[发明专利]分段式永磁同步电机转子结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种径向式永磁同步电机的转子结构，尤其涉及一种用于高速铁路列车永磁牵引电机的永磁体内置分段式永磁同步电机转子。

背景技术

电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。为了在电机内部建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场，可以有两种方法。一种是在电机绕组内通以电流来产生磁场，例如普通的直流电机和电机。这种电励磁的电机既需要有专门的绕组和相应的装置，又需要不断提供给能量以维持电流流动；另一种是由永磁体产生磁场。由于永磁材料的固有特性，它经过预先磁化（充磁）以后，不再需要外加能量就能在其周围空间建立磁场，即所谓的永磁电机。

永磁电机与传统励磁电机相比具有结构简单、损耗小、功率因数高、效率高、功率密度高、起动力矩大、温升低、轻量化等显著特点。随着稀土永磁材料（特别是钕铁硼永磁材料）磁性能的不断提高和完善以及价格的逐步降低，永磁电机研究开发逐步成熟，使永磁电机在国防、工农业生产和日常生活等方面获得了越来越广泛的应用。

永磁电机是依靠安装在转子上的永久磁铁产生磁场的电机，其定子结构与普通同/异步电机基本相同，即由硅钢片叠压构成的定子铁心和嵌在定子铁心槽内的定子线圈组成，并通以三相交流电从而在定子线圈内产生旋转磁场。永磁电机转子主要由转子铁心和永磁体构成，这是永磁电机与其他类型电机的主要区别，转子磁路结构是永磁电机的关键技术所在。转子采用的磁路结构不同，则电动机的运行性能、控制策略、制造工艺和使用场合也不同。

按照永磁体在永磁电机转子上安装位置的不同，永磁电机的转子磁路一般可分为表面式、内置式和爪极式等三种。表面式转子磁路结构简单、制造成本低，但转子表面无法安装启动绕组，因而此类永磁电机无异步启动能力，且转子的机械强度较差，永磁体在高转速下容易发生碎断故障。内置式永磁电机转子的永磁体位于转子内部，按永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，内置式转子磁路结构又可分为径向式、切向式和混合式三种。与表面式转子相比，内置式永磁电机转子可对力学性能相对较低的永磁体进行保护，并可根据永磁电机性能的需要显著增大永磁体的尺寸，因而在是永磁电机转子目前广泛采用的一种结构。

目前，常用的分段式永磁电机转子多采用转子导条来加固转子，但仍存在机械强度低、可靠性差、转子表面涡流损耗严重和内部漏磁显著等问题，因而阻碍了大功率、高转速、大回转直径永磁电机的开发，进而限制了将永磁电机作为牵引电机在高速列车上的应用。

中国专利申请201010513307.3号披露了一种大功率永磁电机转子，采用永磁体内嵌式结构，转子由沿轴向的至少两个转子单元构成，每个转子单元相邻两极永磁体之间的铁心上开设有沿转子轴向的隔磁凹槽，相邻的转子单元之间设有不导磁材料制成的隔板，转子单元两端设有端板，至少两个转子单元通过轴向定位拉紧螺栓进行固定。

这种永磁电机转子存在以下缺点：1、转子极靴受到的离心力由端板、隔板和定位拉紧螺栓共同承担，也就是说固定转子单元的定位拉紧螺栓需要承受弯矩，当转子高速旋转时，离心力很大，容易造成定位拉紧螺栓被离心力折弯，也就是说，该转子不适用于高速旋转的电机。2、虽然在铁心开设有隔磁凹槽，但是相邻的永磁体之间的铁心仍然存在连接部分，相邻两极的永磁体磁场容易通过永磁体之间的铁心部分直接连通造成漏磁，也就是说，该结构无法避免漏磁且漏磁严重。3、隔板设置于相邻的两个转子单元之间，隔板的厚度占用了转子沿轴向的有效长度；当转子采用的转子单元的数目较多且转子隔板较厚时，转子的有效长度将急剧减小，从而影响转子的电磁性能。

发明内容

为克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种机械强度高，适用于高速旋转电机的分段式永磁同步电机转子结构。

分段式永磁同步电机转子结构，包括转轴，固定于转轴的转子铁心，套置于转子铁心外的永磁体，位于永磁体外用于合理分布磁场并对永磁体起到保护作用的转子极靴，和分别位于转子铁心两端的前端板和后端板；

其特征在于：两个端板之间设有多个由非导磁材料制成的转子隔板，转子极靴之间相互独立，转子极靴与转子隔板在轴向间隔分布，转子隔板将转子沿轴向分隔为多个转子单元，每个转子单元中转子极靴的两个端面分别与相邻的转子隔板的端面贴紧，每个转子单元中转子极靴对应于永磁体；转子隔板上设有允许永磁体贯穿的通孔，前端板、转子极靴、转子隔板和后端板贯穿有极靴拉紧螺栓，极靴拉紧螺栓沿轴向锁紧左后端板和左后端板之间的转子极靴与转子隔板；

转子隔板的通孔的拐角处采用弧线过渡以降低拐角处的应力集中，永磁体和转子隔板上的永磁体通孔之间有间隙。