專利名稱：一種表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
中國實(shí)用新型專利申請文件(公開號CN102593989A)公開了《一種永磁同步直驅(qū)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)》，為一種表面式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子。該電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，減輕了轉(zhuǎn)子的重量，提高了永磁體安裝精度及利用率。如圖15所示，轉(zhuǎn)子O —體形成有空心結(jié)構(gòu)軸I，空心結(jié)構(gòu)軸的一個環(huán)形端面上均勻分布有圓孔2?？招慕Y(jié)構(gòu)軸上套有轉(zhuǎn)子支架3，轉(zhuǎn)子支架沿圓周開均布的孔4，轉(zhuǎn)子支架上套永磁體安裝環(huán)5 ;轉(zhuǎn)子支架、永磁體安裝環(huán)和空心結(jié)構(gòu)軸同軸布置。永磁體安裝環(huán)的圓環(huán)表面沿圓周等距排布有永磁體定位孔6。永磁體安裝環(huán)的圓環(huán)兩端的外沿有稍高于表面的擋板7。永磁體10安裝在永磁體安裝環(huán)上。定位銷11插入永磁體定位孔中。轉(zhuǎn)子法蘭盤8固定在所述的圓孔上，轉(zhuǎn)子法蘭盤上沿圓周均勻開有連接負(fù)載的孔9。永磁體安裝環(huán)的圓環(huán)表面等距排布有永磁體定位孔6，永磁體定位孔用于裝配定位銷，定位銷軸向成離散排列，定位銷為鋁制定位銷，定位銷與擋板分別形成周向安裝位置限位及軸向安裝位置限位，用于永磁體的裝配與固定。轉(zhuǎn)子法蘭盤固定在所述的圓孔2上，所述的圓孔均勻分布于空心結(jié)構(gòu)軸的一個環(huán)形端面上，轉(zhuǎn)子法蘭盤上沿圓周均勻開有連接負(fù)載的孔。這種電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，若增大永磁體安裝環(huán)5的內(nèi)徑，則能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子輕量化，但由于永磁體安裝環(huán)5作為磁路發(fā)揮作用，因此當(dāng)將永磁體安裝環(huán)內(nèi)徑擴(kuò)大至一定時(shí)，磁路變窄，引起磁通飽和而轉(zhuǎn)矩下降。因此，在確保滿足規(guī)定的輸出轉(zhuǎn)矩并同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子輕量化時(shí)，永磁體安裝環(huán)的內(nèi)徑擴(kuò)大存在界限，因而輕量化存在界限。永磁體10安裝固定方式適用于軸向單列永磁體的轉(zhuǎn)子，若應(yīng)用于軸向多段并列永磁體的轉(zhuǎn)子中，則嚴(yán)重影響永磁體的裝配，如永磁體定位孔6位置及數(shù)量設(shè)計(jì)不合理，則影響永磁體裝配，導(dǎo)致永磁體之間發(fā)生相對位移，且影響永磁體安裝環(huán)的導(dǎo)磁性能，進(jìn)而嚴(yán)重影響電機(jī)性能。這樣永磁體的轉(zhuǎn)子的長度就受到一定限制，所以此種結(jié)構(gòu)常用于小電機(jī)或定轉(zhuǎn)子較短的電機(jī)，并不適用于大扭矩電機(jī)或轉(zhuǎn)子較長的電機(jī)。若減少轉(zhuǎn)子法蘭盤8的厚度，則能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子的輕量化，但由于轉(zhuǎn)子法蘭盤作為連接負(fù)載作用，因此當(dāng)轉(zhuǎn)子法蘭盤的厚度減少至必要以上時(shí)，轉(zhuǎn)子法蘭盤所能承受的應(yīng)力下降，所能連接的負(fù)載減小。因此，在確保規(guī)定連接負(fù)載且能滿足應(yīng)力并同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的輕量化時(shí)，轉(zhuǎn)子法蘭盤的厚度存在界限，因而輕量化存在界限。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子，在不導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩降低及應(yīng)力集中的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的輕量化，且與負(fù)載連接簡單，永磁體安裝工藝方便及精度高。本實(shí)用新型一種表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)子軸、盲孔軸、前轉(zhuǎn)子輪轂(以電機(jī)轉(zhuǎn)子接負(fù)載的一端為前)、后轉(zhuǎn)子輪轂和籠形永磁體安裝筒；其特征是所述前轉(zhuǎn)子輪轂和后轉(zhuǎn)子輪轂分別固定套裝在轉(zhuǎn)子軸的前部和后部；籠形永磁體安裝筒由前轉(zhuǎn)子輪轂和后轉(zhuǎn)子輪轂支撐，與轉(zhuǎn)子軸成為一體；所述籠形永磁體安裝筒,沿筒體圓周等距排布多個永磁體軸向定位槽,永磁體軸向定位槽中插入非導(dǎo)磁金屬材料制成的定位鍵；相鄰兩個永磁體軸向定位槽之間，沿軸向均開有異型孔，籠形永磁體安裝筒外表面上異型孔寬度小于內(nèi)表面上異型孔寬度，從軸線方向觀察所述異型孔的徑向剖面圖，異型孔成“喇叭口”端面形狀，且形成在所述轉(zhuǎn)子的最高輸出時(shí)通過籠形永磁體安裝筒的磁鏈為稀疏磁鏈部位。若干永磁體布滿籠形永磁體安裝筒表面，永磁體由各定位鍵定位固定。永磁體安裝筒兩端部加工有圓環(huán)狀凸臺,所述永磁體卡在兩圓環(huán)狀凸臺之間。所述轉(zhuǎn)子軸，其前端部設(shè)有盲孔，盲孔內(nèi)設(shè)有鍵槽，用于和負(fù)載軸配合連接。因此，所述轉(zhuǎn)子軸又稱為盲孔軸。采用盲孔軸，使得轉(zhuǎn)子軸與負(fù)載軸之間裝配方便并且可靠。 所述前轉(zhuǎn)子輪轂和后轉(zhuǎn)子輪轂，其結(jié)構(gòu)形狀相同，轂面上均勻開有多個扇形孔，相鄰扇形孔之間形成多個轉(zhuǎn)子異型肋部；前轉(zhuǎn)子輪轂和后轉(zhuǎn)子輪轂，其厚度由軸心向邊緣逐漸變薄，異型肋部的寬度逐漸變窄。這種結(jié)構(gòu)，可以防止應(yīng)力集中，進(jìn)一步減輕肋部重量，進(jìn)而進(jìn)一步減輕轉(zhuǎn)子重量。本實(shí)用新型可以廣泛用于低速大扭矩永磁同步直驅(qū)電機(jī)中，不導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩降低及應(yīng)力集中而能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子的進(jìn)一步輕量化，省去軸伸端、連接負(fù)載用聯(lián)軸器及轉(zhuǎn)子法蘭盤，簡化轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，減少成本，提高電機(jī)響應(yīng)速度，改善電機(jī)性能。

圖1是本實(shí)用新型表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子立體示意圖(未安裝永磁體)。圖2是本實(shí)用新型表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸立體示意圖。圖3是本實(shí)用新型表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸局剖圖。圖4是本實(shí)用新型表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子的前轉(zhuǎn)子輪轂和后轉(zhuǎn)子輪轂立體示意圖。圖5是本實(shí)用新型表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子的前轉(zhuǎn)子輪轂和后轉(zhuǎn)子輪轂的側(cè)視圖。圖6是本實(shí)用新型表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子的前轉(zhuǎn)子輪轂和后轉(zhuǎn)子輪轂正視圖。圖7是本實(shí)用新型表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子的前轉(zhuǎn)子輪轂和后轉(zhuǎn)子輪轂的剖面圖。圖8是本實(shí)用新型表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子的籠形永磁體安裝筒立體示意圖。圖9是本實(shí)用新型表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子的籠形永磁體安裝筒斷面圖。圖10是本實(shí)用新型表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子立體示意圖(局部有永磁體安裝示意)。圖11表示的是線圈未通電時(shí)，本實(shí)用新型轉(zhuǎn)子的永磁體產(chǎn)生的磁鏈?zhǔn)疽鈭D。圖12表示的是低負(fù)荷相應(yīng)的電流通過線圈時(shí),本實(shí)用新型轉(zhuǎn)子的磁鏈?zhǔn)疽鈭D。在該情況下，不僅有轉(zhuǎn)子的永磁體產(chǎn)生的磁鏈，還有q軸電流(產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流)的磁鏈，此時(shí)，稀疏磁鏈部位L向旋轉(zhuǎn)方向前側(cè)移動。圖13表示的是高負(fù)荷相應(yīng)的電流通過線圈時(shí)，本實(shí)用新型轉(zhuǎn)子的磁鏈?zhǔn)疽鈭D。在該情況下，由于q軸電流產(chǎn)生的磁鏈的影響度變高，因此稀疏磁鏈部位L進(jìn)一步向旋轉(zhuǎn)方向前側(cè)移動。但是，稀疏磁鏈部位L即使在與最大負(fù)荷相應(yīng)的電流流過線圈的情況下，也不會移動到永磁體周向定位槽之間的轉(zhuǎn)子鐵心處之外的位置。圖14是在聞負(fù)荷時(shí)具有稀疏磁鏈部位L的磁鏈不意圖，可知在聞負(fù)荷時(shí)，磁鏈可以沿異型孔形狀通過。圖15是現(xiàn)有技術(shù)的電機(jī)轉(zhuǎn)子立體示意圖。
具體實(shí)施方式
以下，參照圖1至圖14，對本實(shí)用新型涉及的表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1為表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)成圖。如圖1所示，該轉(zhuǎn)子具備盲孔軸101。在所述盲孔軸101套有前轉(zhuǎn)子輪轂102和后轉(zhuǎn)子輪轂(未顯示)。如圖4、5、6、7所示，前、后轉(zhuǎn)子輪轂結(jié)構(gòu)形狀形同，沿圓周均勻開有10個扇形孔103 ;在所述前、后轉(zhuǎn)子輪轂上套有籠形永磁體安裝筒104,籠形永磁體安裝筒104兩端的外沿加工有圓環(huán)狀凸臺105,表面上開有24個永磁體軸向定位槽108，永磁體軸向定位槽108嵌入24個軸向定位鍵109。圖2、3為盲孔軸101的示意圖，如圖2、3所示，盲孔軸101的盲孔內(nèi)開有兩個鍵槽106，未圖示負(fù)載軸裝入盲孔軸101的盲孔中，省去軸伸端及連接負(fù)載用聯(lián)軸器，與比較例比較，省去轉(zhuǎn)子法蘭盤，簡化轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，減輕轉(zhuǎn)子重量及系統(tǒng)慣量，減少成本。圖4、5、6、7分別為前、后轉(zhuǎn)子輪轂結(jié)構(gòu)示意圖，轉(zhuǎn)子輪轂沿圓周均勻開有10個扇形孔103，相鄰扇形孔之間形成10個轉(zhuǎn)子異型肋部107，轉(zhuǎn)子異型肋部107沿徑向隨著半徑的增加，異型肋部107的厚度及寬度逐漸減少，防止應(yīng)力集中，減輕肋部107重量，進(jìn)而減輕轉(zhuǎn)子重量。圖8、9為籠形永磁體安裝筒104結(jié)構(gòu)示意圖，如圖8、9所示，在所述籠形永磁體安裝筒104圓周表面上沿圓周等距排布24個永磁體軸向定位槽108，用于定位鍵109的裝配，位于各相鄰兩個永磁體軸向定位槽108之間，沿軸向開有三個異型孔110，籠形永磁體安裝筒104外表面上異型孔110寬度小于內(nèi)表面上異型孔110寬度，從軸線方向觀察，所述異型孔110的徑向剖面圖，如圖9所示，異型孔110成“喇叭口”形狀，且形成在所述轉(zhuǎn)子的最高輸出時(shí)通過籠形永磁體安裝筒104的磁鏈為稀疏磁鏈部位L，采用此種方法可以不導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩降低而能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子的輕量化，因而能夠相應(yīng)地比比較例中的永磁體安裝環(huán)輕，減輕轉(zhuǎn)子重量，提高電機(jī)響應(yīng)速度。接下來研究異型孔110產(chǎn)生機(jī)理。圖11至圖13是表示不具有異型孔110的轉(zhuǎn)子組裝于定子時(shí)的磁鏈進(jìn)行解析的圖，圖中細(xì)線表示磁鏈。圖中，標(biāo)記200是定子，線圈202卷繞于多個齒201。轉(zhuǎn)子300配置在定子200的內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子鐵心301及永磁體302構(gòu)成轉(zhuǎn)子300，在向線圈202通電所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的作用下繞圖中逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。圖11表示線圈202未通電時(shí)，在該情況下，僅有轉(zhuǎn)子300的永磁體302產(chǎn)生的磁鏈。并且，在轉(zhuǎn)子300的轉(zhuǎn)子鐵心301的內(nèi)周面與永磁體302的周向中央對應(yīng)的部位上產(chǎn)生稀疏磁鏈部位L。圖12表示低負(fù)荷相應(yīng)的電流流過線圈202時(shí)，在該情況下，不僅有轉(zhuǎn)子300的永磁體302產(chǎn)生的磁鏈，還有q軸電流(產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流)的磁鏈，此時(shí)，稀疏磁鏈部位L向旋轉(zhuǎn)方向前側(cè)移動。圖13表示高負(fù)荷相應(yīng)的電流流過線圈202時(shí)，在該情況下，由于q軸電流產(chǎn)生的磁鏈的影響度變高，因此稀疏磁鏈部位L進(jìn)一步向旋轉(zhuǎn)方向前側(cè)移動。但是，稀疏磁鏈部位L即使在與最大負(fù)荷相應(yīng)的電流流過線圈202的情況下，也不會移動到永磁體軸向定位槽108之間的轉(zhuǎn)子鐵心301處之外的位置。因此，在轉(zhuǎn)子鐵心301的內(nèi)周面與外周面之間產(chǎn)生幾乎未被利用作為磁路的稀疏磁鏈部位L。因此，只要在保證高密度磁鏈部位H不產(chǎn)生磁路飽和現(xiàn)象，確認(rèn)轉(zhuǎn)子鐵心301的徑向長度，則即使切去稀疏磁鏈部位L，也不會引起轉(zhuǎn)矩降低，而能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子的進(jìn)一步輕量化。圖14是在聞負(fù)荷時(shí)具有稀疏磁鏈部位L的磁鏈不意圖，可知在聞負(fù)荷時(shí)，磁鏈可以沿異型孔110形狀通過。需要說明的是，通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了即使轉(zhuǎn)子鐵心存在異型孔110，也不會對電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁性能等造成壞影響。圖10為安裝了永磁體302及定位鍵109后的表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8和圖10所示,定位鍵109裝入圖8所示籠形永磁體安裝筒104圓環(huán)表面上的永磁體軸向定位槽108中，凸臺105和定位鍵109用于永磁體302的周向及軸向定位。定位鍵109表面涂高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠，做防脫處理，定位鍵109為非導(dǎo)磁金屬材料，定位鍵109突出籠形永磁體安裝筒104圓環(huán)表面，不高于永磁體302的外表面。永磁體302裝配時(shí)，籠形永磁體安裝筒104圓環(huán)表面上涂有高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠，7片永磁體302沿定位鍵109軸向依次裝配。與現(xiàn)有技術(shù)比較，此安裝方式即適用于單列永磁體的轉(zhuǎn)子，更加適用于軸向多段并列永磁體的轉(zhuǎn)子中，廣泛應(yīng)用于低速大扭矩電機(jī)或轉(zhuǎn)子較長的電機(jī)。采用此種方式安裝永磁體，工藝簡單，定位精度高，充分發(fā)揮永磁體的性能。需要說明的是，本實(shí)用新型并不局限于上述的實(shí)施例。例如，鍵槽106的類型及數(shù)量不局限于實(shí)施例的形狀及數(shù)量。而且，肋部107、定位槽108、異型孔110及永磁體302個數(shù)及形狀也分別不局限于實(shí)施例的個數(shù)及形狀。
權(quán)利要求1.一種表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)子軸、盲孔軸、前轉(zhuǎn)子輪轂、后轉(zhuǎn)子輪轂和籠形永磁體安裝筒；其特征是所述前轉(zhuǎn)子輪轂和后轉(zhuǎn)子輪轂分別固定套裝在轉(zhuǎn)子軸的前部和后部；籠形永磁體安裝筒由前轉(zhuǎn)子輪轂和后轉(zhuǎn)子輪轂支撐，與轉(zhuǎn)子軸成為一體； 所述籠形永磁體安裝筒，沿筒體圓周等距排布多個永磁體軸向定位槽，永磁體軸向定位槽中插入非導(dǎo)磁金屬材料制成的定位鍵；相鄰兩個永磁體軸向定位槽之間，沿軸向均開有異型孔，籠形永磁體安裝筒外表面上異型孔寬度小于內(nèi)表面上異型孔寬度；若干永磁體布滿籠形永磁體安裝筒表面，永磁體由各定位鍵定位固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征是所述永磁體安裝筒兩端部加工有圓環(huán)狀凸臺，所述永磁體卡在兩圓環(huán)狀凸臺之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征是所述轉(zhuǎn)子軸，其前端部設(shè)有盲孔，盲孔內(nèi)設(shè)有鍵槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征是所述前轉(zhuǎn)子輪轂和后轉(zhuǎn)子輪轂，其結(jié)構(gòu)形狀相同，轂面上均勻開有多個扇形孔，相鄰扇形孔之間形成多個轉(zhuǎn)子異型肋部；前轉(zhuǎn)子輪轂和后轉(zhuǎn)子輪轂，其厚度由軸心向邊緣逐漸變薄，異型肋部的寬度逐漸變窄。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種表面式永磁同步直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)子軸、盲孔軸、前轉(zhuǎn)子輪轂、后轉(zhuǎn)子輪轂和籠形永磁體安裝筒；其特征是所述前轉(zhuǎn)子輪轂和后轉(zhuǎn)子輪轂分別固定套裝在轉(zhuǎn)子軸的前部和后部；籠形永磁體安裝筒由前轉(zhuǎn)子輪轂和后轉(zhuǎn)子輪轂支撐，與轉(zhuǎn)子軸成為一體。所述籠形永磁體安裝筒，沿筒體圓周等距排布多個永磁體軸向定位槽，相鄰兩個永磁體軸向定位槽之間，沿軸向均開有異型孔，異型孔成“喇叭口”端面形狀，且形成在所述轉(zhuǎn)子的最高輸出時(shí)通過籠形永磁體安裝筒的磁鏈為稀疏磁鏈部位。若干永磁體布滿籠形永磁體安裝筒表面，永磁體由各定位鍵定位固定。本實(shí)用新型用于低速大扭矩永磁同步直驅(qū)電機(jī)中，不導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩降低及應(yīng)力集中而能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子輕量化。
文檔編號H02K1/27GK202906606SQ20122063378
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者董頂峰, 張建, 韋焱, 錢榮華, 吳蔚 申請人:南京埃斯頓自動控制技術(shù)有限公司, 南京埃斯頓自動化股份有限公司