一种直驱永磁电机的制作方法

本发明属于电机制造技术领域，具体涉及一种径向表贴式内转子直驱永磁电机，主要应用于矿山输送机械。

背景技术：

矿山机械如刮板输送机、带式输送机、提升机、球磨机等均是低速大转矩传动系统，目前该系统普遍采用由大功率异步电动机、减速器和液力偶合器等组成。由于减速器和液力偶合器的存在以及驱动电机经常出现大马拉小车现象，使得传动系统效率低、功耗大、启动不平稳、重载启动困难、维护工作量大等缺点,且设备维护繁琐。另外,采用多级传动系统,导致整个系统的重量大,转矩和功率密度小。

由于异步电动机自身的设计特点，很难做成多极，要实现低速且要保持足够大的输出转矩，即便采用变频供电，也使得电机体积很大，浪费严重且整体系统效率低。

永磁同步电机与异步电动机相比，存在效率和功率因数高（尤其在低速下），且在很宽的负载率范围内都能保持良好的工作特性，特别是永磁电机可以很容易设计成多极结构，自身实现低速大转矩，取消减速器直接驱动设备机械，不仅大大简化了系统的结构，提高了可靠性和系统效率，而且具有结构紧凑、体积小、维护简单、节能环保的优势。

所以采用多极直驱永磁电机在低速大转矩等矿机械方面的应用将成为一种趋势，是机械传动行业的一次技术革命。

目前多极直驱永磁电机较多的应用在风力发电场合，申请专利（CN201010236311.X）涉及风电用内转子磁钢的固定,方案主要为固定螺钉、厌氧胶、绝缘压条和高密度玻璃纤维布和环氧树脂胶层环绕密封整个转子外表面的复合固定方式。在电动驱动领域也有部分文献提出了应用案例，申请专利（CN1651325A，CN201010291564.7）涉及的为外转子结构。

无论从文献还是申请专利看，由于定子槽数受限制以及为降低绕组端部尺寸，提高效率，低速直驱永磁电机内转子结构一般都采用分数槽结构，为简化嵌线和线圈制造，一般采用集中分数槽结构。在小功率低压散绕组应用较为普遍，通常一种观点认为永磁同步电机转子和定子同步旋转，常忽略转子中的损耗，尤其忽略转子磁钢的损耗，但是在大转矩成型绕组中，实际情况是由于集中分数槽齿槽效应，绕组谐波磁势和谐波电流的相互影响，尤其是低次谐波影响将会在转子上引起涡流损耗，且存在定子槽内绕组上下层和左右层损耗不均的现象，虽然转子涡流损耗相比铜耗和铁耗小，但是不采取措施，即便如此小的损耗也可能引起很高的温升，从而引起永磁体局部退磁，使电机性能下降甚至损坏，同样定子槽内导体损耗不均也会导致局部发热严重。

同时，径向表贴式内转子磁钢的固定方式，无论是像上述专利所说采用固定螺钉、厌氧胶、绝缘压条和高密度玻璃纤维布和环氧树脂胶层环绕密封整个转子外表面的复合固定方式还是外套套筒方式，前者不利于转子散热，后者本身产生热量，增加转子散热负担，都存在一定的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于根据现有技术的不足，设计一种径向表贴式内转子直驱永磁电机，本发明的定子绕组发热均匀，磁钢固定简单可靠，无须绑扎玻璃纤维或外套套筒，转子铁芯和磁钢发热小，提高了磁钢的可靠性和安全性，同时，电机转矩脉动和振动小，可以直接采用直槽结构而非斜槽或斜极，进一步简化了电机工艺，降低了电机成本，提高了产品市场竞争力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种直驱永磁电机，包括定子和转子，所述的定子包括水套机座和固定在水套机座上的定子铁芯，所述的定子铁芯的表面上按规律设置有多个环形开口槽，所述的开口槽内设置有定子绕组；所述的转子包括带支架的转子本体和转子风扇；所述的转子本体包括转轴和设置在转轴上的转子铁芯，所述的转子铁芯由多个扇形转子冲片交错叠压而成，所述的扇形转子冲片外圆周上设置有多个带锥度槽，所述的带锥度槽内设置有截面为带锥度T形的磁钢。

所述的一种直驱永磁电机，其扇形转子冲片外圆周上还设置有多个U形通孔。

所述的一种直驱永磁电机，其U形通孔设置在相邻的两个带锥度槽之间。

所述的一种直驱永磁电机，其扇形转子冲片上按规律设置有多个圆形通孔，所述的转子铁芯两端设置有转子齿压板，其中一端转子齿压板的外侧设置有转子压板，所述的转子齿压板和转子压板的相应位置均设置有通孔，所述的圆形通孔和通孔内设置有拉紧螺杆。

所述的一种直驱永磁电机，其带锥度槽和磁钢的锥度角均为5—10°。

所述的一种直驱永磁电机，其开口槽为96个，所述的带锥度槽为80个。

所述的一种直驱永磁电机，其开口槽槽口高度为5mm—12mm。

所述的一种直驱永磁电机，其扇形转子冲片为硅钢片。

本发明的有益效果是：本发明的定子绕组发热均匀，磁钢固定简单可靠，无须绑扎玻璃纤维或外套套筒，转子本体和磁钢发热小，提高了磁钢的可靠性和安全性，同时，电机转矩脉动和振动小，可以直接采用直槽结构而非斜槽或斜极，进一步简化了电机工艺，降低了电机成本，提高了产品市场竞争力。

本发明通过优化选取的分数槽极槽配合和开口槽槽口高度，一方面可有效削弱谐波磁动势大小，减小电机电磁激振力、降低电机振动和电磁噪音，另一方面可减少槽内导体发热不均程度；带锥度T型磁钢的独特设计，不仅起到了固定磁钢防止转子旋转时逃逸的作用，而且减少了漏磁对电机转矩的影响，节省铁芯长，使电机更加紧凑，减少了定子铜耗和发热；带锥度槽和U形通孔直接由扇形硅钢片冲制而成，经交错叠压后形成转子磁路和轭部，带锥度槽用于磁钢安装，U形通孔的独特设计同时起到隔磁和通风冷却转子的双重效果。

附图说明

图1是本发明的剖面图；

图2是本发明磁钢的结构示意图；

图3是本发明扇形转子冲片的结构示意图；

图4是本发明磁钢与扇形转子冲片装配后的转子铁芯示意图；

图5是本发明转子的立体图。

各附图标记为：1—定子，1.1—水套机座, 1.2—定子铁芯, 1.3—定子绕组，2—转子, 2.1—转子本体，2.1.1—磁钢，2.1.2—转子压板，2.1.3—转子铁芯, 2.1.4—转子齿压板, 2.1.5—拉紧螺杆，2.1.6—转轴, 2.1.3.1—带锥度槽，2.1.3.2—U形通孔，2.2—转子风扇。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

参照图1所示，本发明公开了一种低速大转矩直驱永磁电机，包括定子1和转子2，所述的定子1包括水套机座1.1和固定在水套机座1.1上的定子铁芯1.2，所述的定子铁芯1.2的表面上按规律设置有多个环形开口槽，所述的开口槽内设置有定子绕组1.3；所述的转子2包括带支架的转子本体2.1和转子风扇2.2；所述的转子本体2.1包括转轴2.1.6和设置在转轴2.1.6上的转子铁芯2.1.3，所述的转子铁芯2.1.3由多个扇形转子冲片交错叠压而成，所述的扇形转子冲片外圆周上按规律设置有多个截面为锥形的带锥度槽2.1.3.1，所述的带锥度槽2.1.3.1内设置有与其相匹配的截面为带锥度T形的磁钢2.1.1。

本电机带锥度T形磁钢的独特设计，不仅起到了固定磁钢无须绑扎玻璃纤维或外套套筒防止转子旋转逃逸的作用，而且减少了漏磁对电机转矩的影响，节省铁芯长，使电机更加紧凑，减少了定子铜耗和发热。

实施例2

与实施例1的不同之处在于，所述的扇形转子冲片外圆周上按规律还设置有多个U形通孔2.1.3.2，所述的U形通孔2.1.3.2设置在相邻的两个带锥度槽2.1.3.1之间。

带锥度槽2.1.3.1和U形通孔2.1.3.2直接由扇形硅钢片冲制而成，经交错叠压后形成转子磁路和轭部，带锥度槽2.1.3.1用于磁钢安装，所述的U形通孔2.1.3.2 U形的宽度和开孔深度一方面取决于隔磁作用下允许的漏磁对转矩的损失大小，另一方面取决于转子2通风路设计需要，“U”形通孔的独特设计同时起到隔磁和通风冷却转子的双重效果。

实施例3

与实施例1的不同之处在于，所述的扇形转子冲片上按规律设置有多个圆形通孔，所述的转子铁芯2.1.3两端设置有转子齿压板2.1.4，其中一端的转子齿压板2.1.4的外侧设置有转子压板2.1.2，所述的转子齿压板2.1.4和转子压板2.1.2的相应位置均设置有通孔，所述的圆形通孔和通孔内设置有拉紧螺杆2.1.5。转子铁芯2.1.3由扇形转子冲片叠压时以工装胎具在外圆定位，通过拉紧螺杆2.1.5与转子齿压板2.1.4和转子压板2.1.2拉紧固定为一个整体。

本发明的低速直驱电机定子绕组发热均匀，转子磁钢固定简单可靠，无须绑扎玻璃纤维或外套套筒，转子和磁钢发热小，提高了磁钢的可靠性和安全性，同时，电机转矩脉动和振动小，可以直接采用直槽结构而非斜槽或斜极，进一步简化了电机工艺，降低了电机成本，提高了产品市场竞争力。

实施例4

如图2所示，与实施例1的不同之处在于，所述的带锥度槽2.1.3.1和磁钢2.1.1的锥度角α均为5—10°，磁钢2.1.1上双边过同心圆，所述的磁钢2.1.1与带锥度槽2.1.3.1为间隙配合，如图3所示，所述的磁钢2.1.1沿转子铁芯2.1.3的轴向多块拼接安装在带锥度槽2.1.3.1内，保证转子2外圆圆周方向N极、S极、N极、S极……循环。

本发明的原理其中为：通过力波和谐波磁动势分析，经过优化选取的集中分数槽极槽配合和开口槽槽口高度，一方面，由于Z/p组合的最小公约数LCM较大，可有效削弱谐波磁动势和齿槽转矩大小，减小电机电磁激振力、降低电机振动和电磁噪音，另一方面，由于通过有限元法优选的开口槽槽口高度，可减低磁钢2.1.1对导体涡流影响，减少槽内导体发热不均程度。

实施例5

如图2所示，与实施例1的不同之处在于，所述的开口槽为96个，所述的带锥度槽2.1.3.1为80个，所述的开口槽槽口高度为5mm—12mm，所述的扇形转子冲片为硅钢片。

本发明通过优化选取的分数槽极槽配合选取，需要通过力波分析和谐波磁动势进行分析，同时考虑到Z/p组合的最小公约数LCM较大，以降低齿槽转矩，减少电机振动和噪声，优选为定子1为96槽，转子2为80极，所以所述的开口槽为96个，所述的带锥度槽2.1.3.1为80个，而所述的开口槽槽口高度为5mm—12mm，当转矩大定子1内径大时开口槽槽口高度取大值。

如图4所示，以工装胎具外圆定位，带锥度槽2.1.3.1和U形通孔2.1.3.2的扇形转子冲片通过交错叠压，压装到指定的尺寸后，通过拉紧螺杆2.1.5和两端转子齿压板2.1.4拉紧固定为一个整体，形成转子铁芯2.1.3，通过加热到一定温度膨胀后，将转轴2.1.6吊装入转子铁芯中,待铁芯冷却后，将过渡块与转轴2.1.6幅筋通过焊接牢固,然后将带锥度T型磁钢2.1.1轴向分块后安装于如图3所示的带锥度槽2.1.3.1中。

如图5所示，等所有磁钢2.1.1安装完毕后，将转子压板2.1.2通过拉紧螺杆2.1.5的螺母压紧锁死磁钢2.1.1，形成带支架的转子本体2.1，然后整体在一定的温度下（注意控制温度）进行VIP浸漆，烘干，最后安装转子风扇2.2。

带锥度T型磁钢2.1.1和带锥度槽2.1.3.1及U形通孔2.1.3.2的扇形转子冲片的独特设计，不仅解决了固定磁钢2.1.1无须绑扎玻璃纤维或外套套筒防止转子2旋转逃逸的作用，而且减少了漏磁对电机转矩的影响，节省铁芯长，使电机更加紧凑，减少了定子1的铜耗和发热；磁钢2.1.1的分块安装和转子轭部由扇形硅钢片冲制而成，进一步减少了转子2的发热；U形通孔2.1.3.2的独特设计同时起到隔磁和通风冷却转子2的双重效果。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。