎖緊力來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子極靴14與轉(zhuǎn)子隔板16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。
實施例二參照圖10-14本實施例與實施例一的區(qū)別在于步驟2)制作轉(zhuǎn)子隔板16時，還對通過有限元分析在轉(zhuǎn)子隔板上開設(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為圓滑曲線圍成的孔洞。
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，減重孔主要集中在永磁體通孔的拐角處。其余制作步驟都相同。
以下舉例說明設(shè)有減重孔的兩種轉(zhuǎn)子隔板第三種轉(zhuǎn)子隔板16c的結(jié)構(gòu)如圖10所示，轉(zhuǎn)子隔板16c的永磁體通孔的內(nèi)側(cè)面163c和 164c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11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)。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15
本實施例與實施例二的區(qū)別之處在于步驟7)中，安裝前端蓋11和后端蓋12時，先分別在每根極靴拉緊螺栓23的兩端開設(shè)安裝螺孔，前端蓋11和后端蓋12上分別設(shè)有與極靴拉緊螺栓23—一對應(yīng)的固定螺孔，將固定螺孔對準(zhǔn)安裝螺孔，并將螺釘插入安裝螺孔內(nèi)， 緊固螺釘，完成前端蓋11和后端蓋12的安裝。其余制作步驟都相同。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232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。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.制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法，包括以下步驟1)制作轉(zhuǎn)軸、永磁體、前端蓋和后端蓋；制作磁軛單元，磁軛單元包括多個極靴部和一個鐵心部，極靴部圍繞鐵心部設(shè)置，極靴部之間相互獨立并均勻分布；每個極靴部與鐵心部之間通過一對連接條帶連接，極靴部、連接條帶和鐵心部圍成軸向和周向定位永磁體的定位孔；極靴部設(shè)有允許極靴拉緊螺栓貫穿的極靴螺栓通孔，鐵心部設(shè)有允許鐵心拉緊螺栓貫穿的鐵心螺栓通孔；2)用非導(dǎo)磁材料制成的轉(zhuǎn)子隔板，轉(zhuǎn)子隔板在軸向?qū)⑥D(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分隔為多個轉(zhuǎn)子單元， 轉(zhuǎn)子隔板上設(shè)有允許永磁體貫穿的永磁體通孔，轉(zhuǎn)子隔板上設(shè)有允許極靴拉緊螺栓貫穿的極靴螺栓通孔和許鐵心拉緊螺栓貫穿的鐵心螺栓通孔；3)將磁軛單元和轉(zhuǎn)子隔板套接在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸與磁軛單元的鐵心部、轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子隔板均為鍵連接，磁軛單元和轉(zhuǎn)子隔板在軸向均勻地間隔分布，轉(zhuǎn)子隔板在軸向?qū)⑥D(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分給為多個轉(zhuǎn)子單元；所有磁軛單元的定位孔對位形成定位通道，定位通道與轉(zhuǎn)子隔板的永磁體通孔對位形成永磁體通道；磁軛單元的極靴螺栓通孔與轉(zhuǎn)子隔板的極靴螺栓通孔一一對位、形成允許極靴拉緊螺栓通過的極靴螺栓通道，磁軛單元的鐵心螺栓通孔與轉(zhuǎn)子隔板的鐵心螺栓通孔一一對位、形成允許鐵心拉緊螺栓通過的鐵心螺栓通道；4)將永磁體插入永磁體通道內(nèi)，永磁體與永磁體通道間隙配合；5)在每個極靴螺栓通道中插入極靴拉緊螺栓，極靴拉緊螺栓與極靴螺栓通道間隙配合；在每個鐵心螺栓通道中插入鐵心拉緊螺栓，鐵心拉緊螺栓與鐵心螺栓通道間隙配合； 分別用拉緊螺栓的兩端連接螺母，從而鎖緊磁軛單元和轉(zhuǎn)子隔板，此時磁軛單元上的連接條帶相互重疊；6)將每個連接條帶的中間部分切除，極靴部疊合形成轉(zhuǎn)子極靴，鐵心部疊合形成轉(zhuǎn)子鐵心，且轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子鐵心相互獨立；7)在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的前后兩段分別固定安裝前端板和后端板。
2.如權(quán)利要求1所述的制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法，其特征在于步驟1)中，磁軛單元由多個疊片疊合而成。
3.如權(quán)利要求2所述的制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法，其特征在于步驟1)中，磁軛單元采用導(dǎo)磁性能良好的鐵磁材料板材制作。
4.如權(quán)利要求1所述的制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法，其特征在于步驟1)中，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有平鍵，轉(zhuǎn)子隔板和轉(zhuǎn)子鐵心上均設(shè)有允許轉(zhuǎn)軸貫穿的轉(zhuǎn)軸通孔和與平鍵配合的鍵槽，平鍵和鍵槽配合實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子隔板的周向定位，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有軸環(huán)以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子隔板相對轉(zhuǎn)軸的軸向定位。
5.如權(quán)利要求1所述的制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法，其特征在于轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子鐵心之間的永磁體為整體式磁體。
6.如權(quán)利要求1所述的制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法，其特征在于轉(zhuǎn)子極靴與轉(zhuǎn)子鐵心之間的永磁體由多塊永磁體沿轉(zhuǎn)子軸向拼接而成永磁體組；轉(zhuǎn)子隔板上永磁體通孔與永磁體一一對應(yīng)，相鄰的永磁體通孔之間有擱條。
7.如權(quán)利要求1所述的制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法，其特征在于步驟2)中，轉(zhuǎn)子隔板上的永磁體通孔的拐角處為平滑的曲線過渡，以降低旋轉(zhuǎn)時永磁體對轉(zhuǎn)子隔板擠壓造成的應(yīng)力集中。
8.如權(quán)利要求7所述的制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法，其特征在于步驟2)中，通過有限元分析在轉(zhuǎn)子隔板上開設(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；減重孔為圓滑曲線圍成的孔洞。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法，其特征在于步驟4)中，永磁體的上端面與轉(zhuǎn)子極靴的下端面貼合、且永磁體與轉(zhuǎn)子極靴之間有金屬膠，永磁體的下端面與轉(zhuǎn)子鐵心貼合、且永磁體與轉(zhuǎn)子鐵心之間有金屬膠；步驟5)中，鐵心拉緊螺栓螺母和轉(zhuǎn)子鐵心之間放置有防松墊圈，防止鐵心拉緊螺栓的螺母發(fā)生松動，或者鐵心拉緊螺栓與螺母的螺紋配合內(nèi)涂有金屬膠，以實現(xiàn)鐵心拉緊螺栓與螺母的緊固連接；步驟7)安裝好前端蓋和后端蓋后，再在轉(zhuǎn)子極靴和轉(zhuǎn)子隔板之間的空隙處填充熱固性高分子材料，如玻璃鋼和環(huán)氧樹脂。
10.如權(quán)利要求9所述的制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法，其特征在于步驟7)中，安裝前端蓋和后端蓋時，先分別在每根極靴拉緊螺栓的兩端開設(shè)安裝螺孔，前端蓋和后端蓋上分別設(shè)有與極靴拉緊螺栓一一對應(yīng)的固定螺孔，將固定螺孔對準(zhǔn)安裝螺孔，并將螺釘插入安裝螺孔內(nèi)，緊固螺釘，完成前端蓋和后端蓋的安裝。
全文摘要
制造永磁電機轉(zhuǎn)子的方法，包括制作轉(zhuǎn)軸、永磁體、前端蓋、后端蓋、和磁軛單元，磁軛單元包括多個極靴部和一個鐵心部，極靴部圍繞鐵心部設(shè)置；每個極靴部與鐵心部之間通過一對連接條帶連接；制成的轉(zhuǎn)子隔板，轉(zhuǎn)子隔板上設(shè)有允許永磁體貫穿的永磁體通孔；所有磁軛單元的定位孔與轉(zhuǎn)子隔板的永磁體通孔對位形成永磁體通道；將永磁體插入永磁體通道內(nèi)；插入拉緊螺栓分別用拉緊螺栓的兩端連接螺母鎖緊磁軛單元和轉(zhuǎn)子隔板，磁軛單元上的連接條帶相互重疊；將每個連接條帶的中間部分切除，極靴部疊合形成轉(zhuǎn)子極靴，鐵心部疊合形成轉(zhuǎn)子鐵心；前后兩段分別固定安裝前端板和后端板。本發(fā)明具有能夠制造出機械強度高，適用于高速旋轉(zhuǎn)永磁電機的優(yōu)點。
文檔編號H02K15/03GK102545493SQ20121001999
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)