CN105186743B - 一种制作永磁电机的转子机构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁电机的转子机构及其制作方法，该转子机构包括转轴、转子支架、转子铁芯、磁极端部压板、铁芯端部压板、永磁体、永磁体护套、端部挡板、护套压条，其中转子支架套装于转轴上，转子铁芯套装固定于转子支架上，端部挡板与铁芯端部压板分别固定于转子支架轴向的两端，转子铁芯的外壁周向均匀间隔设置有沿转子支架的轴向方向的槽，护套压条设置于转子支架外壁的槽之间的间隙，永磁体护套固定于护套压条上，并且永磁体护套与槽之间形成插入安装永磁体的空间，转子支架上安装铁芯端部压板的一端固定有磁极端部压板。按照本发明，装配工艺简单，磁钢安装可靠牢固，减少磁钢间的漏磁及减小涡流损耗，适应极数多磁钢周向间隔小的应用。

Description

一种制作永磁电机的转子机构的方法

技术领域

本发明属于永磁体领域，更具体地，涉及一种永磁电机的转子机构。

背景技术

永磁电机具有结构简单、体积小、质量轻、效率高和电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。因而应用范围极为广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。但是永磁电机运行过程中，电机永磁体经常受到振动和冲击，受力环境复杂恶劣，如若永磁体固定不理想，就会在复杂多变的运行环境中松动，导致永磁电机的失效和损坏。因此对永磁电机中永磁体的合理可靠固定直接关系到了永磁电机的可靠性和耐用性。

表贴式永磁电机的永磁体很常用的固定方式是采用粘接结构胶将永磁体粘接在转子表面上，每块磁钢都必须压紧在转子表面，直到粘接牢靠为止。

该技术的缺点主要有：1)在粘接过程中，由于粘接结构胶的密度大，流动性差，粘接结构胶通常无法填充到永磁体与支撑结构钢的缝隙中，造成永磁体固定不牢靠，直接导致电机在运行过程中容易发生振动，造成永磁体脱落；2)为了增大永磁体与结构钢的圆形内表面紧密贴合的面积，永磁体一侧表面也需要设计成圆弧形，使得永磁体加工复杂，增加成本；3) 粘接结构胶的成本较高，导致永磁电机的制造成本高；4)粘接的设备化率不高，导致永磁电机的生产效率低，特别是对大型直驱永磁风力发电机，由于电机尺寸大，导致需要特定制造的设备来完成粘接，模块化生产效率低下，成本高。

专利CN200520045576.6实用新型专利公开了一种运用于风力发电机上的汝铁硼永磁转子，该专利采用在磁体中间设有安装孔，在转子表面对应设有固定孔，通过螺钉将磁体固定在转子表面，同时为了增强永磁体固定强度，还在永磁体的外表面设有保护层。该技术虽然解决了粘胶粘接不牢靠的问题，也不需要特定设备，适应性强，可以覆盖所有的表贴式永磁电机的永磁体固定范围，但是存在以下缺点：1)为了增大贴合面积，永磁体一侧也需要加工成与支撑结构的圆形表面相适应的圆弧形，加工复杂，额外增大成本；2)永磁体机械特性是不易变形但受冲击容易损坏，在永磁体中间开固定孔，会增大永磁体的应力集中特性，使得电机在运行过程中，由于振动和冲击，容易造成永磁体的脆性破裂脱落，极大缩短了永磁电机的使用寿命，限制了使用场合，无法在恶劣环境下运行使用。

专利CN 102315710 A的技术方案是在转子筒表面均匀设有极靴，利用极靴与安装在转子筒表面的绝缘层之间形成的永磁体安装空间来安装永磁体。此方案主要有两点缺点：一是极靴形状特殊，需要占有较大的空间，不适合于磁极间周向间隔小的场合；二是转子筒表面涡流损耗较大，不适合高频永磁电机。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种永磁电机的转子机构，其目的在于提供一种装配工艺简单，磁钢安装可靠牢固，无需特殊工装的转子机构，并且解决磁钢间的漏磁大、涡流损耗大的技术问题，特别能够适应于永磁体安装的级数多，且之间周向间隔小的应用。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种永磁电机的转子机构，其特征在于，该转子机构包括转轴、转子支架、转子铁芯、磁极端部压板、铁芯端部压板、永磁体、永磁体护套、端部挡板、护套压条，其中转子支架套装于转轴上，转子铁芯套装固定于所述转子支架上，端部挡板与铁芯端部压板分别固定于所述转子支架的轴向的两端，用于固定所述转子铁芯；

所述转子铁芯的外壁周向均匀间隔设置有沿所述转子支架的轴向方向的槽；

护套压条设置于所述转子支架外壁上的所述槽之间的间隙，永磁体护套固定于所述护套压条上，并且所述永磁体护套与所述槽之间形成插入安装永磁体的空间；

所述转子支架上安装有铁芯端部压板的一端还固定有磁极端部压板，用于固定实现所述永磁体插入安装后的轴向固定。

进一步地，所述转子铁芯内壁上开有卡合槽，用于与安装于所述转子支架上的固定条卡合从而实现所述转子铁芯的固定。

进一步地，所述转子铁芯由圆环型的铁芯叠块叠压而成。

进一步地，所述转子铁芯上开有通孔，所述永磁体护套和所述护套压条上也开有相应的通孔，从而通过螺钉固定于所述转子支架上实现所述永磁体的压紧固定。

进一步地，所述转子铁芯上的通孔是由所述铁芯叠块叠压完成后冲孔形成。

进一步地，所述转子铁芯上的通孔是由沿周向分布且之间留有通孔间隙的块状铁芯叠片与所述铁芯叠块叠压从而形成的。

另外一方面，本发明还公开了一种制作永磁电机的转子机构的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(a)将圆筒体的转子支架套装在转轴上，并在所述转子支架的外表壁周向均匀分布地固定沿轴向的固定条；

(b)在所述转子支架的沿轴向的一个端面上固定端部挡板，将叠压成转子铁芯的圆环型铁芯叠块逐块套入所述转子支架上，通过与所述固定条卡合实现固定，并且在所述转子支架固定所述端部挡板的另一轴向端面上固定铁芯端部压板，从而所述端部挡板与所述铁芯端部压板在轴向上限制所述转子铁芯；

(c)所述叠压完成后的转子铁芯的外壁周向均匀间隔形成有沿所述转子支架的轴向方向的槽，用于安装永磁体，将护套压条填充于所述转子支架外壁上的槽之间的间隙，将永磁体护套固定于所述护套压条上，所述永磁体护套与槽之间形成所述永磁体的安装空间；

(d)在所述永磁体护套与槽之间形成所述永磁体的安装空间内插入所述永磁体，进一步固定压紧所述永磁体护套从而锁紧所述永磁体，在转子支架上安装有铁芯端部压板的一端固定磁极端部压板，用于固定实现所述永磁体插入安装后的轴向固定，由此形成所述转子机构。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于采用了铁芯开槽固定永磁体，能够适应于永磁体安装的级数多，且之间周向间隔小的转子机构中的应用。

附图说明

图1是按照本发明的永磁体机构的电机转子结构示意图；

图2(a)是按照本发明的永磁体机构的转子支架的A端面示意图；

图2(b)是按照本发明的永磁体机构的转子支架的B端面示意图；

图3是按照本发明的永磁体机构的楔形固定条的示意图；

图4是按照本发明的永磁体机构的端部挡板的示意图；

图5(a)是按照本发明的永磁体机构的转子铁心3的整体截面示意图；

图5(b)是按照本发明的永磁体机构的转子铁心3的局部细节放大图；

图5(c)是按照本发明的永磁体机构的转子铁心3的三维示意图；

图5(d)是按照本发明的永磁体机构的转子铁心3的铁心通孔示意图；

图6(a)是按照本发明的永磁体机构的永磁体护套的示意图；

图6(b)是按照本发明的永磁体机构的护套安装在永磁体上的示意图；

图6(c)是按照本发明的永磁体机构的相邻的永磁体护套安装的局部示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1—转轴 2—转子支架 3—转子铁芯 4—磁极端部压板 5—铁芯端部压板；6—永磁体；7—永磁体护套；8—楔形固定条；9—端部挡板； 10—护套压条 11-圆环型铁芯叠块12-铁芯叠片

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明所涉及的永磁电机转子机构的示意图如图1所示，其中为了显示楔形固定条8、端部挡板9和永磁体6，转子铁芯3、铁芯端部压板5和磁极端部压板4只显示了一部分，该结构主要包括以下部分：转子支架2 套装在转轴1上，与转子支架2连接成一个整体，用于传递电机的转矩；转子支架2两个端面均匀设有螺纹孔，端部挡板9可以通过螺钉固定于转子支架2的一端；楔形固定条8沿圆周均匀固定于转子支架2的表面，转子铁芯叠片内壁开有与楔形固定条8相适应的槽口，使得叠片逐次插入到楔形固定条8中卡合，实现转子铁芯3的径向固定，叠压完成后，在转子支架2另一端面通过螺钉均匀固定铁芯端部压板5，对转子铁芯进行轴向固定；转子支架2圆周表面沿周向均匀设有螺纹孔，转子铁芯3在与转子支架2螺纹孔相应位置也设置有相适应的通孔，同样永磁体护套7和护套压条10也在相应地方设有通孔，通过螺钉可以将护套压条10和永磁体护套7 一起固定在转子支架上，安装好后永磁体护套7和转子铁芯3之间形成安装永磁体的空间，通过靠近铁芯端部压板5一端的通道入口，将分块之后的永磁体逐次插入到永磁体护套7和转子铁芯3之间的安装孔内，在每一极永磁体插入完毕后，在靠近铁芯端部压板5的一端将磁极端部压板4与转子支架2通过螺钉固定锁死，这样永磁体可靠安装在转子铁芯3上。

1)转子支架

转子支架2是电机转子的主要支撑结构，对于永磁电机，永磁体均需要牢固地固定在转子支架上，为了细致地说明转子支架，分别用图2a和图 2b来说明转子支架的A端面和B端面：转子支架圆周表面沿周向均匀布置有螺纹孔，其中螺纹孔12和螺纹孔14用于固定楔形固定条8，螺纹孔11 和螺纹孔13用于固定永磁体护套7；A端面沿圆周均匀布置螺纹孔18，用于固定端部挡板9；B端面每三个螺纹孔为一个单元并沿圆周方向均匀布置，单元中的螺纹孔15用于固定铁芯端部压板，螺纹孔16用于固定磁极端部压板4。

2)楔形固定条

楔形固定条8截面形状为楔形，可以为T字形、梯形和燕尾形等形状，其功能主要有：一是用于在转子铁芯现场叠压时的定位，二是径向固定住转子铁芯。其示意图如图3所示：孔19和孔21为沉头孔，根据不同的沉头螺钉规格，可以设置为平头螺丝沉头孔或者内六角沉头孔，通过这两个沉头孔和转子支架上的螺纹孔12及螺纹孔14，可以使用相应的沉头螺钉将楔形固定条8可靠地固定在转子支架2上，使用沉头螺钉可以使楔形固定条8的表面平整，方便安装转子铁芯；通孔20和通孔22是与转子支架上的螺纹孔11和螺纹孔13相配对，固定螺钉通过这两个通孔可以将永磁体护套7固定于转子支架2上。另外楔形固定条8也可以取消安装孔19和21，直接焊接在转子支架上。

3)端部挡板

端部挡板9的作用主要是在轴向一边固定转子铁芯3和永磁体6，防止其沿轴向一方向移动，同时在安装装配过程中，轴向端板优先固定于转子支架的一端，限制住转子铁芯3和永磁体6的一个轴向自由度，方便叠压转子铁芯3和推入安装永磁体6。端部挡板9形状可以为整体的圆环形挡板，也可以为分段的圆环形挡板，其示意图如图4所示：端部挡板9上沿圆周均匀布置有通孔23，与转子支架2的A端面上的螺纹孔18相适应，通过螺钉可以将端部挡板固定在转子支架2的A端面上。

4)转子铁芯

转子铁芯3由高导磁性能的电工硅钢片叠成，可以减小电机运行过程中的涡流损耗，提高永磁电机的效率。为了清楚说明转子铁芯的特征，图5 (a)为转子铁芯3的整体截面示意图，图5(b)为转子铁芯3的局部细节放大图，图5(c)为转子铁芯三维示意图，图5(d)为转子铁芯通孔示意图。其说明如下：转系铁芯上布置有楔形安装孔24，与楔形固定条8的形状相适应，二者配合，可以在转子铁芯3叠压过程中进行定位，并可以径向固定转子铁芯3；转子铁芯3上的永磁体安装槽25,与永磁体6大小相适应，用于安装永磁体6，两边凸出的定位凸台26，可以在永磁体6安装过程中进行定位，方便安装永磁体6；在转子铁芯整体的定位凸台上设有通孔 27和通孔28，其与转子支架上的螺纹孔11和螺纹孔13相适应，固定永磁体护套7的螺钉会通过转子铁芯3上的通孔和通孔28，从而将永磁体护套 7固定在转子支架2上；转子铁芯3上的通孔27和通孔28的加工形式有两种，一是将转子铁芯叠块11整体叠压在转子支架2上成一个整体之后，集中对该子装配体进行打孔，此时通孔27和通孔28的形状优选为圆形，二是根据通孔位置大小对转子铁芯叠块进行特殊设计，将铁芯叠片12分为几个单元在周向间隔地布置，如图5(d)所示，主体特征一样，交错叠压后，可以在叠压完成后，自然形成通孔27和通孔28，此时通孔形状优选为长方形。

5)永磁体护套

永磁体护套成开口形，如图6(a)所示。护套安装示意图如图6(b) 所示：在转子铁芯3叠压在转子支架2上之后，用螺钉穿过永磁体护套7 的安装孔、转子铁芯3通孔，直接将永磁体护套7固定在转子支架2上，永磁体护套7与转子铁芯3上的永磁体安装槽25之间形成安装永磁体的安装空间，此时转子支架2的A端面已固定了端部挡板9，于是永磁体6的安装空间形状为一端密封，另一端开口，截面形状与永磁体6形状相似的半通孔，这样，轴向分段的永磁体可以依次从开口那一端也即B端面推入进安装空间，推入完成后，将磁极端部压板4固定于转子支架2的B端面，即可完成永磁体的安装与固定。此外,对于磁极间周向距离小的情况，永磁体护套沿周向均匀布置时，相邻的永磁体护套可以将相邻的固定支脚重合叠压在一起，用统一螺钉紧固，如图6(c)所示。

按照本发明，按照本专利所提出的永磁体结构具有装配工艺简单，磁钢安装可靠牢固，无需特殊工装。同时能够减少磁钢间的漏磁，减小涡流损耗，能够很好适应极数多，磁钢周向间隔小的场合。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种制作永磁电机的转子机构的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(a)将圆筒体的转子支架(2)套装在转轴(1)上，并在所述转子支架(2)的外表壁周向均匀分布地固定沿轴向的固定条(8)；

(b)在所述转子支架(2)的沿轴向的一个端面上固定端部挡板(9)，将叠压成转子铁芯(3)的圆环型铁芯叠块逐块套入所述转子支架(2)上，通过与所述固定条(8)卡合实现固定，并且在所述转子支架(2)固定所述端部挡板(9)的另一轴向端面上固定铁芯端部压板(5)，从而所述端部挡板(9)与所述铁芯端部压板(5)在轴向上限制所述转子铁芯(3)；

(c)所述叠压完成后的转子铁芯(3)的外壁周向均匀间隔形成有沿所述转子支架(2)的轴向方向的槽(25)，用于安装永磁体(6)，将护套压条(10)填充于所述转子铁芯(3)外壁上的槽(25)之间的间隙，将永磁体护套(7)固定于所述护套压条(10)的下方，所述永磁体护套(7)与转子铁芯(3)外壁上的槽(25)之间形成所述永磁体(6)的安装空间；

(d)在所述永磁体护套(7)与槽(25)之间形成所述永磁体(6)的安装空间内插入所述永磁体(6)，进一步固定压紧所述永磁体护套(7)从而锁紧所述永磁体(6)，在转子支架(2)上安装有铁芯端部压板(5)的一端固定磁极端部压板(4)，用于固定实现所述永磁体(6)插入安装后的轴向固定，由此形成所述转子机构；

转子机构包括转轴(1)、转子支架(2)、转子铁芯(3)、磁极端部压板(4)、铁芯端部压板(5)、永磁体(6)、永磁体护套(7)、端部挡板(9)、护套压条(10)，其中转子支架(2)套装于转轴(1)上，转子铁芯(3)套装固定于所述转子支架(2)上，端部挡板(9)与铁芯端部压板(5)分别固定于所述转子支架(2)的轴向的两端，用于固定所述转子铁芯(3)；

所述转子铁芯(3)的外壁周向均匀间隔设置有沿所述转子支架(2)的轴向方向的槽(25)；

护套压条(10)设置于所述转子铁芯(3)外壁上的所述槽(25)之间的间隙，永磁体护套(7)固定于所述护套压条(10)上，并且所述永磁体护套(7)与所述槽(25)之间形成插入安装永磁体(6)的空间；

所述转子支架(2)上安装有铁芯端部压板(5)的一端还固定有磁极端部压板(4)，用于固定实现所述永磁体(6)插入安装后的轴向固定。

2.如权利要求1所述的制作永磁电机的转子机构的方法，其特征在于，所述转子铁芯(3)内壁上开有卡合槽(24)，用于与安装于所述转子支架(2)上的固定条(8)卡合从而实现所述转子铁芯(3)的固定。

3.如权利要求1或2所述的制作永磁电机的转子机构的方法，其特征在于，所述转子铁芯(3)由圆环型的铁芯叠块(11)叠压而成。

4.如权利要求3所述的制作永磁电机的转子机构的方法，其特征在于，所述转子铁芯(3)上开有通孔，所述永磁体护套(7)和所述护套压条(10)上也开有相应的通孔，从而通过螺钉固定于所述转子支架(2)上实现所述永磁体(6)的压紧固定。

5.如权利要求4所述的制作永磁电机的转子机构的方法，其特征在于，所述转子铁芯(3)上的通孔是由所述铁芯叠块(11)叠压完成后冲孔形成。

6.如权利要求4所述的制作永磁电机的转子机构的方法，其特征在于，所述转子铁芯(3)上的通孔是由沿周向分布且之间留有通孔间隙的块状铁芯叠片(12)与所述铁芯叠块叠压从而形成的。