磁钢斜极结构及外转子电机的制作方法

1.本发明涉及永磁同步电机技术领域，尤其涉及一种磁钢斜极结构及外转子电机。


背景技术：

2.随着永磁材料及控制技术的不断发展，永磁同步电机在越来越多领域得到广泛应用，永磁同步电机根据转子位置通常有内转子和外转子两种结构，其中外转子电机定子在电机的中间，转子在外侧旋转产生动力，转动惯量比内转子永磁电机的转动惯量要大，更有利于提高电机系统的稳定性，同时在同体积或同质量的前提下，外转子电动机具有较高的输出力矩。依据其特性可用于不同的场合，在低速大转矩、直接驱动、恒转速、要求转速变化小等场合应用较多。
3.基于电机结构和性能要求，部分永磁同步电机采用外转子表贴式结构，结构包括永磁体、转子铁心、定子等，永磁体通常为瓦状结构，永磁体的外圆面与转子铁心内圆面紧贴。然而在永磁电机中，永磁体和定子铁心相互作用，不可避免地产生齿槽转矩。齿槽转矩是永磁电机绕组不通电时永磁体和定子铁心之间相互作用产生的转矩，是由永磁体与电枢齿之间相互作用力的切向分量引起的。当定转子存在相对运动时，处于永磁体极弧部分的电枢齿与永磁体间的磁导基本不变，因此这些电枢齿周围的磁场也基本不变，而与永磁体的两侧面对应的由一个或两个电枢齿所构成的一小段区域内，磁导变化大，引起磁场储能的变化，从而产生齿槽转矩，导致转矩波动，引起振动和噪声，影响系统的控制精度。外转子表贴式电机结构无法采用磁钢修型等方案来降低齿槽转矩，而斜槽会大幅降低电机性能。针对上述问题，目前国内外尚未寻找到一种有效的解决方法。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提出一种磁钢斜极结构及外转子电机，旨在解决上述技术问题。
5.为实现上述目的，一方面，本发明提出一种磁钢斜极结构，在转子铁心的内圆周面上设置有第一固定环、以及第二固定环；在所述第一固定环和第二固定环上分别设置有数量和形状相同的凹槽，所述第一固定环和第二固定环的凹槽相对设置，且在圆周方向错位设置；
6.在第一固定环的凹槽中设置有第一磁钢；在第二固定环的凹槽中设置有第二磁钢；所述第一磁钢和第二磁钢形状相同；
7.端板与转子铁心连接，并轴向压紧第二固定环使第二磁钢抵靠在第一磁钢上。
8.优选的，第一固定环的凹槽两侧面与第一磁钢两侧面相配合；第二固定环的凹槽两侧面与第二磁钢两侧面相配合；第一固定环、第二固定环的凹槽两侧面的夹角为α；第一磁钢、第二磁钢两侧面的夹角为β；其中α与β相等。
9.优选的，第一固定环和第二固定环的凹槽在圆周方向错位的角度θ满足：
[0010][0011]
其中lcm(z,2p)为槽数(z)和极数(2p)的最小公倍数。
[0012]
优选的，在转子铁心的内圆周面上设置有台阶面，在台阶面上设置有定位孔；在转子铁心内腔口部位置设置有定位槽；以转子铁心端面所在平面作为投影平面，在该投影平面上，定位槽与转子铁心圆心的连线投影、与定位孔与转子铁心圆心的连线投影之间的夹角等于第一固定环和第二固定环的凹槽在圆周方向错位的角度θ；在第一固定环的端面的上设置有圆柱凸台；所述第一固定环的端面抵靠在该台阶面上，且圆柱凸台插接在定位孔内；在第二固定环的外周面上设置有矩形凸台；该矩形凸台插接在定位槽中。
[0013]
优选的，所述第一固定环、第二固定环均采用尼龙或其他非金属材料注塑成型。
[0014]
优选的，所述第一固定环和第二固定环的厚度s不大于第一磁钢和第二磁钢的厚度h。
[0015]
另一方面，本发明还提供一种外转子电机，该电机包括上述磁钢斜极结构，还包括第一轴承、固定轴、第二轴承、以及定子；定子设置在转子铁心与端板围成内腔中；定子压装在固定轴上，第一轴承安装在板上，第二轴承安装在转子铁心上，固定轴穿设在第一轴承、第二轴承的内圈中。
[0016]
优选的，在所述转子铁心内腔口部设置有第一法兰边，在端板上设置有第二法兰边，第一法兰边与第二法兰边通过螺栓紧固连接。
[0017]
优选的，所述定子与固定轴为过盈配合连接。
[0018]
优选的，该外转子电机的装配工艺为：将所述第一固定环安装在所述转子铁心上，然后将第一磁钢按照n、s极间隔装配在所述第一固定环的凹槽内；第二磁钢通过工装均匀装配在所述转子铁心内圆周面上，所述第二磁钢按n、s极间隔对称分布，然后装配所述第二固定环，使得第二磁钢装入第二固定环的凹槽中，之后撤掉工装；将所述第二轴承装配在转子铁心上，将定子压装在固定轴9上，然后一起装入第二轴承10内孔中，以及将第一轴承安装至固定轴上；将端板装在转子铁心上并进行螺栓连接。
[0019]
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：
[0020]
本发明采用第一固定环安装第一磁钢，利用第二固环安装第二磁钢，使得整个转子组件内部磁钢在轴向上形成两段式结构，同时利用第一固定环和第二固定环的凹槽在圆周方向错位设置，并实现两端磁钢错位斜极。采用本发明中第一固定环、第二固定环分别与第一磁钢、第二磁钢相配合的固定结构可在保证电机性能前提下有效降低电机齿槽转矩，同时磁钢轴向、径向均得到可靠固定，零件数量少，装配工艺简单，安装和维修方便，制造成本低，易于实施。
附图说明
[0021]
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
[0022]
图1为发明所提供的外转子电机结构示意图；
[0023]
图2为本发明中转子的结构示意图；
[0024]
图3为本发明中转子铁心结构简图；
[0025]
图4为本发明中第一固定环结构简图；
[0026]
图5为本发明中第二固定环结构简图；
[0027]
图6为本发明中第一磁钢或第二磁钢的示意图；
[0028]
图7为本发明中第一固定环或第二固定环的部分结构示意图。
[0029]
其中：1、转子铁心；1-1、定位槽；1-2、定位孔；1-3、台阶面；1-4、第一法兰边；2、第一固定环；2-1、圆柱凸台；3、第一磁钢；4、第二磁钢；5、第二固定环；5-1、矩形凸台；6、螺栓；7、端板；8、第一轴承；9、固定轴；10、第二轴承；11、定子。
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的一部分实施例，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作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]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0032]
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0033]
结合图1、图2所示，一种磁钢斜极结构，在转子铁心1的内圆周面上设置有第一固定环2、以及第二固定环5；在所述第一固定环2和第二固定环5上分别设置有数量和形状相同的凹槽，所述第一固定环2和第二固定环5的凹槽相对设置，且在圆周方向错位设置；在第一固定环2的凹槽中设置有第一磁钢3；在第二固定环5的凹槽中设置有第二磁钢4；所述第一磁钢3和第二磁钢4形状相同；端板7与转子铁心1连接，并轴向压紧第二固定环5使第二磁钢4抵靠在第一磁钢3上。
[0034]
结合图6、图7所示，第一固定环2的凹槽两侧面与第一磁钢3两侧面相配合；第二固定环5的凹槽两侧面与第二磁钢4两侧面相配合；第一固定环2、第二固定环5的凹槽两侧面的夹角为α；第一磁钢3、第二磁钢4两侧面的夹角为β；其中α与β相等。转配后，凹槽两侧面的夹角与磁钢两侧面相配合，可以限制磁钢径向移动，端板7与转子铁心1连接，并轴向压紧第二固定环5使第二磁钢4抵靠在第一磁钢3上，通过此结构，可以限制磁钢轴向位置，因此，利用第一固定环2、第二固定环5安装第一磁钢3、第二磁钢4，使得磁钢的轴向和径向均可以得到固定。
[0035]
结合图2、图3所示，第一固定环2和第二固定环5的凹槽在圆周方向错位的角度θ满足：
[0036][0037]
其中lcm(z,2p)为槽数(z)和极数(2p)的最小公倍数。
[0038]
结合图3至图5所示，在转子铁心1的内圆周面上设置有台阶面1-3，在台阶面1-3上设置有定位孔1-2；在转子铁心1内腔口部位置设置有定位槽1-1；以转子铁心1端面所在平面作为投影平面，在该投影平面上，定位槽1-1与转子铁心1圆心的连线投影、与定位孔1-2与转子铁心1圆心的连线投影之间的夹角等于第一固定环2和第二固定环5的凹槽在圆周方向错位的角度θ；在第一固定环2的端面的上设置有圆柱凸台2-1；所述第一固定环2的端面抵靠在该台阶面1-3上，且圆柱凸台2-1插接在定位孔1-2内；在第二固定环5的外周面上设置有矩形凸台5-1；该矩形凸台5-1插接在定位槽1-1中，通过利用定位孔1-2与圆柱凸台2-1相配合可以限制第一定位环2的角向，通过矩形凸台5-1与定位槽1-1相配合，可以限制第二固定环5的角向，进而保证错位的角度θ。通过该结构涉及，便于加工第一定位环2与第二固定环5，即在加工时，两者的凹槽位置一致，圆柱凸台2-1与矩形凸台5-1在周向上的角度位置一致即可，最终错位的角度θ通过定位槽1-1与定位孔1-2的位置决定即可。
[0039]
在本实施例中，所述第一固定环2、第二固定环5均采用尼龙或其他非金属材料注塑成型。
[0040]
结合图6、图7所示，所述第一固定环2和第二固定环5的厚度s不大于第一磁钢3和第二磁钢4的厚度h。
[0041]
另一方面，本发明还提供一种外转子电机，包括上述磁钢斜极结构，还包括第一轴承8、固定轴9、第二轴承10、以及定子11；定子11设置在转子铁心1与端板7围成内腔中；定子11压装在固定轴9上，第一轴承8安装在板5上，第二轴承10安装在转子铁心1上，固定轴9穿设在第一轴承8、第二轴承10的内圈中。
[0042]
结合图1、图3所示，在所述转子铁心1内腔口部设置有第一法兰边1-4，在端板5上设置有第二法兰边7-1，第一法兰边1-4与第二法兰边7-1通过螺栓6紧固连接。
[0043]
在本实施例中，所述定子11与固定轴9为过盈配合连接。电机使用时，所述定子11与所述固定轴9固定不动。
[0044]
结合图1所示，该外转子电机的装配工艺为：将所述第一固定环2安装在所述转子铁心1上，然后将第一磁钢3按照n、s极间隔装配在所述第一固定环2的凹槽内；第二磁钢4通过工装均匀装配在所述转子铁心1内圆周面上，所述第二磁钢4按n、s极间隔对称分布，然后装配所述第二固定环5，使得第二磁钢4装入第二固定环5的凹槽中，之后撤掉工装；将所述第二轴承10装配在转子铁心1上，将定子11压装在固定轴9上，然后一起装入第二轴承10内孔中，以及将第一轴承8安装至固定轴9上；将端板7装在转子铁心1上并进行螺栓连接。
[0045]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。