CN104734382B - 具有永久磁体的转子组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种永久磁体转子组件，包括：具有外表面的圆筒形轴(1)、构成环形段部的多个永久磁体(22)、以及围绕所述多个永久磁体(22)的外保持圆筒形套筒(23)。所述组件还包括安装在所述圆筒形轴(1)上用于支撑所述多个永久磁体(22)的圆筒形磁体壳体(21)。所述圆筒形磁体壳体(21)由磁性材料形成。所述保持圆筒形套筒(23)通过由下式限定的所得干涉配合IF2被预加载：其中，ΦY是所述多个永久磁体(22)的外径，ΦX是所述圆筒形磁体壳体(21)的内径，且IF1是所述圆筒形轴(1)的外径和所述圆筒形磁体壳体(21)的所述内径之间的主干涉配合。

Description

具有永久磁体的转子组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有永久磁体的转子组件及其制造方法。
背景技术
用于高速永磁电动机和发电机的永久磁体转子组件例如公开在文献US5563463、US7872553B2、US2005/0093391A1、US2005/0099079A1和US2009/0261678A1中。
关于具有永久磁体的高速转子，有必要将磁体保持粘附至轴，以便通过磁体传递来自电动机的转矩。对于常规粘合胶水来说，离心力在高速下变得太高。
因此，已经提出了使用一种围绕芯和磁体被拉伸以将磁体保持就位的套筒或薄壁保持壳。
原则上为了将磁体保持连接至带有套筒的转子，需要施加相当于离心力的预载，限度由套筒的机械阻力和施加预载的方式给出。
第一个技术问题在于，对于高速电机来说，在不危及到损坏待组装的部件的情况下，所需的干涉基本上高于可能通过使用用于在高温或低温下滑动配合的部件的热膨胀而获得的间隙。
第二个技术问题在于，如果薄套筒压插时通过平移而被插入，那么薄套筒可能会因施加在套筒上的非常高的轴向压力而被破坏或发生永久变形。
发明内容
要解决的技术问题是提供一种解决上述问题或缺点的永久磁体组件及其制造方法。
更具体地，本发明的目的是更精确地施加预载于套筒上。
特别地，本发明的目的是改善制造过程的容易性，从而能够降低成本以及高水平的连续制造过程。
更具体地，本发明涉及一种具有纵向旋转轴线X'-X、第一和第二端部和至少两个磁极的永久磁体转子组件，包括：圆筒形轴，其具有在所述纵向轴线X'-X的方向上延伸的外表面；多个永久磁体，其构成环形段部并且在所述纵向轴线X-X'的方向上延伸；以及外保持圆筒形套筒，其围绕所述多个永久磁体，其特征在于，其还包括安装在所述圆筒形轴上用于支撑所述多个永久磁体的圆筒形磁体壳体，所述圆筒形磁体壳体由磁性材料形成，并且，所述保持圆筒形套筒通过由下式限定的所得干涉配合IF2被预加载：
其中，ΦY是所述多个永久磁体的外径，ΦX是所述圆筒形磁体壳体的内径，且IF1是所述圆筒形轴的外径和所述圆筒形磁体壳体的所述内径之间的主干涉配合。
根据第一实施方式，所述圆筒形磁体壳体由包括一个圆筒部和两个闭合凸缘的单件制成。
根据第二实施方式，所述圆筒形磁体壳体包括一个中央圆筒部和两个分开的闭合凸缘。
所述保持圆筒形套筒可以由金属材料制成。
可替代地，所述保持圆筒形套筒可以由复合材料制成。
更具体地，由非磁性复合材料制成的保持圆筒形套筒可以环绕在包括圆筒形磁体壳体和多个永久磁体的组件上。
根据本发明的一方面，所述永久磁体通过胶合、模制或压制而被安装和粘接在所述圆筒形磁体壳体中。
本发明还涉及一种用于制造上述限定的永久磁体转子组件的方法，包括以下步骤：
形成圆筒形轴，
形成圆筒形磁体壳体，其具有对应于所述圆筒形轴的外径、少干涉配合IF1的内径ΦX，所述圆筒形磁体壳体由磁性材料形成，
将构成环形段部的多个磁性或可磁化元件安装在所述圆筒形磁体壳体中，
将所述多个磁性或可磁化元件粘接到所述圆筒形磁体壳体中，如果必要的话，使这样的可磁化元件磁化以构成永久磁体，
安装围绕安装到所述圆筒形磁体壳体中的所述多个永久磁体的外保持圆筒形套筒，以及
将所述圆筒形轴插入到所述圆筒形磁体壳体的内径中，同时通过由下式限定的所得干涉配合IF2来预加载所述外保持圆筒形套筒：
其中，ΦY是所述多个永久磁体的外径，ΦX是所述圆筒形磁体壳体的内径，且IF1是所述圆筒形轴的外径和所述圆筒形磁体壳体的所述内径之间的主干涉配合。
更具体地，将构成环形段部的多个磁性或可磁化元件安装在所述圆筒形磁体壳体中的所述步骤包括机械加工所述磁性或可磁化元件，并且使所述可磁化元件磁化以构成永久磁体。
在这种情况下，根据具体的实施方式，通过简单的插入来安装围绕安装到所述圆筒形磁体壳体中的所述多个永久磁体的外保持圆筒形套筒。
根据另一具体的实施方式，围绕安装到所述圆筒形磁体壳体中的所述多个永久磁体的所述外保持圆筒形套筒由复合材料制成，并且通过环绕所述圆筒形磁体壳体安装。
所述永久磁体可以通过胶合、模制或压制而被安装和粘接在所述圆筒形磁体壳体中。
所述圆筒形磁体壳体可以由包括一个圆筒部和两个闭合凸缘的单件制成。
可替代地，所述圆筒形磁体壳体包括一个中央圆筒部和两个分开的闭合凸缘。
根据本发明所述方法的优选实施方式，所述永久磁体首先被插入并粘接在圆筒形磁体壳体中作为未磁化元件，然后对所得磁体组件进行机械加工，并且所述未磁化元件被磁化，以在安装所述套筒之前构成可操作的永久磁体。
附图说明
图1是根据制造过程第一步骤的、根据本发明第一实施例的转子组件的部件的纵向剖视图；
图2是根据制造过程第一步骤的、根据本发明第二实施例的转子组件的部件的纵向剖视图；
图3是根据制造过程第二步骤的、根据本发明第一实施例的转子组件的部件的纵向剖视图；
图4是根据制造过程第二步骤的、根据本发明第二实施例的转子组件的部件的纵向剖视图；
图5是根据制造过程最后步骤的、根据本发明第一实施例的转子组件的部件的纵向剖视图；以及
图6是根据制造过程最后步骤的、根据本发明第二实施例的转子组件的部件的纵向剖视图。
具体实施方式
下面结合通过示例给出的优选实施方式对本发明进行说明。
图1、3和5示出了本发明第一实施方式的典型布置。
如图1所示，为了构成具有至少两个磁极的永久磁体转子组件，准备了具有纵向旋转轴线的圆筒形轴1。轴1具有在纵向轴线的方向上延伸的外表面，并且呈现具有减小截面的第一和第二端部11、12。
图1还示出了要被磁化以成为永久磁体的多个元件22或多个已存在的永久磁体22。要被磁化的元件或永久磁体22构成环形段部，并且被安装在圆筒形磁体壳体21中，该壳体由磁性材料制成，并且具有对应于圆筒形轴1的外径、少干涉配合IF1的内径ΦX。因此，圆筒形轴1的外径等于ΦX+IF1。
多个永久磁体或要被磁化的元件22粘接到圆筒形磁体壳体21中，该壳体可以制成包括一个圆筒部和两个闭合凸缘的单件。可以通过胶合、模制、压制或允许所述元件或磁体22被粘接到壳体21中的任何其它方法将永久磁体或被磁化的元件22安装到壳体21中。
如果要被磁化的元件22代替已有的磁性永久磁体用于此阶段，则可以根据需要在此阶段机械加工包括壳体21和元件22并且具有外径ΦY的磁体组件，而不会带来磁化芯片或颗粒很可能粘附到任何其他磁性材料的不便。
一旦包括壳体21和元件22的磁体组件被完成，其就可以被磁化以实现其最终功能。
然后，围绕安装到圆筒形磁体壳体21中的多个永久磁体22插入外保持圆筒形套筒23。
图3示出了制造根据本发明的转子电机组件的方法的下一步骤。轴1的端部12紧紧地保持在固定框架13中，而另一端部11面向已经在图1的步骤中被制造并且包括位于壳体21中且由套筒23保持的永久磁体22的磁体环组件2。
然后，组件2向前移动朝向轴1，该轴被插入到圆筒形磁体壳体21的内径中，同时通过由下式限定的所得干涉配合IF2来预加载外保持套筒23：
其中，ΦY是所述多个永久磁体22的外径，ΦX是圆筒形磁体壳体21的内径，IF1是圆筒形轴1的外径和圆筒形磁体壳体21的内径之间的主干涉配合。
在图3中，箭头表示作用于磁体环组件2的凸缘上以将其插入到轴1上的力的施加方向。
套筒23上的所需预载取决于所述施加，但可以通过由上述式(1)给出的所得干涉配合而确保具有高精度。
图5示出了具有永久磁体22的所得到的转子组件10，其包括采用在图中示出的主干涉配合IF1和所得干涉配合IF2而插在轴1上的磁体环组件2以及转子组件10的纵向轴线X-X’。
根据本发明的创建干涉配合的两步骤过程(包括将预组装磁体环2推到轴1上的第二步骤)允许获得所需的高干涉，而不必应用根据用于通过使用在高温或低温下滑动配合的部件的热膨胀系数来组装现有技术永久磁体转子的公知方法所需的过高或过低的温度。
图2、4和6示出的变型实施例总体上类似于图1、3和5的实施例，下文将不再进行详细说明，但是其包括的圆筒形磁体壳体21a、21b、21c包括一个中央圆筒部21a和两个分开的闭合凸缘21b、21c。在图2、4和6的实施例中，与图1、3和5中实施例的元件相同的元件具有相同的附图标记，并且将不再进行说明。
同圆筒形磁体壳体21一样，中央圆筒部21a由磁性材料制成。分开的闭合凸缘21b、21c可以由磁性材料或非磁性材料制成。
在图2、4和6的实施例中，围绕安装到圆筒形磁体壳体21a、21b、21c中的多个永久磁体22的外保持套筒23'可以由复合材料制成，并且可以通过环绕圆筒形磁体壳体的圆筒部21a安装。
根据本发明的方法和具有预装配环的所得的转子组件具有许多优点。
磁体环组件21、22或21a、21b、21c、22的易于原位的磁化可以在插入保持套筒23、23'之前进行，因为全部轴1的集合(mass)是不存在的，从而便于组装和机械加工尚未磁化的磁体22。特别地，组件运输过程中损坏的风险得以降低，因为在运输过程中磁场不存在，并且仅在插入保持套筒23；23'之前稍后创建。
当使用如上所述的压插方法时，套筒23、23'将只接收径向载荷，因为力被施加在具有更大表面且更能够承受轴向作用力的全组件2、2'的表面上(例如，在凸缘21b上)。
本发明允许在不同的组件2、2'而不是轴1上加工磁体，使得完整的组件2、2'可以插入在轴1上，并且消除在现有技术中所使用的、在轴1上进行组装和机械加工的不同步骤，从而减少制造周期时间并且使连续生产变得更加容易。
最后，本发明允许精确地施加预载于套筒23；23'上。
总体而言，本发明提供了制造过程的简化，提高了性能，并且降低了成本。
尽管已经示出和描述了优选实施例，但应当理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行任何变化和修改。因此，不同实施例的特征可以组合。

Claims (15)

1.一种具有纵向旋转轴线X'-X、第一和第二端部(11、12)和至少两个磁极的永久磁体转子组件，包括：圆筒形轴(1)，其具有在所述纵向轴线X'-X的方向上延伸的外表面；多个永久磁体(22)，其构成环形段部并且在所述纵向轴线X-X'的方向上延伸；以及外保持圆筒形套筒(23、23')，其围绕所述多个永久磁体(22)，其特征在于，其还包括安装在所述圆筒形轴(1)上用于支撑所述多个永久磁体(22)的圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)，所述圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)由磁性材料形成，并且，所述外保持圆筒形套筒(23；23')通过由下式限定的所得干涉配合IF2被预加载：
其中，ΦY是所述多个永久磁体(22)的外径，ΦX是所述圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)的内径，且IF1是所述圆筒形轴(1)的外径和所述圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)的所述内径之间的主干涉配合。
2.根据权利要求1所述的永久磁体转子组件，其中，所述圆筒形磁体壳体(21)由包括一个圆筒部和两个闭合凸缘的单件制成。
3.根据权利要求1所述的永久磁体转子组件，其中，所述圆筒形磁体壳体(21a、21b、21c)包括一个中央圆筒部(21a)和两个分开的闭合凸缘(21b、21c)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的永久磁体转子组件，其中，所述外保持圆筒形套筒(23)由金属材料制成。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的永久磁体转子组件，其中，所述外保持圆筒形套筒(23')由复合材料制成。
6.根据权利要求5所述的永久磁体转子组件，其中，由复合材料制成的所述外保持圆筒形套筒(23')环绕在包括所述圆筒形磁体壳体(21a、21b、21c)和所述多个永久磁体(22)的组件上。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的永久磁体转子组件，其中，所述永久磁体(22)通过胶合、模制或压制而被安装在所述圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)中。
8.一种用于制造根据权利要求1所述的永久磁体转子组件的方法，包括以下步骤：
形成圆筒形轴(1)，
形成圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)，其具有对应于所述圆筒形轴(1)的外径的内径ΦX，所述圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)由磁性材料形成，
将构成环形段部的多个磁性或可磁化元件安装在所述圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)中，
将所述多个磁性或可磁化元件粘接到所述圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)中，
安装围绕安装到所述圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)中的所述多个磁性或可磁化元件的外保持圆筒形套筒(23、23')，以及
将所述圆筒形轴(1)插入到所述圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)的内径中，同时通过由下式限定的所得干涉配合IF2来预加载所述外保持圆筒形套筒(23、23')：
其中，ΦY是所述多个磁性或可磁化元件的外径，ΦX是所述圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)的内径，且IF1是所述圆筒形轴(1)的外径和所述圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)的所述内径之间的主干涉配合。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，将构成环形段部的多个磁性或可磁化元件安装在所述圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)中的所述步骤包括机械加工所述磁性或可磁化元件，并且使所述可磁化元件磁化以构成永久磁体。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，通过简单的插入来安装围绕安装到所述圆筒形磁体壳体(21)中的所述多个永久磁体(22)的所述外保持圆筒形套筒(23)。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，围绕安装到所述圆筒形磁体壳体(21a、21b、21c)中的所述多个永久磁体(22)的所述外保持圆筒形套筒(23')由复合材料制成，并且通过环绕所述圆筒形磁体壳体(21a、21b、21c)安装。
12.根据权利要求10至11中任一项所述的方法，其中，所述永久磁体(22)通过胶合、模制或压制而被安装在所述圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)中。
13.根据权利要求8至9中任一项所述的方法，其中，所述圆筒形磁体壳体(21)由包括一个圆筒部和两个闭合凸缘的单件制成。
14.根据权利要求8至9中任一项所述的方法，其中，所述圆筒形磁体壳体(21a、21b、21c)包括一个中央圆筒部(21a)和两个分开的闭合凸缘(21b、21c)。
15.根据权利要求8至9中任一项所述的方法，其中，所述可磁化元件首先被插入并粘接在圆筒形磁体壳体(21；21a、21b、21c)中作为未磁化元件，然后对所得磁体组件(21、22；21a、21b、21c、22)进行机械加工，并且所述未磁化元件被磁化，以在安装所述外保持圆筒形套筒(23；23')之前构成可操作的永久磁体(22)。
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