技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及永磁同步電動機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種永磁同步電動機磁鋼內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子斜極結(jié)構(gòu)及制造工藝。

背景技術(shù)：

據(jù)統(tǒng)計測算，我國電機保有量約17億千瓦，總耗電量約3萬億千瓦時，占全社會總用電量的64%，其中工業(yè)領(lǐng)域的電機總用電量為2.6萬億千瓦時，約占工業(yè)用電的75%，國家在推進節(jié)能減排、組織實施“十大節(jié)能工程”時，把電機系統(tǒng)節(jié)能工程列入其中，實施中，首先推進標準平臺建設(shè)，使我國中小型異步電動機的能效限定值及能效等級向國際電機行業(yè)標準體系靠攏，在GB18613-2012標準中，能效2級被確認為高效電機，相當于IEC60034-30標準中IE3等級，比GB18613-2006標準提升了1級。

隨即國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會于2012年6月29日發(fā)布、2012年11月1日實施GB/T28575-2012《YE3系列（1P55）超高效率三相異步電動機技術(shù)條件（機座號80-355）》，該文件中規(guī)定的效率值與GB18613-2012中的2級能效限定值相同。

這樣，新設(shè)計的電動機要達到GB18613-2012標準2級能效和GB/T28575-2012標準中規(guī)定的能效限定值的就有了一定難度，為此，在設(shè)計YE3系列時，設(shè)計技術(shù)、制造工藝和材料成本等方面有了較大提高，還需要通過調(diào)整鐵心和槽形尺寸、繞組數(shù)據(jù)來平衡電動機的各項損耗和性能來達到高效2級，即使這樣，要整個系列要達到1級能效幾乎不可能。

而永磁電動機的能效值，普遍能達到1級，甚至高于1級，為此，在我國中小電機行業(yè)把產(chǎn)品開發(fā)的目標傾斜到永磁電機，并把永磁電機列為我國二十一世紀中小電機研發(fā)的領(lǐng)頭羊。

我國廣大的電機用戶在國家政策的引領(lǐng)和惠民工程的激動下，采用高效電機的積極性日益提高，永磁電機的市場日益得到拓展，用戶需要的永磁電機的類型和品種也日益增多。

從電機設(shè)計角度，為優(yōu)化氣隙磁場波形，削弱齒槽轉(zhuǎn)矩最有效的方法通常采用斜槽的做法。如Y及Y2系列三相異步電動機中定子采用直槽，而轉(zhuǎn)子阻尼籠的阻尼桿就采用斜槽。由于條件限制，永磁電動機設(shè)計時，在一些特定條件下，不允許采用常規(guī)的定子電樞斜槽，這必然迫使轉(zhuǎn)子采用斜槽，但一旦轉(zhuǎn)子采用斜槽，磁鋼槽及磁鋼必然呈S形，如圖1所示。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種轉(zhuǎn)子斜極且轉(zhuǎn)子中內(nèi)嵌的磁鋼可正常安放的永磁同步電動機磁鋼內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子斜極結(jié)構(gòu)。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種永磁同步電動機磁鋼內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子斜極結(jié)構(gòu)，包括主軸、套設(shè)在所述主軸上的轉(zhuǎn)子鐵心和內(nèi)嵌在所述轉(zhuǎn)子鐵心中的磁鋼，所述轉(zhuǎn)子鐵心包括沿其軸線延伸方向依次順序設(shè)置的多段單元鐵心，相鄰兩段所述單元鐵心的相鄰端面之間緊密接觸，每段所述單元鐵心上均設(shè)有與永磁同步電動機的極數(shù)成整數(shù)倍的多個放置所述磁鋼的直槽，多個所述直槽沿所述轉(zhuǎn)子鐵心的圓周方向間隔分布，所述直槽分別貫穿每段所述單元鐵心的軸線方向上的兩端面，所述直槽的長度延伸方向與所述轉(zhuǎn)子鐵心的軸線延伸方向相平行，每段所述單元鐵心上的所述直槽數(shù)量相等，沿所述轉(zhuǎn)子鐵心的軸線延伸方向，相鄰兩段所述單元鐵心上的所述直槽一一對應(yīng)設(shè)置，且相鄰兩段所述單元鐵心對應(yīng)位置處的所述直槽向同一方向錯開一角度或距離，所述磁鋼嵌設(shè)在所述直槽中。

優(yōu)選地，相鄰兩段所述單元鐵心對應(yīng)位置處的所述直槽錯開的角度或距離相同。

進一步地，相鄰兩段所述單元鐵心對應(yīng)位置處的所述直槽錯開的角度為：（360/轉(zhuǎn)子槽數(shù)）/（單元鐵心的數(shù)量-1）。

進一步地，相鄰兩段所述單元鐵心對應(yīng)位置處的所述直槽錯開的距離為：（（轉(zhuǎn)子槽數(shù)×轉(zhuǎn)子齒距）/（轉(zhuǎn)子槽數(shù)+電機極對數(shù)））/（單元鐵心的數(shù)量-1）。

優(yōu)選地，每段所述單元鐵心相同，所述單元鐵心處于分離狀態(tài)時，相鄰兩段所述單元鐵心內(nèi)嵌設(shè)的所述磁鋼的極性相反，多段所述單元鐵心均套裝在所述主軸上時，相鄰兩段所述單元鐵心內(nèi)嵌設(shè)的所述磁鋼的極性相同。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子還包括用于對所述轉(zhuǎn)子鐵心進行周向定位的定位件，所述主軸包括分別與多段所述單元鐵心相配合的多段軸體，所述定位件分別設(shè)置在每段所述單元鐵心與每段所述軸體之間，每段所述單元鐵心上設(shè)有與所述定位件相配合的第一定位槽，每段所述軸體上設(shè)有與所述定位件相配合的第二定位槽。

進一步地，沿所述主軸的軸線延伸方向，相鄰兩個所述第二定位槽的中心線之間錯開一距離，兩個所述第二定位槽的中心線之間錯開的方向和距離與相鄰兩段所述單元鐵心對應(yīng)位置處的所述直槽錯開的方向和距離相同。

進一步地，每段所述單元鐵心上均設(shè)有用于安裝第一緊固件的第一安裝孔和第二安裝孔，所述第一安裝孔和所述第二安裝孔沿所述單元鐵心的圓周方向間隔設(shè)置，所述第一定位槽有兩個，兩個所述第一定位槽沿所述單元鐵心的圓周方向間隔設(shè)置，兩個所述第一定位槽之間間隔的角度與所述第一安裝孔和所述第二安裝孔之間間隔的角度相對應(yīng)。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子還包括用于對所述轉(zhuǎn)子鐵心進行軸向定位的第一隔磁板、第二隔磁板和卡簧，所述第一隔磁板和所述第二隔磁板分別設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子鐵心的軸線方向上的兩端，所述卡簧卡緊在所述第二隔磁板與所述主軸之間。

本發(fā)明還提供如上述任一項所述的永磁同步電動機磁鋼內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子斜極結(jié)構(gòu)制造工藝，該制造工藝如下：

（1）制造各段所述單元鐵心：每段所述單元鐵心均包括多張轉(zhuǎn)子鐵心沖片，多張所述轉(zhuǎn)子鐵心沖片疊壓在一起后通過第一緊固件固定連接在一起；

（2）加工所述主軸：所述主軸主體加工完成后，在所述主軸上加工出用于對各段所述單元鐵心進行定位的第二定位槽；

（3）所述轉(zhuǎn)子的組裝：所述轉(zhuǎn)子組裝時，先將所述磁鋼按照極性分別嵌放在各段所述單元鐵心的所述直槽中，然后按照所述單元鐵心的安裝位置要求將各段所述單元鐵心依次壓入所述主軸。

由于上述技術(shù)方案的運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：本發(fā)明的永磁同步電動機磁鋼內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子斜極結(jié)構(gòu)通過將轉(zhuǎn)子鐵心分隔成沿軸線方向順序設(shè)置的多段單元鐵心，并在每一段單元鐵心上設(shè)置直槽后內(nèi)嵌磁鋼，各段單元鐵心對應(yīng)位置處的直槽錯開一定距離或角度組裝后形成斜極，通過轉(zhuǎn)子斜極實現(xiàn)轉(zhuǎn)子斜槽的目的，這樣，減少了永磁電動機力矩脈動和高次諧波，減少了雜散損耗，從而提高了永磁電動機的效率。

附圖說明

附圖1為現(xiàn)有技術(shù)中永磁電動機轉(zhuǎn)子斜槽后的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為本發(fā)明的永磁同步電動機磁鋼內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖3為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子鐵心的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖4為本發(fā)明的主軸的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖5為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子鐵心嵌放磁鋼后的結(jié)構(gòu)示意圖之一；

附圖6為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子鐵心嵌放磁鋼后的結(jié)構(gòu)示意圖之二；

附圖7為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子鐵心沖片的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖8為本發(fā)明的壓裝各段單元鐵心時壓裝工具的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1、主軸；11、軸體；111、第二定位槽；12、第一軸肩；13、第二軸肩；2、轉(zhuǎn)子鐵心；21、單元鐵心；21a、轉(zhuǎn)子鐵心沖片；211、直槽；212、第一定位槽；213a、第一安裝孔；213b、第二安裝孔；3、磁鋼；4、第一隔磁板；5、第二隔磁板；6、卡簧；

100、下壓板；200、上壓板；300、芯軸；400、上壓塊；500、第二緊固件。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例來對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的闡述。

如圖2所示，本發(fā)明的永磁同步電動機磁鋼內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子斜極結(jié)構(gòu)包括主軸1、套設(shè)在主軸1上的轉(zhuǎn)子鐵心2和內(nèi)嵌在轉(zhuǎn)子鐵心2中的磁鋼3。

如圖3所示，轉(zhuǎn)子鐵心2包括沿其軸線延伸方向依次順序設(shè)置的多段單元鐵心21，相鄰兩段單元鐵心21的相鄰端面之間緊密接觸，每段單元鐵心21上均設(shè)有與永磁同步電動機的極數(shù)成整數(shù)倍的多個直槽211，多個直槽211沿轉(zhuǎn)子鐵心2的圓周方向間隔分布，每個直槽211均貫穿轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線方向上的兩端面，直槽211的延伸方向與轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線延伸方向相平行，每段單元鐵心21上的直槽211的數(shù)量均相同，且沿轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線延伸方向，相鄰兩段單元鐵心21上的直槽211一一對應(yīng)設(shè)置，沿轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線延伸方向，相鄰兩段單元鐵心21對應(yīng)位置處的直槽211在轉(zhuǎn)子鐵心2的圓周方向上向同一方向稍微錯開一距離或角度，該直槽211用于嵌放磁鋼3，這樣就形成了斜極式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子鐵心2，從而實現(xiàn)了使整個轉(zhuǎn)子斜槽的結(jié)構(gòu)，使得可以正常地嵌放磁鋼3，解決了轉(zhuǎn)子斜槽后，轉(zhuǎn)子磁鋼槽呈S狀，使得磁鋼3也必須為S狀，使磁鋼3不能內(nèi)嵌這一技術(shù)問題。

優(yōu)選地，沿轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線延伸方向，相鄰兩段單元鐵心21對應(yīng)位置處的直槽211在轉(zhuǎn)子鐵心2的圓周方向上錯開的距離或角度的數(shù)值都相同。

本實施例中，以15kw-4永磁電機為例，轉(zhuǎn)子鐵心2包括6段單元鐵心21，該電機的轉(zhuǎn)子為28槽，整個轉(zhuǎn)子斜槽的距離用角度表示為：

,

將該轉(zhuǎn)子斜槽的距離分配到6段單元鐵心21上，相鄰兩段單元鐵心21對應(yīng)位置處的直槽211錯開的角度為：

；

整個轉(zhuǎn)子斜槽的距離tsk用距離表示為：

,

其中：

為轉(zhuǎn)子槽數(shù)，為28；

為電機極對數(shù)，為2；

為轉(zhuǎn)子齒距，，此處為轉(zhuǎn)子外徑，為167.6mm，計算，所以

，

將該轉(zhuǎn)子斜槽的距離分配到6段單元鐵心21上，相鄰兩段單元鐵心21對應(yīng)位置處的直槽211錯開的距離為：

。

各段單元鐵心21與主軸1之間均通過定位件來進行周向定位。具體的，各段單元鐵心21上均設(shè)有與定位件相配合的第一定位槽212，主軸1包括與各段單元鐵心21分別相配合的多段軸體11，每段軸體11上也均設(shè)有用于放置定位件的第二定位槽111，各第二定位槽111均沿主軸1的軸線方向延伸。本實施例中，定位件采用鍵，如圖4所示。

沿主軸1的軸線延伸方向，相鄰兩個第二定位槽111的中心線之間偏離一定距離，該距離的數(shù)值與相鄰兩段單元鐵心21對應(yīng)位置處的直槽211錯開的距離的數(shù)值相同，并向同一方向偏離，這樣，通過連接在各段單元鐵心21與主軸1之間的定位件還可以實現(xiàn)對該轉(zhuǎn)子斜極的精確定位。

主軸1上的第二定位槽111通過銑削加工而成，在加工過程中，在銑削與上一個第二定位槽111相鄰的下一個第二定位槽111時，使主軸1轉(zhuǎn)動一定角度，該角度數(shù)值即為主軸1上的相鄰兩個第二定位槽111的中心線之間偏離的距離。本實施例中，以15kw-4永磁電機為例，在銑削與上一個第二定位槽111相鄰的下一個第二定位槽111時，使主軸1轉(zhuǎn)動2.57°，即相當于使相鄰兩第二定位槽111的中心線之間的偏距為3.51mm。

如圖5~圖7所示，各段單元鐵心21上的第一定位槽212均設(shè)有兩個，各段單元鐵心21上還設(shè)有用于安裝第一緊固件的第一安裝孔213a和第二安裝孔213b，第一安裝孔213a和第二安裝孔213b沿單元鐵心21的圓周方向間隔一定角度設(shè)置，本實施例中，第一安裝孔213a和第二安裝孔213b均為圓孔，且第二安裝孔213b的直徑大于第一安裝孔213a的直徑。兩個定位槽212也沿單元鐵心21的圓周方向間隔一定角度設(shè)置，且兩個定位槽212之間間隔的角度與第一安裝孔213a和第二安裝孔213b之間的間隔角度相同，本實施例中，第一安裝孔213a和第二安裝孔213b之間間隔90度，兩個定位槽212之間也間隔90度。

該轉(zhuǎn)子還包括用于對轉(zhuǎn)子鐵心2進行軸向定位的第一隔磁板4、第二隔磁板5和卡簧6，第一隔磁板4和第二隔磁板5分別套設(shè)在主軸1上，且分別與轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線方向上的兩端面相抵，第一隔磁板4同時抵設(shè)在主軸1的第一軸肩12上，卡簧6卡緊在第二隔磁板5與主軸1的第二軸肩13之間。

將磁鋼3嵌放在各段單元鐵心21中時要根據(jù)各段單元鐵心21的安裝位置考慮磁鋼3的極性，本實施例中，當各段單元鐵心21處于分離狀態(tài)時，相鄰兩段單元鐵心21中嵌放的磁鋼3的極性相反，如圖5和圖6所示，這樣可以保證當各段單元鐵心21均套裝在主軸1上后，相鄰兩段單元鐵心21內(nèi)嵌設(shè)的磁鋼3的極性相同，即，沿轉(zhuǎn)子2的同一斜極延伸方向，各個磁鋼3的極性均相同，如圖3所示。

該轉(zhuǎn)子的制造工藝如下：

1.制造各段單元鐵心21：

（1）每段單元鐵心21的結(jié)構(gòu)

每段單元鐵心21均由多張轉(zhuǎn)子鐵心沖片21a疊壓在一起制成，轉(zhuǎn)子鐵心沖片21a結(jié)構(gòu)如圖7所示。轉(zhuǎn)子鐵心沖片21a采用低損耗硅鋼片沖制而成，本實施例中，轉(zhuǎn)子鐵心沖片21a采用低損耗硅鋼片50W350；

（2）制造用于壓裝每段單元鐵心21的壓裝工具，如圖8所示，壓裝工具包括下壓板100、上壓板200、芯軸300和上壓塊400。轉(zhuǎn)子鐵心沖片21a套設(shè)在芯軸300的中部，芯軸300的兩端部分別與上壓板200和下壓板100連接，為減小芯軸300在壓緊后從單元鐵心21的軸孔中拔出時摩擦力偏大，將芯軸300設(shè)計成三段式：芯軸中部和兩端部，其兩端部的直徑小于中部的直徑；

（3）每段單元鐵心21的壓裝：

A．首先將芯軸300的一端部固定連接在下壓板100上，將組成每段單元鐵心21的多張轉(zhuǎn)子鐵心沖片21a依次套入芯軸300；

B．套片完成后，采用槽樣棒檢測直槽211能否通過，如不能通過，調(diào)理轉(zhuǎn)子鐵心沖片21a的位置使槽樣棒能夠順利通過；

C．將上壓板200套在芯軸300上，并壓在疊壓在一起的多張轉(zhuǎn)子鐵心沖片21a上，在上壓板200上安裝上壓塊400；

D．在上壓塊400上施加壓力，在壓力作用下通過第二緊固件500使上壓板200、多張轉(zhuǎn)子鐵心沖片21a、下壓板100和芯軸300固定在一起，然后在第二緊固件500處于擰緊的狀態(tài)下將第一緊固件穿過單元鐵心21上的第一安裝孔213a將多張轉(zhuǎn)子鐵心沖片21a固定連接在一起；

E．松開第二緊固件500，撤壓力后取下上壓塊400和上壓板200，取出疊壓在一起的成型的單元鐵心21；

F．采用磁鋼槽通規(guī)對成型的單元鐵心21的直槽211進行檢測；

G．依上述壓裝工序?qū)⒏鞫螁卧F心21壓裝完成。

2.主軸1的加工：

主軸1的主體加工完成后，銑削主軸1上的第二定位槽111，在銑削與上一個第二定位槽111相鄰的下一個第二定位槽111時，使主軸1轉(zhuǎn)動一定角度，該角度數(shù)值即為主軸1上相鄰兩個第二定位槽111的中心線之間偏離的距離。

3.轉(zhuǎn)子的組裝：

A．將主軸1的軸伸端向上立式固定；

B．將第一隔磁板4套入主軸1并通過主軸1上的第一軸肩12對第一隔磁板4進行定位；

C．在各段單元鐵心21的直槽內(nèi)嵌放磁鋼3，放置時，根據(jù)第一安裝孔213a和第二安裝孔213b的位置注意各段單元鐵心21中磁鋼3的極性，以使各段單元鐵心21均安裝在主軸1上后，轉(zhuǎn)子沿同一斜極方向上的各磁鋼3的極性相同，本實施例中，各段單元鐵心21處于分離狀態(tài)時，相鄰兩段單元鐵心21中磁鋼3的極性相反，如第一段單元鐵心21中磁鋼3的極性如圖5所示設(shè)置時，第二段單元鐵心21中磁鋼3的極性就如圖6所示設(shè)置，依此類推。

D．在放置第一段單元鐵心21的第一段軸體11上的第二定位槽111內(nèi)放置鍵；

E．以步驟D中的鍵為導(dǎo)向，采用冷擠壓的工藝將第一段單元鐵心21壓入主軸1，直至第一段單元鐵心21的一端面緊靠第一隔磁板4；

F．在放置第二段單元鐵心21的第二段軸體11上的第二定位槽111內(nèi)放置鍵；

G．以步驟F中的鍵為導(dǎo)向?qū)⒌诙螁卧F心21采用冷擠壓的工藝壓入主軸1，直至第二段單元鐵心21的一端面緊靠第一段單元鐵心21的另一端面，在將第二段單元鐵心21壓入主軸1時，為了使第一段單元鐵心21和第二段單元鐵心21相鄰的一端面緊密接觸，此時第一段單元鐵心21上的第一緊固件露出第一段單元鐵心21的一端伸入第二段單元鐵心21上的第二安裝孔213b中，即在安裝第二段單元鐵心21時，使圖6中B孔位置對準圖5中A孔位置，此時第二段單元鐵心21安裝完成后，第一段單元鐵心21和第二段單元鐵心21對應(yīng)位置處的磁鋼3的極性相同；

H．在放置第三段單元鐵心21的第三段軸體11上的第二定位槽111內(nèi)放置鍵；

I．以步驟H中的鍵為導(dǎo)向?qū)⒌谌螁卧F心21采用冷擠壓的工藝壓入主軸1，直至第三段單元鐵心21的一端面緊靠第二段單元鐵心21的另一端面，在將第三段單元鐵心21壓入主軸1時，為了使第二段單元鐵心21和第三段單元鐵心21相鄰的一端面緊密接觸，此時第二段單元鐵心21上的第一緊固件露出第二段單元鐵心21的一端伸入第三段單元鐵心21上的第二安裝孔213b中，即在安裝第三段單元鐵心21時，使圖5中A孔位置對準圖6中B孔位置. 此時第三段單元鐵心21安裝完成后，第二段單元鐵心21和第三段單元鐵心21對應(yīng)位置處的磁鋼3的極性相同；

J．依上述步驟將剩余的單元鐵心21依次全部采用冷擠壓的工藝壓入主軸1；

K．將第二隔磁板5套入主軸1并使其壓在最后一段單元鐵心21上，然后在第二隔磁板5上施加壓力后，在第二隔磁板5與主軸1的第二軸肩13之間的空隙內(nèi)裝入卡簧6，去除施加在第二隔磁板5上的壓力，卡簧6便被卡緊在第二隔磁板5與主軸1的第二軸肩13之間，從而將轉(zhuǎn)子鐵心2與主軸1固定在一起。

這樣就完成了轉(zhuǎn)子的制造，這樣設(shè)計的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可減少永磁電動機力矩脈動和高次諧波，減少雜散損耗，提高永磁電動機的效率。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。