技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及永磁同步電動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種永磁同步電動(dòng)機(jī)磁鋼表貼式轉(zhuǎn)子斜極結(jié)構(gòu)及制造工藝。
背景技術(shù):
據(jù)統(tǒng)計(jì)測(cè)算,我國(guó)電機(jī)保有量約17億千瓦,總耗電量約3萬(wàn)億千瓦時(shí),占全社會(huì)總用電量的64%,其中工業(yè)領(lǐng)域的電機(jī)總用電量為2.6萬(wàn)億千瓦時(shí),約占工業(yè)用電的75%,國(guó)家在推進(jìn)節(jié)能減排、組織實(shí)施“十大節(jié)能工程”時(shí),把電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程列入其中,實(shí)施中,首先推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)建設(shè),使我國(guó)中小型異步電動(dòng)機(jī)的能效限定值及能效等級(jí)向國(guó)際電機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系靠攏,在GB18613-2012標(biāo)準(zhǔn)中,能效2級(jí)被確認(rèn)為高效電機(jī),相當(dāng)于IEC60034-30標(biāo)準(zhǔn)中IE3等級(jí),比GB18613-2006標(biāo)準(zhǔn)提升了1級(jí)。
隨即國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2012年6月29日發(fā)布、2012年11月1日實(shí)施GB/T28575-2012《YE3系列(1P55)超高效率三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件(機(jī)座號(hào)80-355)》,該文件中規(guī)定的效率值與GB18613-2012中的2級(jí)能效限定值相同。
這樣,新設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)要達(dá)到GB18613-2012標(biāo)準(zhǔn)2級(jí)能效和GB/T28575-2012標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的能效限定值的就有了一定難度,為此,在設(shè)計(jì)YE3系列時(shí),設(shè)計(jì)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(guò)調(diào)整鐵心材料和槽形尺寸、繞組數(shù)據(jù)來(lái)平衡電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)損耗和性能來(lái)達(dá)到高效2級(jí),即使這樣,根據(jù)IEC已批準(zhǔn)IE5效率限定值,隨之,我國(guó)電機(jī)1級(jí)能效還將再提升,要整個(gè)系列要達(dá)到1級(jí)能效幾乎不可能。
而永磁電動(dòng)機(jī)的能效值,普通能達(dá)到1級(jí),甚至高于1級(jí),為此,在我國(guó)中小電機(jī)行業(yè)把產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的目標(biāo)傾斜到永磁電機(jī),并把永磁電機(jī)列為我國(guó)二十一世紀(jì)中小電機(jī)研發(fā)的領(lǐng)頭羊。
我國(guó)廣大的電機(jī)用戶在國(guó)家政策的引領(lǐng)和惠民工程的激勵(lì)下,采用高效電機(jī)的積極性日益提高,永磁電機(jī)的市場(chǎng)日益得到拓展,用戶需要的永磁電機(jī)的類型和品種也日益增多。
從電機(jī)設(shè)計(jì)角度,為優(yōu)化氣隙磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),有時(shí)由于種種條件限制,不允許采用常規(guī)的定子斜槽,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,即使磁鋼采用表貼式,磁鋼要斜槽,也因磁鋼表面扭曲而難以實(shí)現(xiàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種永磁同步電動(dòng)機(jī)磁鋼表貼式轉(zhuǎn)子斜極結(jié)構(gòu),通過(guò)將磁鋼貼設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵心的外圓周面上從而形成轉(zhuǎn)子斜極結(jié)構(gòu),并通過(guò)轉(zhuǎn)子斜極達(dá)到了轉(zhuǎn)子斜槽。
為達(dá)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(dòng)機(jī)磁鋼表貼式轉(zhuǎn)子斜極結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子包括主軸、套設(shè)在所述主軸上的轉(zhuǎn)子鐵心、設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子鐵心上并與永磁同步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)成整數(shù)倍的多個(gè)磁鋼,每個(gè)所述磁鋼均貼設(shè)在所述轉(zhuǎn)子鐵心的外圓周面上,多個(gè)所述磁鋼沿所述轉(zhuǎn)子鐵心的圓周方向間隔分布,每個(gè)所述磁鋼均包括沿所述轉(zhuǎn)子鐵心的軸線延伸方向依次順序設(shè)置的多段單元磁鋼,同一極所述磁鋼的相鄰兩段所述單元磁鋼的相鄰的一端面緊密接觸,沿所述轉(zhuǎn)子鐵心的軸線延伸方向,同一極所述磁鋼的相鄰兩段所述單元磁鋼在所述轉(zhuǎn)子鐵心的圓周方向上向同一方向錯(cuò)開(kāi)一角度或距離。
優(yōu)選地,相鄰兩段所述單元磁鋼在所述轉(zhuǎn)子鐵心的圓周方向上錯(cuò)開(kāi)的角度或距離相同,且錯(cuò)開(kāi)的角度為:(360/轉(zhuǎn)子槽數(shù))/(單元磁鋼的數(shù)量-1);或者,錯(cuò)開(kāi)的距離為:((轉(zhuǎn)子槽數(shù)×轉(zhuǎn)子齒距)/(轉(zhuǎn)子槽數(shù)+電機(jī)極對(duì)數(shù)))/(單元磁鋼的數(shù)量-1)。
優(yōu)選地,每個(gè)所述磁鋼均呈瓦片形結(jié)構(gòu),每個(gè)所述磁鋼均包括呈弧形的外邊緣和內(nèi)邊緣。
進(jìn)一步地,所述外邊緣和所述內(nèi)邊緣的半徑尺寸相同,圓心位于不同的位置處。
進(jìn)一步地,所述外邊緣和所述內(nèi)邊緣的半徑尺寸不同,圓心位于同一位置處。
優(yōu)選地,每個(gè)所述磁鋼均包括沿所述轉(zhuǎn)子鐵心的圓周方向依次順序設(shè)置的多個(gè)磁條,相鄰兩段所述磁條的相鄰的一端面緊密接觸。
優(yōu)選地,沿所述轉(zhuǎn)子鐵心的圓周方向,相鄰兩個(gè)所述磁鋼之間設(shè)有2~4mm的間距。
優(yōu)選地,所述轉(zhuǎn)子鐵心的外圓周面上對(duì)應(yīng)貼設(shè)所述磁鋼的位置處設(shè)置有開(kāi)槽,所述開(kāi)槽沿所述轉(zhuǎn)子鐵心的軸線方向延伸并貫穿所述轉(zhuǎn)子鐵心的軸線方向上的兩端。
優(yōu)選地,所述轉(zhuǎn)子還包括套設(shè)在所述磁鋼的外部的護(hù)套,所述護(hù)套由具有隔磁作用的材料制成。
本發(fā)明還提供一種如上述任一項(xiàng)所述的永磁同步電動(dòng)機(jī)磁鋼表貼式轉(zhuǎn)子斜極結(jié)構(gòu)制造工藝,制造工藝如下:
(1)制造組成所述轉(zhuǎn)子鐵心的多張轉(zhuǎn)子鐵心沖片;
(2)將步驟(1)中的多張所述轉(zhuǎn)子鐵心沖片壓裝在一起并固定連接形成所述轉(zhuǎn)子鐵心;
(3)將所述轉(zhuǎn)子鐵心套設(shè)在所述主軸上;
(4)對(duì)套設(shè)在所述主軸上的所述轉(zhuǎn)子鐵心的外圓周面進(jìn)行精加工;
(5)在所述轉(zhuǎn)子鐵心的外圓周面上貼設(shè)所述磁鋼;
(6)在貼設(shè)所述磁鋼后的所述轉(zhuǎn)子鐵心的外部套設(shè)具有隔磁作用的護(hù)套;
(7)在所述轉(zhuǎn)子鐵心的軸線方向上的兩端分別安裝隔磁板,并與所述轉(zhuǎn)子鐵心固定連接在一起。
由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明的永磁同步電動(dòng)機(jī)磁鋼表貼式轉(zhuǎn)子斜極結(jié)構(gòu)通過(guò)將貼設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵心的外圓周面上的每個(gè)磁鋼均沿轉(zhuǎn)子鐵心的軸線延伸方向分割成多段單元磁鋼,且使同一極磁鋼的相鄰兩段單元磁鋼在轉(zhuǎn)子鐵心的圓周方向上錯(cuò)開(kāi)一定距離或角度后形成斜極式的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),通過(guò)轉(zhuǎn)子斜極實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子斜槽的目的,這樣,減少了永磁電動(dòng)機(jī)力矩脈動(dòng)和高次諧波,減少了雜散損耗,從而提高了永磁電動(dòng)機(jī)的效率。
附圖說(shuō)明
附圖1為現(xiàn)有技術(shù)中永磁電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)磁鋼表貼式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖;
附圖3為本發(fā)明的永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁鋼的結(jié)構(gòu)示意圖之一;
附圖4為本發(fā)明的永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁鋼的結(jié)構(gòu)示意圖之二;
附圖5為本發(fā)明的永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁鋼貼設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵心的外圓周面上的結(jié)構(gòu)示意圖;
附圖6為本發(fā)明的永磁同步電動(dòng)機(jī)的貼設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵心的外圓周面上后展開(kāi)后的結(jié)構(gòu)示意圖;
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)明的壓裝轉(zhuǎn)子鐵心的壓裝設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中:1、主軸;2、轉(zhuǎn)子鐵心;21、轉(zhuǎn)子鐵心沖片;211、安裝孔;3、磁鋼;31、單元磁鋼;32、磁條;33、磁塊;4、護(hù)套;5、隔磁板;
100、下壓板;200、上壓板;300、芯軸;400、上壓塊;500、第二緊固件。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述。
如圖2所示,本發(fā)明的永磁同步電動(dòng)機(jī)磁鋼表貼式轉(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、設(shè)置在轉(zhuǎn)子鐵心2上并與永磁同步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)成整數(shù)倍的多個(gè)的磁鋼3。
每個(gè)磁鋼3均貼設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵心2的外圓周面上,多個(gè)磁鋼3沿轉(zhuǎn)子鐵心2的圓周方向間隔分布,每個(gè)磁鋼3均包括沿轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線延伸方向依次順序設(shè)置的多段單元磁鋼31,同一極磁鋼3的相鄰兩段單元磁鋼31的相鄰的一端面緊密接觸,沿轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線延伸方向,同一極磁鋼3的相鄰兩段單元磁鋼31在轉(zhuǎn)子鐵心2的圓周方向上向同一方向稍微錯(cuò)開(kāi)一角度或距離,這樣,就形成斜極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),通過(guò)轉(zhuǎn)子斜極達(dá)到了轉(zhuǎn)子斜槽的目的。
優(yōu)選地,沿轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線延伸方向,同一極磁鋼3的相鄰兩段單元磁鋼31在轉(zhuǎn)子鐵心2的圓周方向上錯(cuò)開(kāi)的距離或角度的數(shù)值都相同。
本實(shí)施例中,以132M-4 7.5kw永磁電機(jī)為例,每個(gè)磁鋼3包括5段單元磁鋼31,該電機(jī)的轉(zhuǎn)子為28槽,整個(gè)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5段單元磁鋼31上,相鄰兩段單元磁鋼31在轉(zhuǎn)子鐵心2的圓周方向錯(cuò)開(kāi)的角度為:
;
整個(gè)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(jī)極對(duì)數(shù),為2;
為轉(zhuǎn)子齒距,,此處為轉(zhuǎn)子外徑,為134mm,計(jì)算,所以
,
將該轉(zhuǎn)子斜槽的距離分配到5段單元磁鋼31上,相鄰兩段單元磁鋼31錯(cuò)開(kāi)的距離為:
。
如圖5和圖6所示,每個(gè)磁鋼3均包括沿轉(zhuǎn)子鐵心2的圓周方向依次順序設(shè)置的多段磁條32,相鄰兩段磁條32的相鄰端面之間緊密接觸,這樣,每個(gè)磁鋼3就被分割成多個(gè)小磁塊33,沿轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線方向及圓周方向,相鄰兩個(gè)磁塊33的相鄰端面之間均緊密接觸,在同一磁條32上的相鄰的兩個(gè)小磁塊33在轉(zhuǎn)子鐵心2的圓周方向上向同一方向稍微錯(cuò)開(kāi)一角度或距離。
如圖5所示,沿轉(zhuǎn)子鐵心2的圓周方向,相鄰的兩個(gè)磁鋼3之間可以采用2~4mm的小間隙的結(jié)構(gòu),該間隙起隔磁的作用,以防止極間磁短路,從而減弱每極磁鋼3的磁通量。
每個(gè)磁鋼3均呈瓦片形結(jié)構(gòu),如圖3和圖4所示,每個(gè)磁鋼3均包括呈弧形的外邊緣和內(nèi)邊緣,外邊緣和內(nèi)邊緣的圓心可以設(shè)置在同一位置處,即外邊緣和內(nèi)邊緣同心設(shè)置,此時(shí)外邊緣和內(nèi)邊緣的半徑尺寸不同,如圖3所示;也可以使外邊緣和內(nèi)邊緣的半徑尺寸相同,而圓心不在同一位置處,二者之間具有一距離L,如圖4所示,外邊緣和內(nèi)邊緣等半徑而不同心設(shè)置的磁鋼3由于帶有極弧而使電壓波形、電流波形及正弦度都較好。
磁鋼3通過(guò)粘接劑貼設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵心2的外圓周面上,為了增加磁鋼3粘接后的牢固度,在轉(zhuǎn)子鐵心2的外圓周面上粘接磁鋼3的位置處設(shè)有開(kāi)槽,該開(kāi)槽用于存放粘接劑,從而增加了磁鋼3和轉(zhuǎn)子鐵心2的外圓周面的粘貼面積,開(kāi)槽貫穿轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線方向上的兩端。
該轉(zhuǎn)子還包括當(dāng)磁鋼3貼設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵心2的外圓周上后用于對(duì)磁鋼3進(jìn)行防護(hù)的護(hù)套4,護(hù)套4呈圓筒形結(jié)構(gòu),熱套在貼設(shè)磁鋼3后的轉(zhuǎn)子鐵心2的外部。護(hù)套4由具有隔磁作用的材料制成,本實(shí)施例中,護(hù)套4采用1Cr18Ni9不銹鋼材料制成。
轉(zhuǎn)子還包括設(shè)置在轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線方向上的兩端部的隔磁板5,轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線方向上的兩端面分別緊靠對(duì)應(yīng)一側(cè)的隔磁板5,轉(zhuǎn)子鐵心2與兩側(cè)的隔磁板5固定連接。
該轉(zhuǎn)子的制造工藝如下:
(1)制造組成轉(zhuǎn)子鐵心2的多張轉(zhuǎn)子鐵心沖片21:
轉(zhuǎn)子鐵心2由多張轉(zhuǎn)子鐵心沖片21疊壓在一起制成,轉(zhuǎn)子鐵心沖片21的結(jié)構(gòu)如圖7所示。本實(shí)施例中,轉(zhuǎn)子鐵心沖片21采用低損耗硅鋼50W350沖制而成,該轉(zhuǎn)子鐵心2共包括290張轉(zhuǎn)子鐵心沖片21。
(2)轉(zhuǎn)子鐵心2的壓裝:
A.制造用于壓裝轉(zhuǎn)子鐵心2的壓裝設(shè)備,如圖8所示,壓裝設(shè)備包括下壓板100、上壓板200、芯軸300和上壓塊400。轉(zhuǎn)子鐵心沖片21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在壓緊后從轉(zhuǎn)子鐵心2的軸孔中拔出時(shí)摩擦力偏大,將芯軸300設(shè)計(jì)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;
B.將芯軸300的一端部固定連接在下壓板100上,將多張轉(zhuǎn)子鐵心沖片21依次套入芯軸300;
C.每張轉(zhuǎn)子鐵心沖片21上設(shè)有安裝第一緊固件的安裝孔211,當(dāng)套設(shè)一定數(shù)量的轉(zhuǎn)子鐵心沖片21后,采用試樣棒檢測(cè)安裝孔211能否通過(guò),如不能通過(guò),調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子鐵心沖片21的位置使試樣棒能夠順利通過(guò),依此將剩余的多張轉(zhuǎn)子鐵心沖片21依次套入芯軸300。本實(shí)施例以132M-4 7.5kw永磁電機(jī)為例,轉(zhuǎn)子鐵心2的高度為145mm,當(dāng)在芯軸300上套設(shè)一定數(shù)量的轉(zhuǎn)子鐵心沖片21使疊片高度達(dá)到50mm、100mm和145mm時(shí)分別采用試樣棒對(duì)安裝孔211進(jìn)行檢測(cè);
D.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21上,在上壓板200上安裝上壓塊400,通過(guò)第二緊固件500使上壓板200、多張轉(zhuǎn)子鐵心沖片21、下壓板100和芯軸300固定在一起;
E.在上壓塊400上施加壓力,在壓力作用下當(dāng)轉(zhuǎn)子鐵心2的高度達(dá)到要求的高度時(shí),本實(shí)施例中,轉(zhuǎn)子鐵心2 的高度達(dá)到145mm時(shí),將第二緊固件500再度擰緊,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(guò)步驟C中的安裝孔211中,并擰緊,這樣就把多張轉(zhuǎn)子鐵心沖片21固定連接在一起了;
F.松開(kāi)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轉(zhuǎn)子鐵心2。
(3)將轉(zhuǎn)子鐵心2套設(shè)在主軸1上:
將步驟(2)中成型的轉(zhuǎn)子鐵心2整體放入烘箱,逐步升溫至250℃,且恒溫保持兩小時(shí),然后取出轉(zhuǎn)子鐵心2將其熱套在主軸1上。
(4)對(duì)套設(shè)在主軸1上的轉(zhuǎn)子鐵心2的外圓周面進(jìn)行精加工到要求的尺寸。
(5)在轉(zhuǎn)子鐵心2的外圓周面上貼設(shè)磁鋼3:
在轉(zhuǎn)子鐵心2的外圓周面上粘接磁鋼3時(shí),要使相鄰的兩個(gè)單元磁鋼31在轉(zhuǎn)子鐵心2的圓周方向上向同一方向錯(cuò)開(kāi)一角度和距離,以此形成斜極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),從而達(dá)到轉(zhuǎn)子斜槽的目的。
采用粘接劑將磁鋼3粘接在轉(zhuǎn)子鐵心2的外圓周面上,本實(shí)施例中,粘接劑采用KDS04A2型厭氧膠。粘接時(shí),將粘接劑放置于轉(zhuǎn)子鐵心2的外圓周面上的開(kāi)槽中,本實(shí)施例中,開(kāi)槽的寬度為5mm,深度為4mm。
(6)在貼設(shè)磁鋼3后的轉(zhuǎn)子鐵心2的外部套設(shè)護(hù)套4:
將護(hù)套4加熱,然后熱套在貼設(shè)磁鋼3后的轉(zhuǎn)子鐵心2的外部,護(hù)套4冷卻后過(guò)盈收緊,過(guò)盈量為8~10um,從而將磁鋼3固定在護(hù)套4與轉(zhuǎn)子鐵心2之間,以防止轉(zhuǎn)子鐵心2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁鋼3與轉(zhuǎn)子鐵心2之間的粘接劑失效后磁鋼3飛出。
(7)在轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線方向上的兩端分別安裝隔磁板5,安裝時(shí),使轉(zhuǎn)子鐵心2的軸線方向上的兩端面分別緊靠對(duì)應(yīng)一側(cè)的隔磁板5,然后將兩側(cè)的隔磁板5與轉(zhuǎn)子鐵心2固定連接在一起。
這樣,就完成了轉(zhuǎn)子的加工制造,然后對(duì)加工完成后的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn),滿足試驗(yàn)要求該轉(zhuǎn)子即可使用。這樣設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可減少永磁電動(dòng)機(jī)力矩脈動(dòng)和高次諧波,減少雜散損耗,提高永磁電動(dòng)機(jī)的效率。
上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn),其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施,并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)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(hù)范圍之內(nèi)。