CN102624174A

CN102624174A - 盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘结构及其连接方法

Info

Publication number: CN102624174A
Application number: CN2011100310324A
Authority: CN
Inventors: 肖耀军
Original assignee: SHENZHEN FEINENG POWER CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN FEINENG POWER CO Ltd
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2012-08-01

Abstract

一种盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘结构及其连接方法，该转子盘包括：第一转子盘和第二转子盘，在第一转子盘面对第二转子盘一侧设置一沿轴向伸出的与第一转子盘同心的第一连接圆环，在第二转子盘面对第一转子盘的一侧设置一沿轴向伸出的与第二转子盘同心的第二连接圆环，第一连接圆环与第二连接圆环的内径、外径和高度均相等，且在第一连接圆环和第二连接圆环的对接面上分别设置有多道凹槽以形成多个齿牙，第一连接圆环的齿牙插入第二连接圆环的凹槽内使二者相互啮合，在第一连接圆环和第二连接圆环对接后的外径上套设一与第一、第二连接圆环过盈配合的活动圆环。该转子盘方便装配和维修，高速旋转时，两转子盘同轴度好，稳定性高。

Description

盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘结构及其连接方法

技术领域

本发明涉及盘式永磁电机或盘式飞轮电池领域，尤其与盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘结构和连接方法有关。

背景技术

高速电机的电流频率很高，若有定子铁芯结构，则铁磁损耗将会很大，效率明显下降。而双转子单定子结构的盘式永磁电机，是两个转子盘中间夹一个定子盘，其优点是定子无铁芯，在高速情况下没有铁磁损耗，效率很高。此种高速盘式永磁电机，若将转子盘的厚度和重量增加，就得到一种盘式飞轮电池（飞轮储能系统），可以储存较多的动能在转子盘上，当需要时，可以通过盘式电机，将电能转化为动能，储存在两个转子盘上，或者将两个转子盘上的动能转化电能，释放出来。由于高速的转子盘上存在着很大的离心力，所以转子盘上的应力也很大（中心处应力最大）。若在转子盘中心开孔，然后用一根轴将两个转子盘连接起来，则中心处会产生应力集中，有可能超过材料的极限强度，导致转子盘破坏，解体。

为此，两个转子盘之间的连接通常采用以下两个办法。

1、通过过盈配合的小圆环套接。

参阅图1，在两个转子盘1a、2a的中部分别以向着彼此的方向伸出一个小圆环11a、21a，小圆环11a、21a的圆心与转子盘1a、2a的圆心重合，高度与两个转子盘1a、2a之间的间距相当，其中一个圆环21a的内径略小于另一个圆环11a的外径，然后将两个圆环11a、21a相对，压紧，形成过盈配合，并以此保证同轴度。

此种连接方式的问题是必须要有比较大的过盈量。因为在高速旋转的情况下，转子盘1a、2a承受着很大的应力，导致它们沿径向方向膨胀，从而带动小圆环11a、21a往外膨胀，且由于膨胀量的不断叠加，使得半径越大的地方（离圆心越远的地方），膨胀量也越大，所以外面的小圆环21a的膨胀量也大于里面的小圆环11a的膨胀量。如果过盈量不够大，就会导致内、外小圆环11a、21a松脱，从而使两个转子盘1a、2a很难保证同轴度和稳定性，情况严重时会酿成重大事故。

2、通过花键连接。

参阅图2，在两个转子盘1b、2b的连接处设置花键11b，然后通过花键11b来进行连接，并利用两个转子盘1b、2b上的永磁铁的吸力来压紧花键11b。

此种连接方式的问题是花键的加工非常复杂，而且转子盘上的花键本身也会随着转子盘一起膨胀，导致花键的配合面出现间隙，从而影响两个转子盘的同轴度和稳定性。

鉴于此，有必要对现有技术中的转子盘的连接结构进行改进，以提高两转子盘的同轴度和稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘结构及其连接方法，该转子盘同轴度好，稳定性高。

为解决上述技术问题，本发明提供一种盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘结构，包括：第一转子盘和第二转子盘，在第一转子盘面对第二转子盘一侧设置一沿轴向伸出的与第一转子盘同心的第一连接圆环，在第二转子盘面对第一转子盘的一侧设置一沿轴向伸出的与第二转子盘同心的第二连接圆环，所述第一连接圆环与所述第二连接圆环的内径、外径和高度均相等，且在第一连接圆环和第二连接圆环的对接面上分别设置有多道凹槽以形成多个齿牙，所述第一连接圆环的齿牙插入所述第二连接圆环的凹槽内使二者相互啮合，形成一个完整的圆环，在第一连接圆环和第二连接圆环对接后的外面套设一与第一、第二连接圆环过盈配合的活动圆环。

进一步地，所述第一、第二连接圆环上的凹槽深度至少大于第一、第二连接圆环高度的一半。

进一步地，在所述第一转子盘和所述第二转子盘远离彼此的外表面分别设置一转轴，两转轴轴心在同一直线上，且两转轴的轴心与第一、第二转子盘的轴心重合。

进一步地，所述第一连接圆环的材质与所述第二连接圆环的材质相同。

进一步地，所述活动圆环的材质的密度小于第一、第二连接圆环的材质密度。

进一步地，所述活动圆环的材质的弹性模量小于第一、第二连接圆环的材质的弹性模量。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘的连接方法，其包括如下步骤：步骤一：设置一第一转子盘和一第二转子盘；步骤二：在第一转子盘面对第二转子盘一侧设置一沿轴向伸出的与第一转子盘同心的第一连接圆环，在第二转子盘面对第一转子盘的一侧设置一沿轴向伸出的与第二转子盘同心的第二连接圆环，使得第一连接圆环与所述第二连接圆环的内径、外径和高度均相等，在第一连接圆环和第二连接圆环的对接面上分别设置多道凹槽以形成多个齿牙；步骤三：将第一连接圆环的齿牙插入第二连接圆环的凹槽内以使二者相互啮合，形成完整的圆环；步骤四：设置一活动圆环，使活动圆环套设在啮合后的第一连接圆环和第二连接圆环的外面。

本发明的有益技术效果在于：本发明的转子盘结构简单，方便装配和维修；此外，转子盘工作时，由于转子盘上所受的应力很大，带动两圆环往外膨胀，而两个转子盘上的圆环的外径相等，故膨胀率相等，但由于活动圆环的半径和质量都比转子盘小，质量小，所受的离心力较小，应力也较小，所以膨胀量较小，这样就从外面把两个转子盘上的圆环紧紧箍住，形成很大的过盈量，从而有效保证了两个转子盘的同轴度和稳定性。

附图说明

图1为现有技术中的一种转子盘连接结构的示意图。

图2为现有技术中的另一种转子盘连接结构的示意图。

图3为本发明转子盘连接结构的轴向剖视示意图。

图4为本发明转子盘连接结构的径向剖视示意图。

具体实施方式

参阅图3、图4，本发明的盘式永磁电机包括：两相对间隔设置的一第一转子盘1和一第二转子盘2，在第一转子盘1和第二转子盘2远离彼此的一端分别设置一转轴5，两转轴5的轴心在同一直线上，且两转轴5的轴心与第一、第二转子盘1、2的圆心重合。在第一转子盘1和第二转子盘2之间的间隔中设置定子3。在第一转子盘1面对第二转子盘2一侧设置一向外伸出的与第一转子盘1同心的第一连接圆环11，第二转子盘2面对第一转子盘1的一侧设置一向外伸出的与第二转子盘2同心的第二连接圆环21，该第一转子盘1和第二转子盘2通过第一、第二连接圆环11、21来实现二者的连接。该第一连接圆环11与第二连接圆环21的内、外径和高度均相等，且在第一连接圆环11和第二连接圆环21的对接面上分别设置有多道凹槽以形成多个齿牙111、211，第一连接圆环11的齿牙111插入第二连接圆环21的凹槽内以使二者相互啮合。为了保证第一、第二连接圆环11、21啮合的强度，优选使第一、第二连接圆环11、21上的凹槽深度至少大于第一、第二连接圆环11、21高度的一半。在第一连接圆环11和第二连接圆环21对接后的外径上套设一与第一、第二连接圆环11、12过盈配合的活动圆环4，活动圆环4的内径略小于第一、第二连接圆环11、12的外径，且活动圆环4的高度与第一、第二连接圆环11、21的高度相等。

装配时，将活动圆环4先套在其中一个转子盘1或2的连接圆环11或21上，然后将第一、第二转子盘1、2上的连接圆环11、21相对，使二者啮合装配，靠第一、第二转子盘1、2上的永磁铁的吸力合紧以后，这两个加工出齿牙111、211的连接圆环11、21组合成一个完整的圆环，并被活动圆环4以微小的过盈量箍住，从而保证了第一、第二转子盘1、2的同轴度和稳定性。

工作时，由于第一、第二转子盘1、2上所受的应力很大，所以其带动第一、第二连接圆环11、12往外膨胀，由于第一连接圆环11与第二连接圆环12的外径相等，故膨胀率相等，但由于活动圆环4的半径小，质量小，所受的离心力较小，应力也较小，所以膨胀量较小，这样就从外面把两个转子盘上的连接圆环11、12紧紧箍住，形成很大的过盈量，从而保证两个转子盘的同轴度和稳定性。

在具体实施时，先选择第一、第二转子盘1、2的材料，使第一、第二连接圆环11、21的材料与其对应的转子盘相同，使活动圆环4材质的密度更轻（从而应力更小），模量更大（因而膨胀更小），这样就使得活动圆环4的膨胀率比两连接圆环11、12的膨胀率小很多，在高速旋转时它们之间配合起来的过盈量更大。需要说明的是，此处关于材质的选择只是一种优选的实施方案，在实际使用时并不以此为限。

此外，本发明还提供一种盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘的连接方法，其包括如下步骤：步骤一：设置第一转子盘和第二转子盘；步骤二：在第一转子盘面对第二转子盘一侧设置一沿轴向伸出的与第一转子盘同心的第一连接圆环，在第二转子盘面对第一转子盘的一侧设置一沿轴向伸出的与第二转子盘同心的第二连接圆环，使得第一连接圆环与所述第二连接圆环的内径、外径和高度均相等，在第一连接圆环和第二连接圆环的对接面上分别设置多道凹槽以形成多个齿牙；步骤三：将第一连接圆环的齿牙插入第二连接圆环的凹槽内以使二者相互啮合，形成完整的圆环；步骤四：设置一活动圆环，使活动圆环套设在啮合后的第一连接圆环和第二连接圆环的外面。

综上所述，本发明通过在两个转子盘的对接处各设置一内、外径都相等的圆环，两圆环通过齿牙互相啮合以实现周向连接定位，然后在两圆环的外面套设一独立于转子盘的活动圆环以实现径向定位，工作时，由于转子盘上所受的应力很大，带动两圆环往外膨胀，两个转子盘上的圆环的外径相等，故膨胀率相等，但由于活动圆环的半径小，质量小，所受的离心力较小，应力也较小，所以膨胀量较小，这样就从外面把两个转子盘上的圆环紧紧箍住，形成很大的过盈量，从而进一步保证了两个转子盘的同轴度和稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘结构，其特征在于，包括：第一转子盘和第二转子盘，在第一转子盘面对第二转子盘一侧设置一沿轴向伸出的与第一转子盘同心的第一连接圆环，在第二转子盘面对第一转子盘的一侧设置一沿轴向伸出的与第二转子盘同心的第二连接圆环，所述第一连接圆环与所述第二连接圆环的内径、外径和高度均相等，且在第一连接圆环和第二连接圆环的对接面上分别设置有多道凹槽以形成多个齿牙，所述第一连接圆环的齿牙插入所述第二连接圆环的凹槽内使二者相互啮合，形成一个完整的圆环，在第一连接圆环和第二连接圆环对接后的外面套设一与第一、第二连接圆环过盈配合的活动圆环。

2.如权利要求1所述的盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘结构，其特征在于，所述第一、第二连接圆环上的凹槽深度至少大于第一、第二连接圆环高度的一半。

3.如权利要求1所述的盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘结构，其特征在于，在所述第一转子盘和所述第二转子盘远离彼此的外表面分别设置一转轴，两转轴轴心在同一直线上，且两转轴的轴心与第一、第二转子盘的轴心重合。

4.如权利要求1所述的盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘结构，其特征在于，所述第一连接圆环的材质与所述第二连接圆环的材质相同。

5.如权利要求4所述的盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘结构，其特征在于，所述活动圆环的材质的密度小于第一、第二连接圆环的材质密度。

6.如权利要求4所述的盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘结构，其特征在于，所述活动圆环的材质的弹性模量小于第一、第二连接圆环的材质的弹性模量。

7.一种盘式永磁电机或盘式飞轮电池的转子盘的连接方法，其特征在于，其包括如下步骤：

步骤一：设置一第一转子盘和一第二转子盘；

步骤二：在第一转子盘面对第二转子盘一侧设置一沿轴向伸出的与第一转子盘同心的第一连接圆环，在第二转子盘面对第一转子盘的一侧设置一沿轴向伸出的与第二转子盘同心的第二连接圆环，使第一连接圆环与所述第二连接圆环的内径、外径和高度均相等，在第一连接圆环和第二连接圆环的对接面上分别设置多道凹槽以形成多个齿牙；

步骤三：将第一连接圆环的齿牙插入第二连接圆环的凹槽内以使二者相互啮合，形成完整的圆环；

步骤四：设置一活动圆环，使活动圆环套设在啮合后的第一连接圆环和第二连接圆环的外面。