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CN102638119A - 一种具有较小输出转矩波动的永磁电机转子 - Google Patents

一种具有较小输出转矩波动的永磁电机转子 Download PDF

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CN102638119A CN2012101217384A CN201210121738A CN102638119A CN 102638119 A CN102638119 A CN 102638119A CN 2012101217384 A CN2012101217384 A CN 2012101217384A CN 201210121738 A CN201210121738 A CN 201210121738A CN 102638119 A CN102638119 A CN 102638119A
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Inventor
张弛
魏泽鼎
石建玲
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Hebei University of Science and Technology
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Hebei University of Science and Technology
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Abstract

一种具有较小输出转矩波动的永磁电机转子，用于简化生产工艺并提高永磁电机的性能。其技术方案是，它由电机轴、柱状铁芯和多个磁钢组成，所述铁芯通过其同轴通孔套装在电机轴的中部，在铁芯的外柱面上均布有多个内宽外窄且与电机轴平行的燕尾槽，所述磁钢的形状与燕尾槽的形状相匹配，它们分别镶嵌在铁芯上的多个燕尾槽内。本发明采用燕尾槽固定磁钢，不仅工艺简单，易于加工，而且可有效防止磁钢在高速旋转时甩出，大大提高了电机运行的可靠性。同时，本转子很好地解决了永磁电机输出转矩的波动问题，降低了电机的振动和噪声，提高了永磁电机的整体性能。

Description

一种具有较小输出转矩波动的永磁电机转子
技术领域
本发明涉及一种结构简单、加工方便、工作可靠、运行平稳的永磁电机转子，属电机技术领域。
背景技术
永磁电机采用永磁体生成电机的磁场，无需励磁线圈和励磁电流，具有效率高、节约能源、可靠性高、体积小、寿命长以及成本低的特点，随着高能永磁体技术的发展，永磁电机目前已得到广泛应用。但是永磁电机也存在一些问题，影响了它的进一步发展和应用，其不足之处主要有以下两个方面：
1）转子磁钢的固定问题。传统的制作工艺是使用各种粘结剂将磁钢粘结在转子铁心上，随着粘结剂的老化，在离心力的作用下磁钢很容易脱落，一旦脱落的磁钢卡住转子将使电机无法运行。目前大多数企业利用螺钉固定磁钢，加工时需在转子铁心上攻丝，在磁钢上钻孔，但由于磁钢材料硬度大，一般钻头无法钻动，加工比较困难，而且磁钢钻孔后强度会有所降低。有的企业利用套在磁钢外圆上的不导磁安装套固定磁钢，其缺点是加大了定转子间的气隙，降低了气隙磁密度，要想保持电机性能不变，必需增加磁钢厚度或增加绕组匝数，这样必然导致材料的浪费和电机性能的劣化。
2）永磁电机输出转矩的波动问题。由于定子铁心内圆有齿槽存在，转子磁极又是由高性能永磁材料制成，当磁极对准齿槽时，吸力最大，相错时，吸力变小，因此定子的齿槽与转子的永磁体相互作用会产生“齿槽转矩”，此转矩随转子转角的变化做周期性变化，它将使永磁电动机运行时产生振动和噪声，导致转矩纹波，脉动转矩通过传动轴传递给负载，影响系统的控制精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种结构简单、加工方便、工作可靠、运行平稳的具有较小输出转矩波动的永磁电机转子。
本发明所称问题是以下述技术方案实现的：
一种具有较小输出转矩波动的永磁电机转子，由电机轴、柱状铁芯和多个磁钢组成，所述铁芯通过其同轴通孔套装在电机轴的中部，在铁芯的外柱面上均布有多个内宽外窄且与电机轴平行的燕尾槽，所述磁钢的形状与燕尾槽的形状相匹配，它们分别镶嵌在铁芯上的多个燕尾槽内。
上述具有较小输出转矩波动的永磁电机转子，所述铁芯沿轴向分为长度相等的两段，两段铁芯上的磁钢错开安装。
上述具有较小输出转矩波动的永磁电机转子，所述铁芯由多个同轴且叠放在一起的环形铁芯冲片构成。
上述具有较小输出转矩波动的永磁电机转子，在电机轴上与铁芯两端相对应的部位分别设置有弹性卡圈和锁紧螺母将铁芯紧固，电机轴与铁芯之间设置有定位键。
本发明采用燕尾槽固定磁钢，不仅工艺简单，易于加工，而且可有效防止磁钢在高速旋转时甩出，大大提高了电机运行的可靠性。同时，本转子采用分段错开的铁芯，很好地解决了永磁电机输出转矩的波动问题，降低了电机的振动和噪声，提高了永磁电机的整体性能。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详述。
图1是本发明的结构示意图；
图2是第一段铁芯的端面形状；
图3是第二段铁芯的端面形状；
图4是电机轴的结构示意图；
图5是磁钢的结构示意图；
图6是传统永磁电机转子的齿槽转矩曲线；
图7是本发明的齿槽转矩曲线。
图中各标号为：1、电机轴，2、弹性卡圈，3、定位键，4、挡圈，5、磁钢，6、第一段铁芯，7、第二段铁芯，8、锁紧螺母，9、键槽，10、燕尾槽，11、键槽，12、螺纹。
具体实施方式
在电机制造领域，永磁电机的转子，可分成内转子或外转子。外转子结构的磁极为长方形薄片，固定在外壳的内壁上，电枢铁芯装在轴上，通电后，外转子旋转，此结构多用于电动自行车，其应用范围较窄。内转子结构是将磁钢（永久磁铁）设置在转子铁芯上，应用较为广泛。但是内转子结构的电机在旋转时，磁钢会受到较大的离心力，一但磁钢脱落，会造成电机停转、绕组短路等情况。如果保护电路失灵，将烧毁电机的绕组。因此磁钢的固定问题就成为了转子结构设计中的关键问题。
本发明的结构如图1所示，在电机轴1上开有通键槽，并用定位键3径向定位两段铁芯6和7。两段铁芯的铁芯冲片的形状（即两段铁芯的端面形状）如图2和图3所示，冲片外缘开有相同尺寸的燕尾槽，而两种冲片中心孔的键槽角度则不同，将它们叠放在电机轴1上时便出现了如图1所示纵向错齿分布的燕尾槽结构。将相同结构及尺寸的磁钢5从燕尾槽的外端分别插入，并在两端用挡圈4、轴用弹性挡圈2和锁紧螺母8轴向固定。
磁钢的形状如图5所示，为长条形，它镶嵌在燕尾槽内，保证在电机轴高速旋转时不会被甩出。
图6所示为传统电机转子的齿槽转矩曲线，其跟随空间位置的变化做周期性变化，振幅较大时会影响电机的输出性能。图7所示为本发明的齿槽转矩曲线，图中的曲线A和B是两段铁芯分别产生的齿槽转矩，曲线C为这两段铁芯的合成转矩。对比图6和图7中曲线C，可以明显地看出电机的齿槽转矩的变化幅值有了很明显的减小，电机的输出性能得到了很大的改善。

Claims (4)

1.一种具有较小输出转矩波动的永磁电机转子，其特征是，它由电机轴（1）、柱状铁芯和多个磁钢（5）组成，所述铁芯通过其同轴通孔套装在电机轴（1）的中部，在铁芯的外柱面上均布有多个内宽外窄且与电机轴（1）平行的燕尾槽（10），所述磁钢（5）的形状与燕尾槽（10）的形状相匹配，它们分别镶嵌在铁芯上的多个燕尾槽（10）内。
2.根据权利要求1所述具有较小输出转矩波动的永磁电机转子，其特征是，所述铁芯沿轴向分为长度相等的两段，两段铁芯上的磁钢（5）错开安装。
3.根据权利要求1或2所述具有较小输出转矩波动的永磁电机转子，其特征是，所述铁芯由多个同轴且叠放在一起的环形铁芯冲片构成。
4.根据权利要求3所述具有较小输出转矩波动的永磁电机转子，其特征是，在电机轴（1）上与铁芯两端相对应的部位分别设置有弹性卡圈（2）和锁紧螺母（8）将铁芯紧固，电机轴（1）与铁芯之间设置有定位键（3）。
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