一种新型永磁电机转子的研制.pdf

2013年4月 第41卷第8期 机床与液压 MACHINE T0OL HYDRAULICS Apr 2013 V0l 41 No 8 DOI 10 3969 j issn 1001 3881 2013 08 006 一种新型永磁电机转子的研制 张弛 石建玲 魏泽鼎 河北科技大学机械电子工程学院 河北石家庄050018 摘要 介绍了一种新型的永磁电机转子结构 在转子的外圆表面加工有纵向错齿分布的燕尾槽 转子外的磁钢分段插 入燕尾槽中 末端用挡圈固定 该结构磁钢安装固定方便 避免了磁钢脱落事故的发生 磁钢的分段错齿分布也有效地提 高了电机运转的平稳性 同时降低了电机的振动和噪声 关键词 永磁电机 转子 燕尾槽 中图分类号 TM351 文献标识码 A 文章编号 1001 3881 2013 8 016 2 Development of a New Type of Permanent Magnet Motor Rotor ZHANG Chi SHI Jianling WEI Zeding College of Mechatronics Engineering Hebei University of Science and Technology Shijiazhuang Hebei 050018 China Abstract A new type of rotor structure of permanent magnet motor was introduced The dovetail groove in the external circular surface of the rotor was machined and the dovetail groove was staggered in distribution The alnico magnets were inse ed into the dovetail groove piecewise outside the rotor and the end was fixed with a retaining ring Convenient installation and fixing were made by this structure of magnets and the accident of the magnets falling o was avoided The operation stability of the motor is effectively im proved by the pieeewise staggered distribution of magnets and the vibration and noise of the motor are reduced Keywords Permanent magnet motor Rotor Dovetail groove 永磁电机采用永磁体生成电机的磁场 无需励磁 线圈也无需励磁电流 具有效率高 节约能源 可靠 性高 微小型化 寿命长以及成本低的特点 随着 高能永磁体的发展 永磁电机目前已得到广泛应 用 但是永磁电机也存在一些问题 影响它的进一 步发展和应用 主要有以下两个方面 1 转子磁钢的固定问题 传统的制作工艺是 使用各种粘结剂将磁钢粘在转子铁芯上 随着粘结 剂的老化 在离心力的作用下磁钢容易脱落 一旦 卡住转子将使电机无法运行 目前企业多采用螺钉 固定的方式 加工时在转子铁芯上攻丝 在磁钢上 钻孔 但是由于磁钢材料很硬 一般钻头无法钻 动 加工困难 而且磁钢的强度会有所降低 还有 企业在磁钢外圆套上不导磁安装套 如铝 塑料 不锈钢等 这些措施加大了定转子间的气隙 降低 了气隙磁密度 要想保持性能不变 必须增加磁钢 厚度或增加绕组匝数 造成了材料的浪费 成本的 增加 2 永磁电机输出转矩的波动问题 由于定子 铁芯内圆有齿槽存在 转子磁极又是由高性能永磁材 料制成 当磁极对准齿槽时 吸力最大 相错时 吸 力变小 因此定子的齿槽与转子的永磁体相互作用会 产生 齿槽转矩 此转矩跟随空间位置的变化做周 期性变化 它将使永磁电动机的运行发生振动和噪 声 导致转矩纹波 并通过传动轴把脉动转矩传递给 负载 影响系统的控制精确度 因此 需要专门为永磁电机研制了一种新型的转 子结构 从而能够有效地解决这两个问题 1 转子设计 永磁电机的转子 可制成内转子或外转子 外转 子结构的磁极为长方形薄片 粘在外壳的内壁上 电 枢铁芯装在轴上 通电后 外转子旋转 此结构多用 于电动自行车 其应用范围较窄 内转子结构是将磁 钢 永久磁铁 放在转子铁芯上 应用较为广泛 但是内转子结构的电机在旋转时 磁钢会受到较大的 离心力 一但磁钢脱落 会造成电机停转 绕组短路 等情况 如果保护电路失灵 将烧毁电机的绕组 因 此磁钢的固定问题就成为了转子结构设计中的关键问 题 所研制的转子结构如图1所示 收稿日期 2012 02 28 作者简介 张弛 1974一 男 硕士 副教授 主要从事机电一体化方面的教学和研究工作 E mail 385737845 qq con 第8期 张弛等 一种新型永磁电机转子的研制 17 l一电机轴2一轴用弹性卡圈卜键4一挡圈5一磁钢6一铁芯冲片a 7一铁芯冲片b 8一锁紧螺母 图1转子结构示意图 在电机轴i上开有通键槽 并用键3径向定位转 子铁芯冲片6和7 转子铁芯冲片6和7的形状如图 2所示 冲片外缘开有相同尺寸的燕尾槽 而中心孔 的键槽角度则不同 将它们叠放在电机轴i上时便出 现了如图i所示纵向错齿分布的燕尾槽结构 将相同 结构及尺寸的磁钢5从分段燕尾槽的外端分别插入 并在两端用挡圈4 轴用弹性挡圈2和锁紧螺母8轴 向固定 a 转子铁芯冲片6 b 转子铁芯冲片7 图2转子铁芯冲片形状示意图 磁钢的形状如图3 a 所示 为长条形 其截面 如图3 b 所示 下宽上窄 可靠地保证了在电机轴 高速旋转时磁钢不会被甩出 a 磁钢形状 b 磁钢截面 图3磁钢形状示意图 2性能改善 图4 a 为传统的整根磁钢转子的齿槽转矩曲线 图 其跟随空间位置的变化做周期性变化 振幅较大 时会影响电机的输出性能 图4 b 为文中所研制的 分段磁钢转子的齿槽转矩曲线图 对比图 a 和图 b 中曲线3 可以明显地看出 电机的齿槽转矩的 幅值有了很明显的减小 电机的输出性能得到了很大 的改善 a 传统磁钢转子 b 分段磁钢转子 图4齿槽转矩对比示意图 3结束语 根据永磁电机的特点 设计了一种新型电机转 子 可以有效地提高电机运行的可靠性和高速性能 降低电机的振动和噪声 具有很高的推广价值 参考文献 I 唐任远 现代永磁电机理论与设计 M 北京 机械工业 出版社 1997 2 谭茆娃 金如麟 永磁同步电动机的应用与研究 J 世 界仪表与自动化 2006 12 15 17 3 莫会成 永磁交流伺服电动机转矩波动分析 J 微电 机 2007 40 3 1 4 4 黄苏融 新概念永磁电机技术及其应用开发 c 2005 第四届中国电机发展论坛专题报告集 2005 61 64 美小行星探测设备通过关键测试 美国航天局4月15日说 一种用于探测和跟踪 小行星的红外传感器已通过关键性设计指标测试 这 t种探测器将用于美国准备实施的捕捉和登陆小行星计 划 美国航天局喷气推进实验室当天发表声明说 这 个设备被称为 近地天体摄像机 它是计划中用来 协助捕获小行星的太空望远镜核心部件 此次测试主 要评估了在模拟太空深处的温度和压力环境下该设备 的工作性能 与光学望远镜相比 这种红外传感器在探测 研 究小行星时能力更强 这是因为小行星不发光 只反 毫射光 但如果仅观测反射光 有时一颗发光小天体看 上去就像一颗暗淡的大天体 所以光学望远镜的观测 数据可能有误导性 5 这份声明指出 当你用红外设备观测一颗小行 t星时 你观测的是它散发的热量 这将有助于我们更 好地确定其大小及成分 美国航天局最近提出了一项小行星捕捉和登陆计 划 主要内容是捕获一颗小行星 将其带入靠近月球 t运行的绕月轨道 并最终将宇航员送上该小行星 来源 中国科技网 州 I目 II1x r rI t 0 r rt r