CN105226872B - 电机转子轴、电机和电机转子轴的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机转子轴、电机和电机转子轴的制造方法。电机转子轴包括护套、磁钢、第一转轴端件和第二转轴端件，护套、磁钢、第一转轴端件和第二转轴端件各自具有相对设置的轴向第一端和轴向第二端，护套套装于磁钢的外部，第一转轴端件位于磁钢的轴向第一端且护套的轴向第一端套装于第一转轴端件的轴向第二端的外部，第二转轴端件位于磁钢的轴向第二端且护套的轴向第二端套装于第二转轴端件的轴向第一端的外部，电机转子轴还包括在电机转子轴装配后用于对磁钢进行后充磁时指示磁钢的充磁方向的充磁定位部。本发明的技术方案可以避免先充磁后热装工艺中因热装时的高温引起的磁钢退磁的现象。

Description

电机转子轴、电机和电机转子轴的制造方法

技术领域

本发明涉及电机领域，特别涉及一种电机转子轴、电机和电机转子轴的制造方法。

背景技术

现有技术中，一种已知的高速永磁电机的电机转子轴如图1所示。该电机转子轴100包括护套110、磁钢120、第一转轴端件130和第二转轴端件140。该电机转子轴100的主轴，由圆柱形的磁钢120、第一转轴端件130和第二转轴端件140三段拼接而成，并利用合金制成的护套110与主轴间的过盈配合来传递扭矩。

在实现本发明的过程中，技术人员发现，以上现有技术具有如下不足之处：

首先，该电机转子轴100的磁钢120采用先充磁后热装的方式，在高温下很容易产生退磁现象。

其二，该电机转子轴100需要特殊的热装工装及设备才能完成装配过程。在装配时，需要把护套110加热到足够高的温度，使其膨胀量足够大，并在装配磁钢120、第一转轴端件130和第二转轴端件140时维持该温度，以保证护套110与第一转轴端件130和第二转轴端件140的接触面有一定的装配排气间隙，否则很容易由于薄壁护套110迅速冷却导致装配失败。

其三，该电机转子轴100中，磁钢120采用径向充磁方式，该充磁方式所形成的磁场波形近似为梯形波，因此该种充磁方式的磁钢120不适合高速正弦波永磁电机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机转子轴、电机和电机转子轴的制造方法，旨在避免因热装时的高温引起的磁钢退磁现象。

本发明第一方面提供一种电机转子轴，包括护套、磁钢、第一转轴端件和第二转轴端件，所述护套、所述磁钢、所述第一转轴端件和所述第二转轴端件各自具有相对设置的轴向第一端和轴向第二端，所述护套套装于所述磁钢的外部，所述第一转轴端件位于所述磁钢的轴向第一端且所述护套的轴向第一端套装于所述第一转轴端件的轴向第二端的外部，所述第二转轴端件位于所述磁钢的轴向第二端且所述护套的轴向第二端套装于所述第二转轴端件的轴向第一端的外部，所述电机转子轴还包括在所述电机转子轴装配后用于对所述磁钢进行后充磁时指示所述磁钢的充磁方向的充磁定位部。

进一步地，所述充磁定位部包括设置于所述磁钢上的第一充磁定位部和设置于所述第一转轴端件上的第二充磁定位部。

进一步地，所述第一充磁定位部设置于所述磁钢的轴向第二端的端面上；和/或，所述第二充磁定位部设置于所述第一转轴端件的轴向第一端的端面上。

进一步地，所述第一充磁定位部包括设置于所述磁钢的轴向第二端的端面上的定位槽或定位孔，所述第二充磁定位部包括设置于所述第一转轴端件的轴向第一端的端面上的定位槽或定位孔。

进一步地，所述第一充磁定位部包括设置于所述磁钢的轴向第二端的端面上的沿所述磁钢的径向延伸的径向定位槽，所述第二充磁定位部包括设置于所述第一转轴端件的轴向第一端的端面上的沿所述第一转轴端件的径向布置的至少两个定位孔。

进一步地，所述磁钢的轴向第二端的端面与所述第一转轴端件的轴向第一端的端面平行。

进一步地，所述护套上和/或所述第二转轴端件上设有在组装所述护套和所述第二转轴端件时用于排出所述护套内的气体的排气通道。

进一步地，所述排气通道设置于所述第二转轴端件的与所述护套配合的外周面上。

进一步地，所述排气通道包括设置于所述第二转轴端件的外周面上且沿所述第二转轴端件的轴向延伸的至少一个排气槽。

进一步地，所述排气通道包括沿所述第二转轴端件的周向均匀布置的多个所述排气槽。

本发明第二方面提供一种电机，包括本发明第一方面中任一项所述的电机转子轴。

本发明第三方面提供一种本发明第一方面中任一项所述的电机转子轴的制造方法，所述制造方法包括：装配步骤，将护套、磁钢、第一转轴端件和第二转轴端件组装形成所述电机转子轴；后充磁步骤，根据所述电机转子轴的充磁定位部指示的充磁方向对所述磁钢进行后充磁。

进一步地，在所述装配步骤中，在所述电机转子轴的磁钢与所述第一转轴端件固定后再与所述电机转子轴的护套装配。

进一步地，在所述后充磁步骤中，对所述磁钢进行平行充磁。

基于本发明提供的电机转子轴、电机和电机转子轴的制造方法，由于电机转子轴包括在电机转子轴装配后用于对磁钢进行后充磁时指示磁钢的充磁方向的充磁定位部，因此，在制造该电机转子轴时，可以根据电机转子轴的充磁定位部指示的充磁方向对磁钢进行后充磁，从而可以避免先充磁后热装工艺中因热装时的高温引起的磁钢退磁的现象。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术的电机转子轴的剖视结构示意图。

图2为本发明具体实施例的电机转子轴的剖视结构示意图。

图3为图2的局部结构示意图。

图4为图2所示的电机转子轴的分解结构示意图。

图5为图2所示的电机转子轴的磁钢的结构示意图。

图6为图2所示的电机转子轴的第一转轴端件的结构示意图。

图7为图2所示的电机转子轴的第二转轴端件的结构示意图。

图1至图7中，各附图标记分别代表：

100、200，电机转子轴；

110、210，护套；

120、220，磁钢；

221，径向定位槽；

130、230，第一转轴端件；

231，定位孔；

140、240，第二转轴端件；

241，排气槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

图2至图7示出了本发明具体实施例的电机转子轴200的具体结构。

如图2至图7所示，本实施例的电机转子轴200包括护套210、磁钢220、第一转轴端件230和第二转轴端件240。护套210、磁钢220、第一转轴端件230和第二转轴端件240各自具有相对设置的轴向第一端和轴向第二端。图2至图7中，护套210、磁钢220、第一转轴端件230和第二转轴端件240中各部件的轴向第一端均位于相应部件的左端，各部件的轴向第二端均位于相应部件的右端。护套210、磁钢220、第一转轴端件230和第二转轴端件240同轴设置。

护套210套装于磁钢220的外部。第一转轴端件230位于磁钢220的轴向第一端且护套210的轴向第一端套装于第一转轴端件230的轴向第二端的外部。第二转轴端件240位于磁钢220的轴向第二端且护套210的轴向第二端套装于第二转轴端件240的轴向第一端的外部。电机转子轴200还包括在电机转子轴200装配后用于对磁钢220进行后充磁时指示磁钢220的充磁方向的充磁定位部。

磁钢在生产时，先压制成半成品，压制的时候，会先确定一个方向，此方向即为磁钢的取向方向，此时磁钢是没有磁性的。使用充磁设备充磁时，如果能按照前述取向方向对磁钢进行充磁，磁钢的性能最优，即充磁方向与取向方向一致时，充磁效果最好，充完磁后的磁钢为成品。在磁钢装配到转轴上之后再对磁钢进行充磁，即为后充磁工艺。

由于电机转子轴200包括在电机转子轴200装配后用于对磁钢220进行后充磁时指示磁钢220的充磁方向的充磁定位部，因此，在制造该电机转子轴200时，可以根据电机转子轴200的充磁定位部指示的充磁方向对磁钢220进行后充磁，从而可以避免先充磁后热装工艺中因热装时的高温引起的磁钢220的退磁现象。

本实施例中，电机转子轴200的主轴由磁钢220、第一转轴端件230和第二转轴端件240三段拼接而成。利用护套210与主轴之间的过盈配合来传递扭矩。在电机转子轴200高速旋转时，由于护套210的保护作用，使得电机转子可以安全运行。

为防止漏磁，护套210由非导磁材料制成。本实施例中，护套210优选地为采用镍基合金、钛合金等合金材料制成的合金护套，例如可以采用GH4145或钛合金TC4制作护套210。

本实施例中，磁钢220为柱形实心磁钢，采用钕铁硼材料制成。

第一转轴端件230和第二转轴端件240优选地均采用非导磁材料制成。如此设置可以避免电机转子轴200的强磁与其它有磁元件或传感器检测信号产生干扰，减少电机转子轴端部漏磁，避免磁钢利用率降低。

护套210与第一转轴端件230、磁钢220和第二转轴端件240均为过盈配合。磁钢220的轴向第一端的端面与第一转轴端件230的轴向第二端的端面贴合。磁钢220的轴向第二端的端面与第二转轴端件240的轴向第一端的端面贴合。

充磁定位部可以设置于电机转子轴上任何能够在电机转子轴装配后指示磁钢220的充磁方向的部位。本实施例中优选地，如图2至图6所示，充磁定位部包括设置于磁钢220上的第一充磁定位部和设置于第一转轴端件230上的第二充磁定位部。在磁钢220上设置第一充磁定位部，便于准确确定磁钢的取向方向，设置第二充磁定位部可以在电机转子轴200装配后以第二充磁定位部间接指示磁钢200的取向方向，从而在磁钢220装配于护套210内部后，便于准确确定充磁方向。

其中，第一充磁定位部和第二充磁定位部的位置要能满足便于定位、便于观察的要求。本实施例中优选地，第一充磁定位部设置于磁钢220的轴向第二端的端面上；第二充磁定位部设置于第一转轴端件230的轴向第一端的端面上。当然，以上第一充磁定位部和第二充磁定位部的设置位置均可以做出变化。

第一充磁定位部可以包括设置于磁钢220的轴向第二端的端面上的定位槽或定位孔，第二充磁定位部可以包括设置于第一转轴端件230的轴向第一端的端面上的定位槽或定位孔。

本实施例中具体地，第一充磁定位部包括设置于磁钢220的轴向第二端的端面上的沿磁钢220的径向延伸的径向定位槽221。第二充磁定位部包括设置于第一转轴端件230的轴向第一端的端面上的沿第一转轴端件230的径向布置的至少两个定位孔231。并且优选地，两个定位孔231的中心连线通过第一转轴端件230的中心轴线，径向定位槽221的中心线通过磁钢220的中心轴线。

优选地，磁钢220的轴向第二端的端面与第一转轴端件230的轴向第一端的端面平行，使得两个定位孔231的中心连线与径向定位槽221在三维空间中相互平行的两个平面内相对垂直或相对平行。该设置利于在电机转子轴200组装后对磁钢220进行后充磁时方便地确定充磁方向。以上两个定位孔231和径向定位槽221的位置也可以做出变化，例如，可以使两个定位孔231的中心连线与径向定位槽221形成60度的夹角，只要充磁时按照两个定位孔231的指示能够准确确定磁钢220的充磁方向即可。

例如，在制造磁钢220时，可以设置径向定位槽221的延伸方向使其与磁钢220的取向方向平行。此后，在将磁钢220与第一转轴端件230进行组装时，如果使两个定位孔231的中心连线与径向定位槽221平行安装，则可确定充磁方向为两个定位孔231的中心连线方向。

也就是说，设置在磁钢220上的径向定位槽221的方向是用来指示磁钢220的半成品加工时的取向方向，而设置在第一转轴端件230上的两个定位孔231是对与护套210、第一转轴端件230和第二转轴端件240装配后的磁钢220进行充磁时确定充磁方向的，这是因为装配后磁钢220的径向定位槽221会被护套210覆盖，通过两个定位孔231可以间接确定取向方向，从而确定充磁方向。

另外，为了在组装护套210和第二转轴端件240时排出护套210内的气体，在护套210上和/或第二转轴端件240上设有在组装护套和第二转轴端件240时用于排出护套210内的气体的排气通道。

优选地，排气通道设置于第二转轴端件240的与护套210配合的外周面上。

本实施例中排气通道包括设置于第二转轴端件240的外周面上且沿第二转轴端件240的轴向延伸的至少一个排气槽241。如图2至图4、图7所示，排气通道包括沿第二转轴端件240的周向均匀布置的多个排气槽241。本实施例中，排气槽241的数量为两个。

第二转轴端件240与护套210装配时，通过排气通道可以顺利排出第二转轴端件240与护套210、磁钢220的轴向第二端的端面围成的空间内的气体。

如图3所示，本实施例中，两个排气槽241的处于第二转轴端件240的轴向第一端的端面上的开口与径向定位槽221的两个端部分别正对，因此，在电机转子轴200组装好后，径向定位槽221与两个排气槽241是连通的。但是在其它的实施例中，径向定位槽221的两个端部与排气槽241的前述开口也可以错开布置。

根据以上描述可知，本发明实施例的电机转子轴200是对现有技术的三段式的高速永磁电机的电机转子轴的改进。在电机转子轴200上设置充磁定位部以实现电机转子轴200装配后对磁钢220后充磁；在第二转轴端件240上设计排气槽，有效解决了装配时的排气问题，降低了热装温度，并且不需要复杂装配设备工装的辅助，减低电机转子轴200的装配难度，提高了装配成功率。该电机转子轴200尤其适用于高速永磁电机。

本实施例还提供一种电机，该电机包括前述的电机转子轴200。该电机具有电机转子轴200具有的全部优点。

另外，本实施例还提供一种前述的电机转子轴200的制造方法，该制造方法包括：装配步骤，将护套210、磁钢220、第一转轴端件230和第二转轴端件240组装形成电机转子轴200；后充磁步骤，根据电机转子轴200的充磁定位部指示的充磁方向对磁钢220进行后充磁。

优选地，在装配步骤中，在电机转子轴200的磁钢220与第一转轴端件230固定后再与电机转子轴200的护套210装配。该设置利于形成第一充磁定位部和第二充磁定位部的对应关系，以利于确定第二充磁定位部与磁钢220的充磁方向的对应关系。

另外优选地，在后充磁步骤中，对磁钢220进行平行充磁。该制造方法包括在电机转子轴200组装完成后，根据电机转子轴200的充磁定位部指示的充磁方向对磁钢220进行后充磁。对磁钢220进行平行充磁，可以使电机转子轴200更适用于高速正弦波永磁电机。

以下对本实施例的电机转子轴200的一种具体的制造方法进行说明。

把磁钢220与第一转轴端件230进行定心固定。可以通过在第一转轴端件230的轴向第二端的端面涂覆薄层磁钢胶，然后把第一转轴端件230的轴向第二端的端面与磁钢220的轴向第一端的端面对齐，再用夹具夹住二者的外圆定心，一方面保证第一转轴端件230上的两个定位孔231的中心连线与磁钢220上的径向定位槽221大致平行(仅以平行为例说明定心固定过程，如前所述，两个定位孔231的中心连线与径向定位槽221垂直或者其它确定的角度亦可)，另一方面保证第一转轴端件230的轴向第二端的外周与磁钢220的轴向第二端的外周平齐。一段时间后第一转轴端件230与磁钢220固定并形成整体结构，此时可取下夹具，以准备该整体结构与护套210的装配。

把加热至一定温度的护套210热装到磁钢220和第一转轴端件230形成的整体结构上，之后迅速把第二转轴端件240放入护套210内。由于第二转轴端件240的与护套210配合的表面上开有排气槽241，因此第二转轴端件240可以顺利下降至预定位置使第二转轴端件240的轴向第一端的端面与磁钢220的轴向第二端的端面贴合，再压紧并冷却一段时间，即可完成电机转子轴200的装配过程。

根据第一转轴端件230的两个定位孔231的中心连线方向对电机转子轴200的磁钢220进行后充磁(本实施例中为平行充磁)，完成磁钢220的充磁。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (13)

1.一种电机转子轴，包括护套(210)、磁钢(220)、第一转轴端件(230)和第二转轴端件(240)，所述护套(210)、所述磁钢(220)、所述第一转轴端件(230)和所述第二转轴端件(240)各自具有相对设置的轴向第一端和轴向第二端，所述护套(210)套装于所述磁钢(220)的外部，所述第一转轴端件(230)位于所述磁钢(220)的轴向第一端且所述护套(210)的轴向第一端套装于所述第一转轴端件(230)的轴向第二端的外部，所述第二转轴端件(240)位于所述磁钢(220)的轴向第二端且所述护套(210)的轴向第二端套装于所述第二转轴端件(240)的轴向第一端的外部，其特征在于，所述电机转子轴(200)还包括在所述电机转子轴(200)装配后用于对所述磁钢(220)进行后充磁时指示所述磁钢(220)的充磁方向的充磁定位部；所述充磁定位部包括设置于所述磁钢(220)上的第一充磁定位部和设置于所述第一转轴端件(230)上的第二充磁定位部。

2.根据权利要求1所述的电机转子轴，其特征在于，所述第一充磁定位部设置于所述磁钢(220)的轴向第二端的端面上；和/或，所述第二充磁定位部设置于所述第一转轴端件(230)的轴向第一端的端面上。

3.根据权利要求2所述的电机转子轴，其特征在于，所述第一充磁定位部包括设置于所述磁钢(220)的轴向第二端的端面上的定位槽或定位孔，所述第二充磁定位部包括设置于所述第一转轴端件(230)的轴向第一端的端面上的定位槽或定位孔。

4.根据权利要求3所述的电机转子轴，其特征在于，所述第一充磁定位部包括设置于所述磁钢(220)的轴向第二端的端面上的沿所述磁钢(220)的径向延伸的径向定位槽(221)，所述第二充磁定位部包括设置于所述第一转轴端件(230)的轴向第一端的端面上的沿所述第一转轴端件(230)的径向布置的至少两个定位孔(231)。

5.根据权利要求4所述的电机转子轴，其特征在于，所述磁钢(220)的轴向第二端的端面与所述第一转轴端件(230)的轴向第一端的端面平行。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机转子轴，其特征在于，所述护套(210)上和/或所述第二转轴端件(240)上设有在组装所述护套(210)和所述第二转轴端件(240)时用于排出所述护套(210)内的气体的排气通道。

7.根据权利要求6所述的电机转子轴，其特征在于，所述排气通道设置于所述第二转轴端件(240)的与所述护套(210)配合的外周面上。

8.根据权利要求7所述的电机转子轴，其特征在于，所述排气通道包括设置于所述第二转轴端件(240)的外周面上且沿所述第二转轴端件(240)的轴向延伸的至少一个排气槽(241)。

9.根据权利要求8所述的电机转子轴，其特征在于，所述排气通道包括沿所述第二转轴端件(240)的周向均匀布置的多个所述排气槽(241)。

10.一种电机，包括电机转子轴，其特征在于，所述电机转子轴为根据权利要求1至9中任一项所述的电机转子轴。

11.一种根据权利要求1至9中任一项所述的电机转子轴的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

装配步骤，将护套(210)、磁钢(220)、第一转轴端件(230)和第二转轴端件(240)组装形成所述电机转子轴(200)；

后充磁步骤，根据所述电机转子轴(200)的充磁定位部指示的充磁方向对所述磁钢(220)进行后充磁。

12.一种根据权利要求11所述的电机转子轴的制造方法，其特征在于，在所述装配步骤中，在所述电机转子轴(200)的磁钢(220)与所述第一转轴端件(230)固定后再与所述电机转子轴(200)的护套(210)装配。

13.根据权利要求11所述的电机转子轴的制造方法，其特征在于，在所述后充磁步骤中，对所述磁钢(220)进行平行充磁。