一种新型永磁电机转子的研制

2013-03-20张弛石建玲魏泽鼎

机床与液压 2013年8期

张弛，石建玲，魏泽鼎

(河北科技大学机械电子工程学院，河北石家庄050018)

永磁电机采用永磁体生成电机的磁场，无需励磁线圈也无需励磁电流，具有效率高、节约能源、可靠性高、微小型化、寿命长以及成本低的特点[1]，随着高能永磁体的发展，永磁电机目前已得到广泛应用[2]。但是永磁电机也存在一些问题，影响它的进一步发展和应用，主要有以下两个方面:

(1)转子磁钢的固定问题。传统的制作工艺是使用各种粘结剂将磁钢粘在转子铁芯上，随着粘结剂的老化，在离心力的作用下磁钢容易脱落，一旦卡住转子将使电机无法运行。目前企业多采用螺钉固定的方式，加工时在转子铁芯上攻丝，在磁钢上钻孔，但是由于磁钢材料很硬，一般钻头无法钻动，加工困难，而且磁钢的强度会有所降低。还有企业在磁钢外圆套上不导磁安装套，如铝、塑料、不锈钢等，这些措施加大了定转子间的气隙，降低了气隙磁密度，要想保持性能不变，必须增加磁钢厚度或增加绕组匝数，造成了材料的浪费，成本的增加。

(2)永磁电机输出转矩的波动问题。由于定子铁芯内圆有齿槽存在，转子磁极又是由高性能永磁材料制成，当磁极对准齿槽时，吸力最大，相错时，吸力变小，因此定子的齿槽与转子的永磁体相互作用会产生“齿槽转矩”，此转矩跟随空间位置的变化做周期性变化，它将使永磁电动机的运行发生振动和噪声，导致转矩纹波，并通过传动轴把脉动转矩传递给负载，影响系统的控制精确度[3]。

因此，需要专门为永磁电机研制了一种新型的转子结构，从而能够有效地解决这两个问题。

1 转子设计

永磁电机的转子，可制成内转子或外转子。外转子结构的磁极为长方形薄片，粘在外壳的内壁上，电枢铁芯装在轴上，通电后，外转子旋转，此结构多用于电动自行车，其应用范围较窄。内转子结构是将磁钢(永久磁铁)放在转子铁芯上，应用较为广泛[4]。但是内转子结构的电机在旋转时，磁钢会受到较大的离心力，一但磁钢脱落，会造成电机停转、绕组短路等情况。如果保护电路失灵，将烧毁电机的绕组。因此磁钢的固定问题就成为了转子结构设计中的关键问题。

所研制的转子结构如图1所示。

图1 转子结构示意图

在电机轴1 上开有通键槽，并用键3 径向定位转子铁芯冲片6 和7。转子铁芯冲片6 和7的形状如图2所示，冲片外缘开有相同尺寸的燕尾槽，而中心孔的键槽角度则不同，将它们叠放在电机轴1 上时便出现了如图1所示纵向错齿分布的燕尾槽结构。将相同结构及尺寸的磁钢5 从分段燕尾槽的外端分别插入，并在两端用挡圈4、轴用弹性挡圈2 和锁紧螺母8轴向固定。