永磁电机表贴式磁钢固定工艺分析

摘 要：本文对目前永磁电机的转子表贴式磁钢的常用的几种固定工艺进行介绍，并逐一分析各个固定工艺的优缺点，将几种固定工艺进行比较，为表贴式永磁电机的磁钢固定工艺的改进以及选择提供理论基础。

关键词：永磁电机；转子；磁钢；固定

中图分类号：TM351 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2017）06-0096-02

Fixing Technology of Surface-mount Magnet for Permanent-magnet Motor

Zhang Ting Zhang Xiaoyan Zhang Hang

（Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office，SIPO，Henan，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： This paper introduced several commonly magnets fixing processes of rotor of the permanent-magnet motor， in which the magnets are disposed on the peripheral surface of rotor core， and analyzed the advantages and disadvantages of each fixing process one by one， then compared several fixing processes. It provides the theoretical basis for the improvement and selection of the magnets fixing process for the permanent-magnet motor.

Keywords： permanent-magnet motor；rotor；magnet；fixing

永磁电机具有高效节能、重量轻、体积小、结构简单、输出扭矩大、运行平稳等诸多优点，在国防、航空航天、工农业以及日常生活等领域都得到了广泛应用。按照永磁体安装方式，可以将永磁电机分为表贴式和内嵌式两种类型。表贴式永磁电机的转子磁路的永磁体，通常采用瓦片状磁钢结构，提供径向磁通[1]。表贴式永磁电机的瓦片状磁钢的固定方法应用较多的是无纬带绑扎固定、粘结剂粘结固定、转子磁钢套套接固定以及槽楔卡接固定等。本文将针对几种常见的表贴式永磁电机的转子磁瓦的固定方法，进行概括总结和优缺点对比分析，为表贴式永磁电机的磁钢固定工艺的改进以及选择提供理论基础。

1 常见固定工艺介绍

1.1 螺钉固定

螺釘固定方法是直接在转子铁芯外圆上开设加工螺孔，在磁钢上开设加工通孔，采用螺钉穿过磁钢上的通孔，并锁到转子铁芯上的螺孔内，从而实现磁钢的径向以及周向的固定。螺钉固定方法最简单；缺点是螺孔的加工偏差以及螺钉和磁钢上的通孔的间隙配合，会使得磁钢在周向上的排布上存在不均匀的情况，从而使电机的振动和转矩波动变大。

1.2 无纬带绑扎固定

无纬带绑扎固定是根据无纬带的绑扎张力，将其以一定的速度缠绕在磁钢外表面，绑扎过程中需要边绑扎、边涂抹常温的环氧树脂，绑扎过程可以采用手工绑扎或是利用机械进行自动绑扎，绑扎结束后需要锁紧尾端以防止张力损失[2]。无纬带绑扎固定方法为加工方法简单、可靠性高、磁钢不易飞脱；缺点是缠绕的丝带会出现由发热造成的膨胀现象，容易发生扫膛现象，并且安装过程复杂，批量生产效率低。作为变形，无纬带可以采用不锈钢带或是非磁性不锈钢丝来替代，从而提高磁钢固定的可靠性和稳固性，并且有利于散热。

1.3 粘结剂粘结固定

粘结剂粘结固定是最常见的固定方法之一，对于转子磁钢的粘贴来说，粘结工艺的重点在于以下几个方面。首先，粘结剂的选择。考虑到电机温升，粘结剂的工作范围一般在40～200℃，为确保粘结的牢固性，需要关注粘结剂在200℃时的抗剪强度。其次，磁钢表面清洁度。磁钢表面清洁度是否达标直接影响磁钢的粘结是否牢靠。最后，粘结剂的使用量以及烘烤、保温时间。粘结剂粘结固定方法工艺简单、可批量自动化加工、效率高；缺点是需要等待，牢固程度检测难度大，粘结剂粘附力有限。粘结剂粘结固定通常与其他固定工艺结合使用，仅采用粘结剂粘结固定的电机转子适用于中低速电机。

1.4 转子磁钢套套接固定

转子磁钢套套接固定，主要是利用圆筒状的包覆体结构连接至转子以包覆磁钢，通常磁钢套采用金属非磁性材料制成，可以最小化电机中的电损耗，并且采用导热性良好的金属材料，还能提高转子结构的散热性能[3]。这种安装方法能够增加转子组件的机械强度，允许电机高速运转；缺点是由于包覆体围绕磁钢的整个外周面连接，因此磁钢外径和包覆体内径之间必须存在尺寸差，并且磁钢套加工难度大、费用高，为了安装磁钢套需要增大电机的气隙长度，降低永磁电机性能，导致电机体积浪费。作为变形，转子磁钢套套接固定可以采用固定箍来替代磁钢套，仅在转子两端设置两个固定箍来实现固定，并且通过在磁钢上开设凹槽来容纳固定箍，来达到减小气隙长度和提高电机性能的目的。

1.5 极间压条固定

极间压条固定方式是在电机转子铁芯的外表面开设多个槽口，并且制造多个与槽口配合的具有压条结构的槽楔；安装时，先将每片磁钢贴装在转子铁芯的外周表面上，再将多个槽楔依次插入槽口中，槽楔与槽口过盈配合或通过螺钉将槽楔固定在槽口中，并使槽楔的压条结构压紧磁钢外表面。采用该方法进行安装时，为了配合槽楔的压条结构，保证压装效果，通常需要适当调整磁钢的结构，使磁钢能够与槽楔的压条紧密压合。该安装方法的优点为安装简单快捷、制造难度低、对电机气隙影响小；缺点是存在压条或螺钉先于磁钢飞出的可能，在电机高度旋转或者频繁启动电机中使用受限。作为变形，极间压条固定也可以不采用槽口与槽楔配合的方式，而仅采用压条结构来压紧磁钢，压条设置两个轴向端部结构，利用螺钉固定在转子铁芯上。

1.6 转子端板固定

转子端板固定是将左右两个端板结构安装在转子轴向两端，利用转子端板实现磁钢在轴向两端的限位，防止磁钢脱落。转子端板的固定常采用螺栓固定，在转子铁芯以及端板上开孔，将长螺栓依次穿过端板和铁芯，实现转子端板在转子铁芯轴向两端的固定。作为改进，转子端板固定可以将转子铁芯设计成中空的环形结构，直接利用长螺杆贯穿左右两个端板，来实现固定安装，以避免对转子铁芯打孔，并且将端板的与磁钢接触的部分设计为倒角结构，进一步提高磁钢固定效果，而磁钢周向的固定是利用转子铁芯沿周向间隔设置的卡槽和位于卡槽内的卡条实现。采用转子端板固定方式的优点为不需要粘结剂粘贴，能够防止磁钢翘起，组装速度快，安装可靠；缺点是端板加工复杂，通用性差。

2 常见固定工艺对比

从上述介绍中可以看出，以上6种不同的磁钢固定工艺各有优缺点，其侧重点以及应用的场合并不相同，通过对比可以进一步明确各种固定工艺的适用场合，在应用时可以根据不同的应用需求进行合理选择。具体如表1所示。

随着永磁電机性能要求的逐渐提高，磁钢固定工艺也必须不断改进和完善，在现有的几种常见的固定工艺的基础上，通过适当变形有针对性地改善不足，例如，采用不锈钢带来替代无纬带，提高机械强度，改善散热；在电机转子两端采用固定箍来代替磁钢套，节省材料，提高安装便捷性。除此之外，将多种固定工艺组合在一起使用，能够充分发挥各自的优势，取得更好的固定效果，例如，将粘结剂粘结固定工艺与磁钢套套接固定工艺相结合，先利用粘结剂将磁钢粘接在转子铁芯上，再在外侧安装磁钢套；或者将转子端板固定与极间压条固定相结合，实现轴向和周向的双重固定。

3 结语

表贴式永磁电机的磁钢固定工艺目前发展相对较成熟。本文对各固定工艺方法分别进行梳理介绍，为今后改进磁钢固定工艺提供基础，为不同应用场合的电机制造工艺提供选择。

参考文献：

[1]王秀和.永磁电机[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]郑耀斌.电机转子用无纬带绑扎的可靠性分析[J].大电机技术，1989（3）：20-24.

[3]刘平宙，张汉允，方丹.磁钢固定工艺对永磁同步电机输出转矩的影响[J].电机技术，2012（7）：11-20.