一种低涡流损耗的高速永磁电机转子结构的制作方法

1.本实用新型涉及永磁电机技术领域，更具体的说是涉及一种低涡流损耗的高速永磁电机转子结构。


背景技术：

2.高速永磁电机通常是指电机转子上装有永磁体，且转速超过10000r/min的电机，由于其转速高，功率密度大，效率高、体积远小于同功率普通电机，可以有效节约材料，电机转子转动惯量小，动态响应快，可以省去增速箱等多种优点，在压缩机、汽车工业、汽轮机、航空航天等各行各业得到应用，具有广阔的应用前景。
3.但高速永磁电机制造工艺目前未有完整的标准体系，高速永磁电机在高速旋转时，转子上永磁体难以承受巨大离心力，存在永磁体甩出、破裂、飞溅和永磁体与转子铁芯粘接失效等风险。另外，电机定子通电后产生交变的定子磁场，电机转子在旋转中切割磁感线，会在电机转子表面产生涡流损耗，高速永磁电机由于速度高，频率高，因此，涡流损耗很大，涡流损耗会引起很高的温升，引起永磁体局部退磁，高速高频永磁同步电机中尤为严重。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供了一种低涡流损耗的高速永磁电机转子结构，旨在解决上述背景中的问题之一，实现降低电机转子整体温升，以及使高速永磁电机转子结构具有实用、可靠和低涡流损耗的特点。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种低涡流损耗的高速永磁电机转子结构，包括：转子铁芯，所述转子铁芯固定设置在转轴上，所述转子铁芯的两端均设置有转子端板，所述转轴上位于所述转子铁芯的两端均设置有用于固定所述转子铁芯的转子端板，所述转子铁芯外壁上沿其周向交替布设有第一永磁体和第二永磁体，相邻的所述第一永磁体和第二永磁体相互接触，所述第一永磁体用于提供径向磁极磁场，所述第二永磁体用于提供横向磁极磁场，所述第一永磁体和第二永磁体通过转子护套将两者固定在所述转子铁芯上。
7.进一步地，所述转子护套的外壁上沿其轴向间隔设置有多个环形凹槽。
8.进一步地，所述第一永磁体和第二永磁体的长度相等，且所述第一永磁体和第二永磁体在所述转子铁芯的长度方向上完全覆盖所述转子铁芯。
9.进一步地，所述转子护套的长度等于所述第一永磁体和第二永磁体的长度。
10.进一步地，所述转子端板包括一体成型的第一轴头接口和第二轴头接口，所述第一轴头接口和第二轴头接口同轴设置，所述第一轴头接口的轴截面积小于第二轴头接口的轴截面积，所述第二轴头接口靠近所述转子铁芯，所述第二轴头接口的轴截面与所述转子铁芯的轴截面完全重合。
11.进一步地，所述第一永磁体和第二永磁体的长度相等，且所述第一永磁体和第二
永磁体的长度等于所述转子铁芯和位于转子铁芯两端转子端盖的第二轴头接口的长度之和。
12.进一步地，所述转轴为空心轴。
13.进一步地，所述转轴为花键轴或光轴。
14.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种低涡流损耗的高速永磁电机转子结构，通过第一永磁体和第二永磁体采用海尔贝克阵列，转轴采用空心轴结构，便于高速永磁转子高精度动平衡等级要求，空心轴通道可强迫风冷散热，降低电机转子整体温升；通过转子护套的设置，将第一永磁体和第二永磁体牢固可靠地固定在转子铁芯上，转子护套表面的环形凹槽，使该高速永磁电机转子结构具有实用、可靠和低涡流损耗的特点。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
16.图1为本实用新型提供的低涡流损耗的高速永磁电机转子结构的结构示意图；
17.图2为本实用新型提供的低涡流损耗的高速永磁电机转子结构在另一种视角下的结构示意图；
18.图3为本实用新型提供的图2中a-a的结构示意图；
19.图4为本实用新型提供的转子端板的结构示意图；
20.图5为本实用新型提供的第一永磁体、第二永磁体的位置结构和磁极布置的结构示意图；
21.图6为本实用新型提供的低涡流损耗的高速永磁电机转子结构的爆炸图。
22.其中：1为转子铁芯；2为转轴；3为转子端板；31为第一轴头接口；32为第二轴头接口；4为第一永磁体；5为第二永磁体；6为转子护套；7为环形凹槽。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
24.参见图1-6，本实用新型实施例公开了一种低涡流损耗的高速永磁电机转子结构，具体以一台4极、转速为44000rpm的高速永磁电机转子结构为例，该高速永磁电机转子结构包括：转子铁芯1，转子铁芯1固定设置在转轴2上，转子铁芯1的两端均设置有转子端板3，转轴2上位于转子铁芯1的两端均设置有用于固定转子铁芯1的转子端板3，转子铁芯1外壁上沿其周向交替布设有四个第一永磁体4和四个第二永磁体5，相邻的第一永磁体4和第二永磁体5相互接触，第一永磁体4用于提供径向磁极磁场，第二永磁体5用于提供横向磁极磁场，四个第一永磁体4和四个第二永磁体5形成共同的圆柱面，且在四个第一永磁体4和四个
第二永磁体5外套设有转子护套6，转子护套6将四个第一永磁体4和四个第二永磁体5固定在转子铁芯1上。
25.在本实施例中，转子铁芯1的形成方式为：由0.2mm的冷轧无取向硅钢片经冲压成转子冲片，多片转子冲片叠压，转子冲片上有4个焊接凹槽，各转子冲片通过激光焊接连接成一个整体，该整体即为转子铁芯1。对于高速电机而言，转子冲片在考虑到机械强度和加工工艺的前提下，尽可能选择薄的硅钢片，因为转子冲片表面涂有薄层绝缘漆，磁通穿过转子冲片的狭窄截面时，涡流被限制在沿各片中的一些狭小回路流过，回路的长度较大，且硅钢片的电阻率大，这样就可以显著地减小涡流损耗。此外，第一永磁体4和第二永磁体5均采用钐钴sm2co
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，进而使得第一永磁体4和第二永磁体5具有高磁能积，高矫顽性，最高工作温度为350℃，四个第一永磁体4提供四个径向磁极磁场，四个第二永磁体5提供横向磁极磁场，第二永磁体5的磁场用来增强第一永磁体4的磁场，具体地，四个第一永磁体4和四个第二永磁体5设置在转子铁芯1的表面能够形成一个圆柱体结构，四个第一永磁体4和四个第二永磁体5采用海尔贝克阵列式布设，进而能够提高气隙磁密，提高气隙磁场正弦型分布，减小转矩波动，减少转子谐波和涡流损耗。气隙磁密的增加使得电磁转矩增大、电机出力提高，增大了电机的功率密度或者说同功率下减小了电机的体积和重量。
26.在本实施例中，转子护套6的外壁上沿其轴向间隔设置有多个环形凹槽7，转子护套6优选为材料为tc4钛合金，tc4钛合金具有高强度、防腐蚀和非导磁的特点，转子护套6通过冷热过盈装配的方式安装到第一永磁体4和第二永磁体5的外壁上，其过盈量的设计目的是：既能保证第一永磁体4和第二永磁体5受压不会发生破裂，又能满足转子护套6在高速离心力下仍然能将第一永磁体4和第二永磁体5牢固的包裹住，转子护套6外径为62mm，厚度为3mm，外表面上的环形凹槽7的的深度为1mm，环形凹槽7的设置能够阻断沿转子护套6圆周方向上的涡流路径，转子护套6内圆粘接1mm厚镀铜，利用非同步谐波在铜高电导中产生的涡流反应，以被动的方式抑制谐波的特点，可以有效降低转子结构的涡流损耗。虽然铜屏蔽层产生了新的涡流损耗，但是总的转子结构涡流损耗得以减少，从而提升电机的效率，并实现电磁能量的高效利用。
27.在本实施例中，第一永磁体4和第二永磁体5的长度相等，且第一永磁体4和第二永磁体5在转子铁芯1的长度方向上完全覆盖转子铁芯1，优选地，转子护套6的长度等于第一永磁体4和第二永磁体5的长度，保证转子护套6能够完全将第一永磁体4和第二永磁体5在其长度方向上覆盖。
28.在另一些实施例，转子端板3包括一体成型的第一轴头接口31和第二轴头接口32，第一轴头接口31和第二轴头接口32同轴设置，第一轴头接口31的轴截面积小于第二轴头接口32的轴截面积，第二轴头接口32靠近转子铁芯1，第二轴头接口32的轴截面与转子铁芯1的轴截面完全重合，转子端板3的材料优选为不锈钢，转子端板3施加一个轴向预紧力，转子端板3与转轴2过盈配合用于将转子铁芯1两端压紧，优选地，第一永磁体4和第二永磁体5的长度相等，且第一永磁体4和第二永磁体5的长度等于转子铁芯1和位于转子铁芯1两端转子端盖的第二轴头接口32的长度之和。
29.在上述实施例中，转轴2为空心轴，转轴2为花键轴或光轴，转轴2优选为空心的花键轴，其中，空心的花键轴材料为不锈钢，花键轴表面的齿在转子结构运动过程中，根据需要去重的不平衡量，找到相应的去重角度的齿，采用机械加工的方式去掉部分长度的齿，以
达到转子结构要求的动平衡精度，同时，空心的花键轴的设置在轴向通风时，齿与齿之间的间隙，转轴2的空心间隙都可起到通风散热，进而降低温升，提高电机效率的效果。
30.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
31.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。