[发明专利]一种应用于高速永磁电机的新型转子

说明书

本发明公开了一种应用于高速永磁电机的新型转子。本发明是将部分圆形转轴变为多边形转轴，利用多边形的顶角嵌入主永磁体中而将永磁体进行周向固定，一方面增加永磁体与转轴之间的吸附力，可以增强永磁体的径向固定以抵抗高转速下的离心力；另一方面改善气隙磁场波形，降低损耗。此外还可将隔磁铜环修改为一个近似的杯型结构，在实现隔磁和动平衡功能的同时，同时实现永磁体轴向和径向固定。同时可以去掉常用的转子护套固定装置，从而简化系统结构。而护套的取消也减小了等效气隙长度，在同样的电机尺寸参数下，可以获得更大的电磁转矩，从而增大了电机的功率密度。本发明解决了转子永磁体固定问题，提高了永磁体的利用效率，提升了电机的运行可靠性，有利于高速永磁电机的轻量化，也有助于电机运行速度的提高改善电机性能。

技术领域

本发明涉及电机领域，特别是涉及一种应用于高速永磁电机的新型转子。

背景技术

随着机器人行业的蓬勃发展，其在工业生产、家庭服务等领域的应用也越来越广泛。而作为机器人动力来源装置的伺服电机，是影响机器人工作性能的关键因素。因此高速永磁电机是未来电机的一个重要发展方向。

对高速永磁电机设计上的优化，其目的在于提高电机功率重量比密度、提高电机动静态性能，转子结构的优化设计是其中的重要组成部分。高速永磁电机转子往往运行在每分钟几万甚至几十万转以上，在转轴外固定的磁钢片承受巨大的向心力，长时间高负荷的运作，会使磁钢片向外剥离，甚至脱落。

对于内置式永磁电机而言，永磁体嵌入在转子铁芯中，能够很好的被保护，一般不用再采取额外的措施。而对于表贴式永磁同步电机而言，永磁体粘结在转子铁芯表面，需要附加固定结构保证永磁体能够承受较大的拉应力，通常采取的措施是外加高强度保护套，同时护套与转轴之间采用过盈配合，以便护套对永磁体施加的静态预压力来抵消高速旋转离心力产生的拉应力，从而让永磁体能够在高速旋转情况下仍能承受一定的拉应力。目前，表贴式转子结构固定磁钢普遍采用碳纤维套或不锈钢套，但二者受当今工艺影响，加工困难，成本较高。而且在电机运行时不锈钢外套上也存在涡流损耗，碳纤维的导热性能不好，不利于永磁体的散热。同时二者的成型外径和高度也会受到约束。基于以上几种原因，有必要发明一种全新的永磁电机转子结构，以解决现有永磁电机运行可靠性较低、气隙磁密较低、功率密度较低、结构强度较低、损耗大的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种应用于高速永磁电机的新型转子，以解决现有永磁电机运行可靠性较低、气隙磁密较低、功率密度较低、结构强度较低、损耗大的问题。

本发明所采用的技术方案是：将部分圆形转轴变为多边形转轴，利用多边形的各个顶角嵌入永磁体中而将永磁体进行周向固定。一方面增加永磁体与转轴之间的吸附力，可以增强永磁体的径向固定以抵抗高转速下的离心力。另一方面改善气隙磁场波形，降低损耗。此外还可将隔磁铜环修改为一个近似的杯型结构，隔磁固定壁紧扣在永磁体轴向的两端，在实现隔磁和动平衡功能的同时，同时实现永磁体轴向和径向固定。同时可以去掉常用的转子护套固定装置，从而简化系统结构。

所述的结构采用横向聚磁结构和表贴式转子的组合，通过两个主永磁体之间的横向聚磁永磁体进行聚磁，可以大幅度削弱转子铁芯的厚度乃至完全取消转子铁芯部分，从而缩小了转子的尺寸，最终实现电机尺寸的缩小。

所述的装配永磁体的那部分轴或轴套的形状为多边形，根据旋转变压器和轴承等其他零件的位置和尺寸的不同，将轴分为多段不同尺寸圆柱或多边形的组合形状。

作为对本发明的进一步限定，对于磁极偏心的永磁体结构，永磁体的外圆弧圆心偏离转轴的中心，而内圆弧的圆心通常保持不动，则外圆弧和内圆弧不再同心。即经过磁极优化后，瓦形永磁体形状变成了向外凸起的不规则扇形。利用不规则扇形的高度差以及相邻两个永磁体之间的空隙部分用以放置改良后带有卡扣结构的隔磁铜环，从而实现永磁体的轴向固定。这也是本发明所公开的永磁体固定结构的最佳使用场景。