外转子电机的永磁体嵌装结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种外转子电机的永磁体嵌装结构，包括筒状的转子壳体和若干永磁体，所述转子壳体内壁上设有若干轴向燕尾槽，所述若干永磁体的横截面采用与所述燕尾槽相配套的形状，并嵌装在所述燕尾槽内，所述燕尾槽和永磁体的横截面底边优选均呈圆弧形，所述永磁体横截面的顶边优选呈单圆弧形或由多个圆弧相互连接而成的曲线形，所述永磁体和燕尾槽之间可以采用过盈配合或具有相应固定强度的过渡配合，必要时还可以设置粘接层。本实用新型永磁体安装工艺简单，牢固性和可靠性好，加工成本低，有利于优化转子磁场，减小振动，降低噪音，减小热损耗并控制温升，特别适用于低速大扭矩外转子电动机及依据这种电动机的卷筒直驱的起重器起升机构等。
【专利说明】外转子电机的永磁体嵌装结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种外转子电机的永磁体嵌装结构，特别适应于低速大扭矩的外转子永磁同步电机。
【背景技术】
[0002]外转子电动机的外转子通常由筒状的转子壳体以及位于所述转子壳体内侧的永磁体组成，所述永磁体通过粘结或螺钉紧固的方式固定在转子壳体的内壁上，由此形成转子的励磁磁场，当需要电动机具有低速大扭矩输出时，往往需要增大永磁体的个数，以优化永磁体的分布，消除或减小脉动转矩，降低铜损和铁损，在此情况下，仅仅通过粘结进行永磁体的安装固定，粘结的牢固性差，可靠性低，不利于保证质量，而通过对永磁体进行螺钉紧固，不仅永磁体的安装作业量大，而且由于永磁体可加工性差，也在很大程度上提高了生产成本，降低了可靠性，难以保证质量。
实用新型内容
[0003]为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种外转子电机的永磁体嵌装结构，以简化永磁体的安装工艺，提高永磁体的牢固性和可靠性，并降低生产成本。
[0004]本实用新型所采用的技术方案:一种外转子电机的永磁体嵌装结构，包括筒状的转子壳体和若干永磁体，所述转子壳体内壁上设有若干轴向延伸的燕尾槽，所述若干永磁体采用其横截面与所述燕尾槽相配套的形状，并嵌装在所述燕尾槽内。
[0005]本实用新型的有益效果:由于永磁体的受力主要是周向受力，因此将永磁体嵌装到轴向延伸的燕尾槽内，可以实现在周向受力情况下永磁体的牢固和稳定，由此方便地实现了永磁体在转子壳体上的安装或者承载了永磁体的主要受力，再辅以粘结或轴向定位等简单的连接方式，就可以保证永磁体在转子壳体上牢固的连接，在简化加工和安装工艺的同时，有效地保证了安装的牢固性和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是本实用新型涉及永磁体嵌装结构示意图；
[0007]图2是本实用新型涉及永磁体嵌装结构的另一个实施例的示意图；
[0008]图3 (a)、3 (b)和3 (C)分别为本实用新型的永磁体横截面形状的三种实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0009]参见图1-3，本实用新型提供了一种外转子电机的永磁体嵌装结构，包括筒状的转子壳体I和若干永磁体2，所述转子壳体内壁上设有若干轴向(平行于定子主轴轴线的方向)延伸的燕尾槽，所述若干永磁体采用其横截面(垂直于定子主轴轴线方向上的截面)与所述燕尾槽相配套的形状，并嵌装在所述燕尾槽内，由此通过燕尾槽限制了永磁体在周向(沿圆周的方向)上的任意移动，承载了永磁体的主要受力，而永磁体与燕尾槽之间可以采用过盈配合或具有一定强度的过渡配合方式嵌装，由此实现永磁体在周向上的固定，或者采用任意适宜的现有技术实现永磁体在周向上的固定，例如，在永磁体通过间隙配合或过渡配合嵌装到燕尾槽上时，在永磁体与燕尾槽的全部或部分接触面上(例如燕尾槽的底面)设置粘接层(涂覆粘结剂)，由此也可以实现永磁体在周向上的固定。通常，所述各永磁体均采用相同的形状，例如等截面的瓦形六面体。
[0010]优选地，所述燕尾槽横截面的底边(径向上远离定子主轴的边)呈直线形或圆弧形，圆弧形的所述燕尾槽横截面底边的圆心位于电动机主轴的轴线上(在燕尾槽横截面所在平面上，电动机主轴的轴线表现为一个点，下同)，所述永磁体横截面的底边21 (径向上远离定子主轴的边)与所述燕尾槽横截面的底边形状相同，当采用上述圆弧形的底边时，使永磁体的底面(径向上远离定子主轴的面)形状与转子的形状要求吻合。而在无需相应精度时，则可以通过直线底边简化加工工艺。
[0011]优选地，所述永磁体横截面的顶边22 (径向上靠近定子主轴的边)呈直线形、单圆弧形或由多个圆弧相互连接而成的曲线形，通过这些曲线表面的优化设计，可以明显地改善气隙磁场波形，减小畸变率。
[0012]图3 (a) - (C)给出涉及永磁体横截面的顶边形状的几个实施例:
[0013]图3 (a)给出的实施例中:所述永磁体横截面的顶边呈单圆弧形，其圆心位于所述电动机主轴的轴线上，底边和顶边的半径分别为Rl和R2，形成在径向上等厚的永磁体，使各永磁体径向内、夕卜表面分别位于与所述转子壳体同轴的相应圆柱面上，并使永磁体在径向上的内表面与定子的外表面之间间距相等；
[0014]图3 (b)给出的实施例中:所述永磁体横截面的顶边呈单圆弧形，其半径与所述永磁体横截面的底边的半径相等，均为R1，其圆心位于所述永磁体横截面的底边中点与所述电动机主轴的轴线所确定的直线上，由此形成永磁体中央厚两侧薄的结构,有利于消除边缘谐波；
[0015]图3 (C)的实施例中，所述永磁体横截面的顶边可以采用图3 (a)实施例的形状，也可以采用图3 (b)实施例的形状，其特殊之处在于将图3 (a)实施例和图3 (b)实施例中永磁体横截面的顶边与永磁体横截面的周向侧边通过一个小的凹圆弧线(半径为R3)连接，而不是通常情况下的直接连接或者通过凸形圆角连接，由此可以更有效地减小边缘谐波。两边圆弧的设置起到了类似“削角”的效果，有利于进一步减小转矩脉动，优化磁场，明显地消除或减小高次谐波的作用力，为电机在低速/超低速、大扭矩下稳定工作提供基础保证。
[0016]所述永磁体的顶面可以超出所述燕尾槽，也可以与构成燕尾槽的实体的靠近定子主轴的表面平齐。
[0017]所述燕尾槽优选采用如下结构构成:所述转子壳体内壁上固定设有若干相互间隔的轴向延伸的楔形压条3，相邻两所述楔形压条与两楔形压条之间的所述转子壳体内壁围成一所述燕尾槽，所述楔形压条位于所述转子壳体内壁之外的部分的横截面呈梯形，越靠近所述转子壳体内壁的位置宽度越小，围成所述燕尾槽的所述楔形压条的相对侧面构成为所述燕尾槽的内壁。
[0018]所述楔形压条优选嵌设固定在所述转子壳体内壁上，其位于所述转子壳体内的部分的横截面优选呈梯形，越靠近所述转子壳体内壁的位置的宽度越小，即用于嵌设楔形压条的槽也为燕尾形，可使楔形压条的安装固定更为牢靠。
[0019]所述永磁体的顶面可高于所述楔形压条的顶面(径向上靠近定子主轴的面)，当然，可全部或部分地高于楔形压条的顶面，或者所述永磁体的顶面也可以与所述楔形压条的顶面平齐，二者间的上述关系既与二者的形状有关，又与径向的相应尺寸有关。
[0020]针对以上各种外转子电机的永磁体嵌装结构，还可以进一步采用以下任意一种技术手段或多种技术手段的组合:
[0021](I)优选地，所述同一燕尾槽内的永磁体数量为多个，所述各燕尾槽内的永磁体数量相等且在周向上对齐排列。由此可以根据需要选择永磁体的大小、形状以及在相应方向上多个永磁体的分布方式进行磁场优化。
[0022](2)优选地，所述永磁体与所述燕尾槽的内壁之间设有或者不设有粘结层。由此可以根据永磁体与燕尾槽之间的配合牢固程度，在必要时通过粘接层增强对永磁体的轴向固定作用并减小振动噪音。
[0023](3)优选地，所述永磁体与所述转子壳体之间通过螺钉紧固或者不设紧固螺钉。当设有螺钉紧固时，可以在永磁体的顶面设置通孔，将螺钉穿过该通孔紧固在构成燕尾槽底面的转子壳体内壁上。由此可以根据永磁体的安装强度要求进行选择，通过螺钉紧固的方式进一步牢固对永磁体的安装。
[0024](4)优选地，所述燕尾槽的两端均设有对永磁体的挡块，所述挡块固定安装在所述转子壳体内壁上。由此可以避免永磁体在轴向上的移动，与燕尾槽的周向固定作用相结合，可靠地实现对永磁体在各个方向上的固定。所述挡块可以采用任意适应的形状，可以是每一个燕尾槽端部设有一个独立的挡块，也可以将各燕尾槽在同一端的挡块设置成一个环形，将该环形挡在所述燕尾槽该端的永磁体外侧，以简化结构和方便安装。
[0025](5)优选地，所述永磁体的周向侧面的倾斜角度Θ为5-35度，采用这种永磁体结构，可以大幅度减小磁场畸变，根据 申请人:的实验，相对于现有技术下的常规设计，采用上述永磁体结构并结合其他优化设计，气隙磁场波形的畸变率可降低50%—80%,使气隙磁场波形畸变率控制在15%或10%以下，反电动势波形的畸变率控制在10%或8%以下，由此大幅度提高了电机的运行平稳性、降低了噪音、减小了转矩脉动且有助于增加转矩输出，特别适用于卷筒直驱(以外转子作为卷筒)的起重机起升机构及其他类似场合。
[0026](6)优选地，所述永磁体的长度(轴向长度)在30-95_之间，所述永磁体的厚度(当永磁体为不等厚结构时，指最大厚度)在8-18mm之间，由此在保证机械强度和磁场强度的前提下，可以明显地减小高次谐波的影响。
[0027]本实用新型所称瓦形六面体是指其主体部分呈类似于瓦的柱体，包括两个径向的表面、两个周向的表面和两个轴向的表面，其中径向的两个表面和周向的两个表面相互间隔两两连接形成柱体的侧面，轴向的两个表面构成该柱体的顶和底，呈近似扇形。柱体的任一棱边既可以是平面相交、曲面相交、平面和曲面相交形成的棱边，也可以是平滑过渡的曲面或其他任意适宜的结构。
[0028]所称永磁体的周向侧面的倾斜角度是指以永磁体横截面的底边两端点与电动机主轴的轴线的连线为度量基准，永磁体横截面的周向侧边与相应侧的上述连线的夹角。
【权利要求】
1.一种外转子电机的永磁体嵌装结构，其特征在于包括筒状的转子壳体和若干永磁体，所述转子壳体内壁上设有若干轴向延伸的燕尾槽，所述若干永磁体采用其横截面与所述燕尾槽相配套的形状，并嵌装在所述燕尾槽内。
2.如权利要求1所述的外转子电机的永磁体嵌装结构，其特征在于所述燕尾槽横截面的底边呈直线形或圆弧形，圆弧形的所述燕尾槽横截面底边的圆心位于电动机主轴的轴线上，所述永磁体横截面的底边与所述燕尾槽横截面的底边形状相同，所述永磁体横截面的顶边呈直线形、单圆弧形或由多个圆弧相互连接而成的曲线形，单圆弧形的所述永磁体横截面顶边的圆心位于永磁体横截面的底边中点与所述电动机主轴的轴线所在直线上。
3.如权利要求2所述的外转子电机的永磁体嵌装结构，其特征在于所述转子壳体内壁上固定设有若干相互间隔的轴向延伸的楔形压条，相邻两所述楔形压条与两楔形压条之间的所述转子壳体内壁围成一所述燕尾槽，所述楔形压条位于所述转子壳体内壁之外的部分的横截面呈梯形，越靠近所述转子壳体内壁的位置宽度越小。
4.如权利要求3所述的外转子电机的永磁体嵌装结构，其特征在于所述楔形压条嵌设固定在所述转子壳体内壁上，其位于所述转子壳体内的部分的横截面呈梯形，越靠近所述转子壳体内壁的位置的宽度越小。
5.如权利要求4所述的外转子电机的永磁体嵌装结构，其特征在于所述永磁体的顶面高于所述楔形压条的顶面，或者与所述楔形压条的顶面平齐。
6.如权利要求5所述的外转子电机的永磁体嵌装结构，其特征在于所述永磁体与所述燕尾槽的内壁之间设有或者不设有粘结层，所述同一燕尾槽内的永磁体数量为多个，所述各燕尾槽内的永磁体数量相等且在周向上对齐排列，所述永磁体与所述转子壳体之间通过螺钉紧固或者不设紧固螺钉。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的外转子电机的永磁体嵌装结构，其特征在于所述燕尾槽的两端均设有对永磁体的挡块，所述挡块固定安装在所述转子壳体内壁上。
8.如权利要求7所述的外转子电机的永磁体嵌装结构,其特征在于所述同一燕尾槽内的相邻永磁体之间留有间距或者不留有间距，所述同一燕尾槽内的相邻永磁体之间的间距内设有隔离块，所述隔离块嵌装在所述燕尾槽内和/或固定连接在所述转子壳体的内壁上。
9.如权利要求5所述的外转子电机的永磁体嵌装结构,其特征在于所述永磁体的周向侧面的倾斜角度为5-35度。
10.如权利要求9所述的外转子电机的永磁体嵌装结构，其特征在于所述永磁体的长度在30-95mm之间,所述永磁体的厚度在8_18mm之间。
【文档编号】H02K1/27GK204089387SQ201420473887
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】屈吉华, 陈环宇, 刘亮 申请人:江西工埠机械有限责任公司