高安全性防漏磁电机转子的制作方法

本发明涉及电机制造领域，尤其涉及一种安全性高并且能有效防止漏磁的电机转子。

背景技术：

在交流电网上，人们还广泛使用交流异步电动机来拖动工作机械。交流异步电动机具有结构简单、工作可靠、寿命长、成本低、保养维护简便等优点。但是，与同步电动机相比，其旋转磁场的产生需从电网吸取无功功率，故效率低，功率因数低，尤其在轻载时，这大大增加了线路和电网的损耗。长期以来，在不要求调速的场合，例如风机、水泵、普通机床的驱动中，异步电动机仍然占有主导地位，无形中损失了大量电能，永磁同步电动机的诞生，克服了以上电动机的缺点，三相永磁同步电动机与三相异步感应电动机的定子部分一致，其主要区别是在转子部分，其转子采用实心结构，用永磁体替代电激磁磁极，简化了结构，消除了转子的滑环、电刷，实现了无刷结构，缩小了转子体积；省去了激磁直流电源，消除了激磁损耗。但由于永磁同步电动机转子漏磁系数大的问题不可避免的引起电机的杂散损耗大引起电机发热，加剧了电机的温升，容易使转子体内的永磁体产生不可逆高温失磁，同时由于永磁同步电动机转子漏磁系数大，降低了永磁材料利用率。另一方面，由于永磁同步电动机特有的隔磁结构使得机械强度及刚度较差，转子扇形实心磁极铁心容易因离心力脱落造成电机运行事故，使得电机运行的安全可靠性大大降低，造成电机损坏。

技术实现要素：

本发明为解决现有永磁同步电动机转子总成漏磁系数大，引起电机的杂散损耗大使得电机发热、永磁材料利用率低，以及转子扇形实心磁极铁心容易因离心力脱落造成电机运行事故的问题，提供一种在转子磁极铁心两侧采用非导磁材料铰制孔螺栓连接非导磁材料转子端板隔磁的结构。本发明结构包括转子铁芯、转轴、转子端板、铰制孔螺栓、压感垫片、绕组；所述绕组缠绕于所述转子铁芯上；所述转子铁芯固定于所述转轴上，其包括若干扇形实心磁极铁芯，所述转子端板、铰制孔螺栓均采用非导磁材料，所述扇形实心磁极铁芯两端有若干铰制孔；所述转子端板嵌有两个所述压感垫片，两个所述压感垫片相对于所述转子端板中心的轴孔呈中心对称，且每个压感垫片对应一个扇形实心磁极铁芯；所述转子端板上有若干螺孔区，其中每个螺孔区对应一个扇形实心磁极铁芯，用所述铰制孔螺栓将所述转子端板固定于所述扇形实心磁极铁芯两端的铰制孔内；所述压感垫片中装有压力传感装置。

较佳的，所述螺孔区的螺孔有三层，每层螺孔位于同一圆弧上，从近轴孔到远轴孔的数量分别为1、3、4，共8个，其中嵌有压感垫片的转子端板的螺孔区第二排中间的螺孔所对应的扇形实心磁极铁芯的铰制孔内，近所述轴孔的光滑侧壁上凿有燕尾形凹槽，所述燕尾形凹槽内装有压力感应片。

较佳的，所述压力感应片为压电感应材料片、液压传感器的膜片两者的任一一种；其分别对应的压力传感装置为压电传感器、液压传感器。

较佳的，所述压力感应片为压电感应材料片，所述压力传感装置为压电传感器，带燕尾形凹槽的铰制孔对应的铰制孔螺栓的螺帽下表面有镀铜，所述压电传感器到该铰制孔螺栓间存在回路。

较佳的，所述压力传感装置的电源为内置锂电池或闭合线圈。

较佳的，所述非导磁材料为铜、铝或不锈钢。

较佳的，还包括过压自动断电装置，所述过压自动断电装置包括外部接收装置、控制装置、继电器；所述外部接收装置可接收所述压力传感装置发出的压力信号，在接收的压力信号超过在所述控制装置上预设的额定值时，由控制装置控制所述继电器切断电机供电，以保护电机安全运行。

较佳的，确定如权利要求7所述额定值的方法，包括以下步骤：

S1.制造与所述铰制孔孔径大小一致的半圆形模具并且其壁上有与所述燕尾形沟槽形状大小一致的沟槽；

S2.在步骤S1中的模具中的沟槽内固定压力感应片，并将压力感应片与压力传感装置连接，并将压力传感装置外接所述外部接收装置；

S3.用液压机向所述步骤S1中的半圆形模具的内壁加压，所述液压机的压模仅与所述压力感应片完全接触，当液压机施加的压强等于所述铰制孔螺栓的许用剪应力时停止加压，并记录下所述外部接收装置显示的压力值即所述额定值；所述压强是通过液压机施加的压力及液压机的压模与燕尾形沟槽的挤压面积计算得到的。

原理及效果 ：非导磁材料的转子端板及非导磁材料铰制孔螺栓完全将永磁钢封闭在转子体内，非导磁材料的磁导率基本上相同与真空的磁导率，使得转子体两端的漏磁非常小，永磁钢向外磁路提供的主磁通绝大部分匝链电枢绕组，永磁钢的利用率得到了提高，取得了很好的隔磁效果。同时，根据转子扇形实心磁极铁心在电机同步运转时离心力的大小，通过强度计算设计转子端板厚度和铰制孔螺栓直径，使得整个转子形成一体，提高了永磁电机转子总成的强度和刚度，避免了转子扇形实心磁极铁心容易因离心力脱落造成电机运行事故，并且在铰制孔侧壁开有燕尾形沟槽，并将压力感应装置固定其中，并向压感垫片中的压力传感装置发出信号，使得整个系统能实时监测实心磁极上铰制孔螺栓受剪切力的情况，并在其受剪切力达到预设额定值时，由过压自动断电装置自动关断电源，提高了电机运行的安全可靠性，避免造成电机损坏。

附图说明

图1为本发明第一视角示意图。

图2为本发明转子端板结构示意图。

图3为本发明带有燕尾形的铰制孔的横截面示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1、图2、图3所示，本发明结构包括转子铁芯13、转轴11、转子端板12、铰制孔螺栓14、压感垫片23、绕组；所述绕组缠绕于所述转子铁芯13上；所述转子铁芯13固定于所述转轴11上，其包括4块扇形实心磁极铁芯，所述转子端板11、铰制孔螺栓14均采用非导磁材料，所述扇形实心磁极铁芯两端有若干铰制孔15；所述转子端板12嵌有两个所述压感垫片23，两个所述压感垫片23相对于所述转子端板12中心的轴孔呈中心对称，且每个压感垫23片对应一个扇形实心磁极铁芯；所述转子端板12上有若干螺孔区，其中每个螺孔区对应一个扇形实心磁极铁芯，用所述铰制孔螺栓14将所述转子端板12固定于所述扇形实心磁极铁芯两端的铰制孔15内；所述压感垫片23中装有压力传感装置22。

更为具体的，所述螺孔区的螺孔有三层，每层螺孔位于同一圆弧上，从近轴孔到远轴孔的数量分别为1、3、4，共8个，其中嵌有压感垫片23的转子端板12的螺孔区第二排中间的螺孔21所对应的扇形实心磁极铁芯的铰制孔32内，近所述轴孔的光滑侧壁上凿有燕尾形凹槽31，所述燕尾形凹槽31内装有压力感应片，这里的压力感应片还应该包括硬质填充物，以便使压力感应片紧贴铰制孔32内壁，使测力更精确。

更为具体的，所述压力感应片为压电感应材料片，所述压力传感装置为压电传感器，带燕尾形凹槽31的铰制孔32对应的铰制孔螺栓的螺帽下表面有镀铜，所述压电传感器22到该铰制孔螺栓间存在回路24。

更为具体的，所述压力传感装置的电源为内置锂电池或闭合线圈。

更为具体的，所述非导磁材料为铜、铝或不锈钢。

更为具体的，还包括过压自动断电装置，所述过压自动断电装置包括外部接收装置、控制装置、继电器；所述外部接收装置可接收所述压力传感装置发出的压力信号，在接收的压力信号超过在所述控制装置上预设的额定值时，由控制装置控制所述继电器切断电机供电，以保护电机安全运行。

实施例二

本发明用于三相永磁同步电动机，额定功率500kw,额定电压6000v，额定电流51.6A, 频率50HZ，转速1000转/分。转子扇形实心磁极铁心外径Φ500mm，转子扇形实心磁极铁心内径（隔磁套外径）Φ280mm，铁心长度590mm。

转子端板采用非导磁材料不锈钢，厚度15mm，铰制孔螺栓采用非导磁材料不锈钢，螺纹部分M24，铰制孔光滑部分Φ25mm。

转子铁芯两端端板及铰制孔螺栓：

（1）、材料为304不锈钢，端板厚度15mm，铰制孔螺栓光滑部分Φ25mm，数量8个。304不锈钢材料许用应力[σ]=137.6MP,许用剪应力[τ]=85MP，许用压应力[σy]=150MP。

（2）、校核计算：

a.每极铁芯重心位置：

RZ = 38.2（R3-r3）sinα/（R2-r2）α= 191.15mm

式中：RZ-------每极转子扇形磁极铁心重心位置；

R--------每极转子扇形磁极铁心外圆半径；

r--------每极转子扇形磁极铁心内圆（套筒）半径；

α-------扇形圆心半角。

b.每极铁芯离心力：

F = Mｖ2/RZ = 0.00112M RZ nN2 = 22032.3㎏ = 216060.3N

式中：F--------每极转子扇形磁极铁心离心力；

M--------每极转子扇形磁极铁心重量；

ｖ-------重心位置线速度；

nN--------电机（转子）转速

c.校核铰制孔螺栓剪切强度：

τ= F/8A = F/8（πr2L）= 55MP ≤[τ]

式中：τ--------铰制孔螺栓剪切强度；

[τ]-----材料的许用剪应力；

A--------铰制孔螺栓剪切面积；

rL--------铰制孔螺栓光滑部分半径。

d. 校核铰制孔螺栓和端板挤压强度：

σ = F/8A1 = F/8（dt） = 72 MP ≤[σy]

式中：σ--------铰制孔螺栓和端板挤压强度；

[σy]-----材料的许用压应力；

A1--------铰制孔螺栓和端板挤压面积；

d---------铰制孔螺栓直径；

t---------转子端板厚度。

通过以上计算看出，采用15mm厚度转子端板和8个铰制孔螺栓连接，完全满足转子工作时扇形磁极铁心离心力的要求。

实施例三

确定实施例一中预设的额定值的方法，包括以下步骤：

S1.制造与所述铰制孔32孔径大小一致的半圆形模具并且其壁上有与所述燕尾形沟槽31形状大小一致的沟槽；

S2.在步骤S1中的模具中的沟槽内固定压力感应片，并将压力感应片与压力传感装置22连接，并将压力传感装置22外接外部接收装置；

S3.用液压机向步骤S1所述半圆形模具的内壁加压，所述液压机的压模仅与所述压力感应片完全接触，当液压机施加的压强等于所述铰制孔螺栓14的许用剪应力时停止加压，并记录下所述外部接收装置显示的压力值即所述额定值；所述压强是通过液压机施加的压力及液压机的压模与燕尾形沟槽31的挤压面积计算得到的。

以上仅为本发明较佳的实施例，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明说明书内容所作的等效变化与装饰，皆应属于本发明覆盖的范围内。