一种潜油永磁同步电机分段斜极转子结构

1.本发明涉及永磁同步电机技术领域，特别是涉及一种能够削弱齿槽转矩的永磁同步电机的转子结构。


背景技术：

2.随着稀土永磁材料的发展，永磁同步电机相较于传统异步电机能够展现出更高的功率密度与效率，在国民经济的各个领域得到了广泛的应用。近年来随着社会与经济的发展，各应用场合对永磁同步电机的性能提出了越来越高的要求。由于齿槽转矩的存在，电机转子总是倾向于停留在固定的位置，所以对电机的控制精度会产生影响，其次，齿槽转矩是一种周期性的转矩波动，会引起额外的转矩波动，而波动就会产生振动和噪声。因此采取合理的方式削弱齿槽转矩对永磁同步电机的发展有重要意义。
3.现有的削弱永磁同步电机齿槽转矩的方式主要有以下三种：改变永磁体磁极参数、改变定子参数、合理选用定转子极槽配合。
4.(1)改变永磁体磁极参数一般是通过改变了磁通密度的幅值来削弱齿槽转矩，这类措施包括采用磁极偏移、极弧系数优化、不等厚磁极和不同的极弧系数进行组合等。但对于非传统永磁体形状，存在加工、装配困难的弊端。
5.(2)改变定子参数主要是改变了气隙磁导的值，这类措施主要包括改变定子齿的形状、槽口宽度优化、不等槽口宽组合、定子斜槽、定转子开辅助槽等。此类方法存在以下缺点：1)改变定子齿和槽的形状会导致定子结构复杂，加工困难，制造成本高；2)定子斜槽受限于定子槽排布密集，加工制造困难，并且会导致绕组嵌线困难。
6.(3)采用分数槽极槽配合主要改变了磁通密度和气隙磁导的次数和大小，从而削弱齿槽转矩。但分数槽的谐波分布比整数槽密集从而导致较大的谐波漏抗，可能与主磁场相互作用产生一些干扰力，这些干扰力与定子固有频率重合时会引起定子铁芯共振。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种永磁同步电机分段斜极转子结构。能够有效削弱齿槽转矩，制作组装简单，能够降低生产成本。采用技术方案如下：
8.所述永磁同步电机分段斜极转子结构包括若干相互错开预设角度的转子节，转子节分别由转子冲片一和转子冲片二叠压形成。
9.转子冲片一和转子冲片二除了键槽预设斜角度不同，其他结构完全相同。
10.所述两种转子冲片沿圆周方向上开设若干与永磁体相匹配的磁钢槽，磁钢槽内可置入永磁体。
11.所述两种转子冲片上开设有拉杆孔以及自铆扣点。
12.进一步地，转子冲片根据设计图纸开设冲压模具，模具完成后，由冲床进行冲片的冲制。转子冲片开两个模具，只键槽角度不一样，以便转子分段斜极。
13.相邻两段转字节斜极角度θ1为以用以下公式计算：
[0014][0015]
其中，z为定子槽数，p为转子极数，n为转子分段数，lcm(z,p)为电机极数和槽数的最小公倍数。
[0016]
进一步地，将转子分为四段，只需制作两种转子冲片，将两种冲片分别翻转使用便可得到四个斜极角，能够减少开设模具成本。两种转子冲片斜极角度分别设为α、β，则β＝θ1/2，α＝3β。四段斜极角度分别为α、β、-β、-α。
[0017]
每种转子冲片分两个方向入轴，同时注意嵌入永磁体磁极极性也须改变。转子冲片通过自铆扣点，每段分转子铁心叠压自铆扣好。
[0018]
将转子冲片穿在芯轴上，在压力机上将堆叠后的转子冲片压紧。压紧后两端装隔磁板，将拉杆穿入转子冲片拉杆孔，由拉杆进行转子冲片固定，按照磁极顺序将永磁体安装至转子永磁体槽内，形成转子节。
[0019]
转子具有细长的结构特点，为防止电机运行时转子挠度过大，保证定转子间气隙均匀，在相邻的转子节之间安装若干个扶正轴承。扶正轴承由固定于转子的钢套和随电机轴转动的铜套两部分组成，扶正轴承钢套内表面与铜套外表面接触，构成一对摩擦副，支撑电机转子，保证电机具有均匀的气隙。依次将多节转子和扶正轴承装配形成潜油永磁电机转子。
[0020]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0021]
本发明提供的一种潜油永磁同步电机分段斜极转子结构，能够有效削弱齿槽转矩，工艺简单，成本较低。两种冲片正反使用可减少开设模具成本。转子冲片所设自铆扣点及拉杆孔能有效提高冲片叠合精度及叠压可靠性。此外，转字节之间安装扶正轴承保证了定转子间气隙均匀。
附图说明
[0022]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]
图1为本发明实施例转子冲片一结构示意图；
[0024]
图2为本发明实施例转子冲片二结构示意图；
[0025]
图3为本发明实施例转子二段结构示意图；
[0026]
图4为本发明实施例转子四段结构示意图；
[0027]
图5为本发明实施例二段立体分解结构示意图。
[0028]
主要组件符号说明：
[0029]
1-电机轴孔；2-磁钢槽；3-自铆扣点；4-拉杆孔；5-键槽；6-永磁体；7-拉杆；8-第一转子节；9-隔磁板；10-扶正轴承；11-第二转子节；α-转子冲片一斜角；β-转子冲片二斜角；θ
1-转子二段斜角；θ-转子四段斜角。
具体实施方式
[0030]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]
本发明的目的是提供一种潜油永磁同步电机永磁体转子结构，用以解决传统削弱齿槽转矩方式工艺复杂、加工困难、成本较高等问题。
[0032]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。包括以下步骤：
[0033]
制作转子冲片：
[0034]
如图1和图2所示，所述电机转子由两种冲片叠压形成。冲片主体的极数为4，在转子冲片主体上沿圆周切线方向等间距地挖置四个磁钢槽2，两相邻磁钢槽相互垂直，冲片主体中间开设有电机轴孔1。
[0035]
在磁钢槽2和电机轴孔1之间做出拉杆孔4的分布圆，分布圆上均布四个拉杆孔；在磁钢槽2外部绘出自铆扣点3的分布圆，分布圆上均布四个自铆扣点。可选地，自铆扣点3内侧与磁钢槽2外侧距离大于等于1mm。
[0036]
在所述电机轴孔第一象限设置键槽，转子冲片一键槽的中心线由第一象限45度线顺时针旋转角度α得到，转子冲片二键槽中心线由第一象限45度线顺时针旋转角度β得到。
[0037]
相邻两段转字节斜极角度θ1为以用以下公式计算：
[0038][0039]
其中，z为定子槽数，p为转子极数，n为转子分段数，lcm(z,p)为电机极数和槽数的最小公倍数。
[0040]
进一步地，转子冲片根据设计图纸开设冲压模具，模具完成后，由冲床进行冲片的冲制。转子冲片开两个模具，只键槽角度不一样，以便转子分段斜极。
[0041]
将转子分为四段，只需制作两种转子冲片，将两种冲片分别翻转使用便可得到四个斜极角，能够减少开设模具成本。两种转子冲片倾斜角度分别设为α、β，则β＝θ1/2，α＝3β。四段斜极角度分别为α、β、-β、-α。
[0042]
本实施例为一台4极18槽内置式潜油永磁同步电机，则四段斜极角度分别为-5.1
°
、-1.7
°
、1.7
°
、5.1
°
，共斜10.2
°
。
[0043]
制作转子节：
[0044]
将转子冲片穿在芯轴上，在压力机上将堆叠后的转子冲片压紧，在自铆扣点的作用下转子冲片会叠压紧实。压紧后两端装隔磁板，将拉杆穿入转子冲片拉杆孔，由拉杆进行转子冲片固定，按照磁极顺序将永磁体安装至转子永磁体磁钢槽内，形成转子节。
[0045]
转子装配：
[0046]
转子的前两节如图3和图5所示，两段分别记为第一转子节和第二转子节，第一转子节为使用转子冲片一叠压形成，第二转子节为使用转子冲片二叠压形成。由于两种转子冲片键槽的倾斜角不同，当两种转子节穿在同一电机轴上的键槽时，两转子节自动错开角度α-β＝θ1。
[0047]
如图4所示为转子四段结构示意图，四段分别记为第一、第二、第三和第四转子节。第一转子节为使用转子冲片一叠压形成，第二转子节为使用转子冲片二叠压形成，第三转子节为使用翻转的转子冲片二叠压形成，第四转子节为使用翻转的转子冲片一叠压形成。同上所述，四个转子节穿在同一电机轴上的键槽时，第一、二转子节之间自动错开角度α-β＝θ1，第二、三转子节之间自动错开角度β-(-β)＝θ1，第三、四转子节之间自动错开角度-β-(-α)＝θ1。因此所述分段转子冲片结构只需两种冲片便可使4段转子节均匀地错开预设斜极角度，减少了开设冲片模具的成本。
[0048]
潜油电机转子具有细长的结构特点，为防止电机运行时转子挠度过大，保证定转子间气隙均匀，在相邻的转子节之间安装若干个扶正轴承。扶正轴承由固定于转子的钢套和随电机轴转动的铜套两部分组成，扶正轴承钢套内表面与铜套外表面接触，构成一对摩擦副，支撑电机转子，保证电机具有均匀的气隙。依次将多节转子和扶正轴承装配形成潜油永磁电机转子。
[0049]
以上所述，仅为发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种潜油永磁同步电机分段斜极转子结构，其特征在于，包括：所述转子铁芯由若干相互错开预设角度的转子节构成；所述转子节由两种键槽倾斜不同角度的转子冲片叠压形成；所述两种转子冲片除键槽倾斜角其他结构完全相同，并且两种转子冲片可以翻转使用。2.根据权利要求1所述的一种潜油永磁同步电机分段斜极转子结构，其特征在于，所述各转子节沿圆周方向开设有若干磁钢槽，所述磁钢槽内可放置永磁体；所述各转子冲片沿圆周方向设置有若干自铆扣点及拉杆孔。3.根据权利要求2所述的一种潜油永磁同步电机分段斜极转子结构，其特征在于，只需开设两种冲片模具，两种转子冲片倾斜角度基于45度斜线分别设为α、β，则β＝θ1/2，α＝3β，四段斜极角度分别为α、β、-β、-α。4.根据权利要求3所述的分段斜极转子结构，其特征在于：转子分为四段，四段分别记为第一、第二、第三和第四转子节，第一转子节为使用转子冲片一叠压形成，第二转子节为使用转子冲片二叠压形成，第三转子节为使用翻转的转子冲片二叠压形成，第四转子节为使用翻转的转子冲片一叠压形成。5.根据权利要求4所述的一种潜油永磁同步电机分段斜极转子结构，其特征在于，四个转子节穿在同一电机轴上的键槽时，第一、二转子节之间自动错开角度α-β＝θ1，第二、三转子节之间自动错开角度β-(-β)＝θ1，第三、四转子节之间自动错开角度-β-(-α)＝θ1；所述分段转子冲片结构只需两种冲片可使4段转子节均匀地错开预设斜极角度。6.根据权利要求4所述的一种潜油永磁同步电机分段斜极转子结构，其特征在于，所述转子冲片压紧后转子节两端要安装隔磁板。7.根据权利要求6所述的一种潜油永磁同步电机分段斜极转子结构，其特征在于，隔磁板材料为非铁磁材质。8.根据权利要求1所述的一种潜油永磁同步电机分段斜极转子结构，相邻转子节之间安装扶正轴承。

技术总结
本发明公开了一种潜油永磁同步电机分段斜极转子结构，其特征包括：该转子铁芯由若干相互错开预设角度的转子节构成；各转子节由两种键槽倾斜不同角度的转子冲片叠压形成；两种转子冲片除键槽倾斜角结构完全相同，可以翻转使用，减少了开设模具的成本；在转子冲片上沿圆周方向开设有与永磁体相匹配的磁钢槽；磁钢槽外侧设有若干自铆扣点，内侧设有若干拉杆孔，使冲片叠压紧实，定位可靠；转子节之间装配有扶正轴承，保证气隙均匀。本发明采用上述方案能有效降低永磁电机齿槽转矩，并且工艺简单，制造成本较低。制造成本较低。制造成本较低。


技术研发人员：崔俊国 胡长淼 孙学景 侯国建 黄红胜 石旗 崔繁强 吴玉银 肖文生
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/10/19