CN112366856A - 一种磁极分段且错位的永磁同步电动机转子结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种磁极分段且错位的永磁同步电动机转子结构；包括转子轴、转子组件和箍紧环。本发明通过2个转子组件正反安装，使得主磁极圆周方向错开一定角度，能够有效消弱齿槽转矩；其磁极采用类似5边形的结构，内侧2条直线边与转子轭直线边贴合，夹角为钝角，外部为圆弧，转子轭圆周排列构成完整圆。该磁极形状提供近似正弦的磁场，减小了谐波损耗，该结构同时保证了电磁力矩可靠传递；采用磁极多段组合，箍紧圈圆周方向切割若干环形槽等方法，减小了转子涡流损耗。本发明加工工艺简单，提高电动机的工艺性和可靠性，保证飞机对转矩平稳指标的严酷要求。

Description

一种磁极分段且错位的永磁同步电动机转子结构
技术领域
本发明属于航空永磁同步电动机技术领域，涉及一种磁极分段且错位的航空永磁同步电动机转子结构。
背景技术
航空永磁同步电动机表贴转子一般包括轴、磁极、磁轭等，磁极一般采用径向充磁的瓦片型磁极，固定在圆柱型磁轭上，为电动机定子组件提供励磁。由于径向充磁的瓦片型磁极提供给气隙的磁场为矩形或梯形磁场，会造成电动机运转时转矩波动；而磁极与定子齿和槽之间相互作用，产生齿槽转矩叠加在电磁转矩上，会加大了转矩波动。现有技术中为了消除或消弱转矩波动，都是从定子或转子形式上改进，以消除或消弱转矩波动，如磁极偏心，修正磁场波形，或转子磁极斜极消除齿槽转矩。但这些方法都会使转子结构复杂，进而导致加工工艺复杂，使电动机可靠性低且成本高。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种磁极分段且错位的永磁同步电动机转子结构，针对现有消除或消弱转矩波动手段普遍存在的使转子结构复杂的问题，从磁极形状、安装方式等方便进行设计，目的是为了有效消弱永磁同步电动机齿槽转矩，减小谐波损耗和转子涡流损耗。
本发明的技术方案为：
所述一种磁极分段且错位的永磁同步电动机转子结构，包括转子轴、转子组件和箍紧环；
所述转子轴外圆面上开有若干轴向键槽；
所述转子组件包括磁极、转子轭和支架；
所述磁极由若干磁钢组合而成；所述磁钢为柱体结构，其沿转子组件轴线方向的截面形状为五边形，具有四条直线边和一条圆弧边；所述磁钢的磁场方向为圆弧边的半径方向，圆弧边对面的两个相邻边具有夹角θ，取θ为钝角，且这两个相邻边为磁钢与转子轭的贴合边，这两个相邻边外端各自与圆弧边两端分别通过一条边连接，且连接边沿圆弧边边缘处的半径方向，并用于与相邻磁钢贴合；而一圈磁钢的圆弧边组成一个完整的圆；
所述转子轭沿轴向的截面形状为环形，其中环形外部为周期凹凸交替的多边形，环形内部为圆形；所述环形外部的多边形的内凹角度为θ，且多边形的边长等于磁钢圆弧边对面的两个相邻边的边长；所述环形内部的圆形上设有至少一个主定位凸耳，述主定位凸耳与最接近的多边形顶点之间具有圆心角δ，所述多边形顶点包括多边形的内凹顶点和外凸顶点；
所述支架具有同心的内外圆柱面，外圆柱面与转子轭的内圆面配合固定，内圆柱面与转子轴的外圆面配合固定；所述外圆柱面上开有截面形状与转子轭上的主定位凸耳截面形状相同的轴向键槽；所述内圆柱面开有轴向键槽；
转子轭通过主定位凸耳固定安装在支架上；转子轭8的外部多边形的内凹面粘接磁钢，其中沿轴线方向粘接同一极性磁钢，沿圆周方向依次按N极、S极、N极、S极交替粘接磁钢，组成磁极，从而构成一个完整的转子组件；
两个转子组件通过各自支架内圆柱面的轴向键槽与转子轴外圆面的轴向键槽配合，采用键连接实现转子组件与转子轴的固定连接；且两个转子组件通过在转子轴上正反安装使两个转子组件的磁极错开2δ角度；
两个转子组件外圆安装箍紧环。
进一步的，所述转子轴为具有中心盲孔的空心轴，采用结构钢或钛合金材料加工而成，通过中心盲孔减轻转子轴的重量。
进一步的，还包括前板和后板；所述转子轴在外圆面上的键槽前后两侧设计有用于安装前板和后板的轴颈；所述前板和后板套装固定在转子轴上，并处于两个转子组件整体的轴向两端，起保护和轴向定位作用。
进一步的，取120°＜θ＜180°，该角度的大小决定了电机工作气隙中磁场的正弦度。
进一步的，所述转子轭为硅钢片冲制而成。
进一步的，取0°＜δ＜10°。
进一步的，所述支架的内外圆柱面之间采用V型支撑筋支撑并进行减重设计。
进一步的，所述箍紧环的表面切割若干在轴向上均匀分布的环形槽。
有益效果
采用本发明的航空永磁同步电动机表贴转子结构，通过2个转子组件正反安装，使得主磁极圆周方向错开一定角度，能够有效消弱齿槽转矩；其磁极采用类似5边形的结构，内侧2条直线边与转子轭直线边贴合，夹角为θ，120°＜θ＜180°，外部为圆弧，转子轭圆周排列构成完整圆。该磁极形状提供近似正弦的磁场，减小了谐波损耗，该结构同时保证了电磁力矩可靠传递；采用磁极多段组合，箍紧圈圆周方向切割若干环形槽等方法，减小了转子涡流损耗。本发明加工工艺简单，提高电动机的工艺性和可靠性，保证飞机对转矩平稳指标的严酷要求。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明转子结构示意图；
图2为转子组件结构图；
图3为主磁极错位示意图；
图4为转子轭示意图；
图5为磁钢示意图。
图中，空心轴1、前板2、箍紧环3、后板4、转子组件5、键6、磁极7、转子轭8、支架9。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的实施例：
本实施例中的磁极分段且错位的航空永磁同步电动机转子结构，包括空心轴1、前板2、箍紧环3、后板4、转子组件5和键6。其中转子组件5包括磁极7、转子轭8和支架9。
所述空心轴1设计为中心为盲孔的结构，采用结构钢或钛合金材料加工而成，中心盲孔可以减轻轴的重量；所述空心轴1在外圆面设计了若干个沿轴向的键槽，以及在键槽前后两端外侧设计了用于安装前板2和后板4的轴颈。
所述磁极7采用若干图5所示的磁钢组合而成；所述磁钢为柱体结构，其沿转子组件5轴线方向的截面形状类似五边形，具有四条直线边和一条圆弧边；所述磁钢的磁场方向为圆弧边的半径方向，圆弧边对面的两个相邻边具有夹角θ，取120°＜θ＜180°，该角度的大小决定了电机工作气隙中磁场的正弦度，且这两个相邻边为磁钢与转子轭的贴合边，而且这两个相邻边外端各自与圆弧边两端分别通过一条边连接，且连接边沿圆弧边边缘处的半径方向，并用于与相邻磁钢贴合；而一圈磁钢的圆弧边组成一个完整的圆。
所述转子轭8为硅钢片冲制而成，其沿轴向的截面形状为环形，其中环形外部为周期凹凸交替的多边形，环形内部为圆形；所述环形外部的多边形的内凹角度为θ，且多边形的边长等于磁钢圆弧边对面的两个相邻边的边长；所述环形内部的圆形上设有至少一个主定位凸耳，所述主定位凸耳与最接近的多边形顶点之间具有圆心角δ，取0°＜δ＜10°，所述多边形顶点包括内凹顶点和外凸顶点；例如环形内部圆形上除了主定位凸耳外，还设有一个相对主定位凸耳圆心对称的凸耳，则两个凸耳对称线与最接近的多边形对称线在圆心位置相交，而相交的夹角为δ；通过这一夹角能够保证当两个转子组件在轴上正反安装时，磁极错开2δ角度。
所述支架9具有两个同心的圆柱环，外圆柱环用于与转子轭8的内圆面配合固定，内圆柱环用于与空心轴1的外圆面配合固定，而内外圆柱环之间采用V型支撑筋支撑且能够减重。支架9外圆柱环外表面开有截面形状与转子轭8上的凸耳截面形状相同的轴向键槽，用于与凸耳配合将转子轭8固定安装在支架9上；支架9内圆柱环内表面开有轴向键槽，用于与空心轴1外圆面的轴向键槽配合键6实现支架9与空心轴1的固定连接。
具体的安装过程为：
转子轭8通过内部圆形的凸耳固定安装在支架9上；转子轭8的外部多边形的内凹面粘接磁钢，其中沿轴线方向粘接同一极性磁钢，而沿圆周方向依次按N极、S极、N极、S极交替粘接磁钢，组成磁极7；这样构成一个完整的转子组件5。
在空心轴1的键槽内安装键6，之后安装前板2，再正向安装一个转子组件5，而后反向安装一个转子组件5，两个转子组件5通过支架9内圆柱环内表面的轴向键槽与键6装配为一体，这样两个转子组件5在空心轴1表面的轴向安装基准一致，然后通过正反安装使两个转子组件5的磁极错开2δ角度，再安装后板4，最后在转子组件5的外圆安装箍紧环3，完成转子结构装配；所述箍紧环3的表面切割若干在轴向上均匀分布的环形槽，用于减小了转子涡流损耗。
通过以上技术措施，既可有效消弱永磁同步电动机齿槽转矩，减小谐波损耗和转子涡流损耗，又可简化转子结构，提高电动机的工艺性和可靠性，保证飞机对转矩稳定指标的严酷要求。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种磁极分段且错位的永磁同步电动机转子结构，其特征在于：包括转子轴、转子组件和箍紧环；
所述转子轴外圆面上开有若干轴向键槽；
所述转子组件包括磁极、转子轭和支架；
所述磁极由若干磁钢组合而成；所述磁钢为柱体结构，其沿转子组件轴线方向的截面形状为五边形，具有四条直线边和一条圆弧边；所述磁钢的磁场方向为圆弧边的半径方向，圆弧边对面的两个相邻边具有夹角θ，取θ为钝角，且这两个相邻边为磁钢与转子轭的贴合边，这两个相邻边外端各自与圆弧边两端分别通过一条边连接，且连接边沿圆弧边边缘处的半径方向，用于与相邻磁钢贴合；而一圈磁钢的圆弧边组成一个完整的圆；
所述转子轭沿轴向的截面形状为环形，其中环形外部为周期凹凸交替的多边形，环形内部为圆形；所述环形外部的多边形的内凹角度为θ，且多边形的边长等于磁钢圆弧边对面的两个相邻边的边长；所述环形内部的圆形上设有至少一个主定位凸耳，述主定位凸耳与最接近的多边形顶点之间具有圆心角δ，所述多边形顶点包括多边形的内凹顶点和外凸顶点；
所述支架具有同心的内外圆柱面，外圆柱面与转子轭的内圆面配合固定，内圆柱面与转子轴的外圆面配合固定；所述外圆柱面上开有截面形状与转子轭上的主定位凸耳截面形状相同的轴向键槽；所述内圆柱面开有轴向键槽；
转子轭通过主定位凸耳固定安装在支架上；转子轭8的外部多边形的内凹面粘接磁钢，其中沿轴线方向粘接同一极性磁钢，沿圆周方向依次按N极、S极、N极、S极交替粘接磁钢，组成磁极，从而构成一个完整的转子组件；
两个转子组件通过各自支架内圆柱面的轴向键槽与转子轴外圆面的轴向键槽配合，采用键连接实现转子组件与转子轴的固定连接；且两个转子组件通过在转子轴上正反安装使两个转子组件的磁极错开2δ角度；
两个转子组件外圆安装箍紧环。
2.根据权利要求1所述一种磁极分段且错位的永磁同步电动机转子结构，其特征在于：所述转子轴为具有中心盲孔的空心轴，采用结构钢或钛合金材料加工而成，通过中心盲孔减轻转子轴的重量。
3.根据权利要求1所述一种磁极分段且错位的永磁同步电动机转子结构，其特征在于：还包括前板和后板；所述转子轴在外圆面上的键槽前后两侧设计有用于安装前板和后板的轴颈；所述前板和后板套装固定在转子轴上，并处于两个转子组件整体的轴向两端，起保护和轴向定位作用。
4.根据权利要求1所述一种磁极分段且错位的永磁同步电动机转子结构，其特征在于：取120°＜θ＜180°，该角度的大小决定了电机工作气隙中磁场的正弦度。
5.根据权利要求1所述一种磁极分段且错位的永磁同步电动机转子结构，其特征在于：所述转子轭为硅钢片冲制而成。
6.根据权利要求1所述一种磁极分段且错位的永磁同步电动机转子结构，其特征在于：取0°＜δ＜10°。
7.根据权利要求1所述一种磁极分段且错位的永磁同步电动机转子结构，其特征在于：所述支架的内外圆柱面之间采用V型支撑筋支撑并进行减重设计。
8.根据权利要求1所述一种磁极分段且错位的永磁同步电动机转子结构，其特征在于：所述箍紧环的表面切割若干在轴向上均匀分布的环形槽。
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