CN105471137A - 一种永磁电机转轴结构及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁电机转轴结构及其装配方法，该转轴结构包括：第一转轴端件、磁芯和第二转轴端件；其中，所述第一转轴端件的一端设置有容置腔；所述容置腔用于容置所述磁芯，并联结第二转轴端件。本发明的方案，可以克服现有技术中结构复杂、强度低和维护不方便等缺陷，实现结构简单、强度高和维护方便的有益效果。

Description

一种永磁电机转轴结构及其装配方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体地，涉及一种永磁电机转轴结构及其装配方法，尤其涉及一种两段式高速永磁电机转轴结构及其装配方法。

背景技术

通常，转速在1000rpm以上或者超过转子一阶临界转速的转子可以看作高速转子。参见图1，在专利申请号为“98802132.3”的高速永磁电机转子轴中，转轴由三段拼接而成，采用整圆柱形磁钢，利用合金护套14与三段主轴间的过盈配合来传递扭矩。其中，第一转轴端件11、第二转轴端件12均为非导磁材料，第一转轴端件11和第二转轴端件12之间为柱形磁钢13。

此外，参见图2，在专利号为“US7042118B2”的高速永磁电机转子结构中，高速永磁电机转子采用分段的环形磁钢23，转子也采用分段式(三段)结构，通过一根两端带螺纹的导杆25先把分段的环形磁钢23和两端的端件(例如：第一端件21和第二端件22)联结在一起，再通过护套24一次性热装配完成。

以上三段式高速转子结构，结构较复杂，装配和维修均不方便，在一定程度上也影响了转轴的结构强度。

现有技术中，存在结构复杂、强度低和维护不方便等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述缺陷，提出一种永磁电机转轴结构及其装配方法，以提升装配便捷性、减小装配难度。

本发明一方面提供一种永磁电机转轴结构，包括：第一转轴端件、磁芯和第二转轴端件；其中，所述第一转轴端件的一端设置有容置腔；所述容置腔用于容置所述磁芯，并联结第二转轴端件。

优选地，所述第一转轴端件的一端部分中空，形成所述容置腔。

优选地，所述第二转轴端件与所述容置腔联结的端部具有凸台，所述凸台与所述容置腔适配；所述凸台与所述第二转轴端件的端部外周面之间形成台阶面；其中，所述凸台容置于所述容置腔中，所述第二转轴端件通过所述台阶面与所述第一转轴端件设有所述容置腔一端的端面配合。

优选地，所述磁芯的第一端面与所述容置腔的底面贴合，所述磁芯的第二端面与第二转轴端件的凸台端面贴合。

优选地，所述第一转轴端件与所述磁芯、所述第二转轴端件之间为过盈联结。

优选地，所述磁芯为实心磁钢。

优选地，所述第一转轴端件的材料为镍基合金或钛合金；和/或，所述第二转轴端件的材料为非导磁材料，用于隔磁；和/或，所述磁芯的材料为钕铁硼。

与上述转轴结构相匹配，本发明另一方面提供一种电机转轴结构的装配方法，包括：基于以上所述的永磁电机转轴结构，其装配步骤包括：1)将所述第一转轴端件进行加热；2)将所述磁芯容置于所述第一转轴端件的所述容置腔；3)将所述第二转轴端件的一端装入所述容置腔；4)轴向压紧。

优选地，步骤1)中，将所述第一转轴端件加热至低于构成所述第一转轴端件的材料的回火温度，保温预设时长。

优选地，步骤1)中，当第一转轴端件的材料为镍基合金或钛合金时，将第一转轴端件加热至500℃～600℃，保温预设时长。

优选地，步骤4)后对所述磁芯充磁。

本发明的方案，针对现已有的三段式高速转子结构，把合金护套与其中一端轴设计为一个整体，得到的两段式高速电机转轴，结构更加简单、紧凑；同时也在一定程度上提高了该类转轴的结构强度。

进一步，本发明的方案，针对三段式的高速永磁转子结构，把合金护套与其中一端轴设计为一个整体，通过加热的方式进行过盈联结，装配更加简单、方便，且安装强度高，稳定性好。

由此，本发明的方案解决利用将一转轴端件的一端设置为能容置磁芯的容置腔，提升装配便捷性、减小装配难度的问题，从而，克服现有技术中结构复杂、强度低和维护不方便的缺陷，实现结构简单、强度高和维护方便的有益效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为一现有高速永磁电机转子轴的转子截面示意图；

图2为另一现有高速永磁电机转子轴的结构示意图；

图3为本发明的永磁电机转轴结构的转子截面示意图；

图4为本发明的永磁电机转轴结构的组装爆炸示意图。

结合附图1，本发明实施例中附图标记如下：

11-第一转轴端件；12-第二转轴端件；13-柱形磁钢；14-合金护套。

结合附图2，本发明实施例中附图标记如下：

21-第一端件；22-第二端件；23-环形磁钢；24-护套；25-导杆。

结合附图3、4，本发明实施例中附图标记如下：

31-第一转轴端件；32-第二转轴端件；33-磁钢。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

根据本发明的实施例，提供了一种永磁电机转轴结构。该转轴结构包括：

第一转轴端件31、磁芯和第二转轴端件32；其中，第一转轴端件31的一端设置有容置腔；所述容置腔用于容置所述磁芯，并联结第二转轴端件32。通过在第一转轴端件的端部设置容置腔，容置磁芯且联结第二转轴端件，可以在保护永磁转子和保证强度的基础上，简化转轴安装结构，减小体积，节省材料。

其中，所述第一转轴端件31的一端部分中空，形成容置腔。容置腔的腔体，可以具有能够容置所述磁芯并联结所述第二转轴端件32的端部的任意合适形状(例如：多边形)。优选地，容置腔为圆柱形空腔，用于放置磁芯。圆柱形设置可以方便安装，且安装精度高。

在一个实施方式中，第二转轴端件32与容置腔联结的端部具有凸台，所述凸台与所述容置腔适配；凸台与第二转轴端件32的端部外周面之间形成台阶面。所述凸台容置于所述容置腔中，所述台阶面与所述第一转轴端件31设有容置腔一端的端面配合。第二转轴端件32通过所述凸台与所述容置腔联结、通过台阶面与第一转轴端件的一端部的端面配合，并联结于所述磁芯。通过凸台与容置腔联结、台阶面与第一转轴端件的一端部的端面配合，方便安装，且联结的可靠性高、稳定性好。

在一个例子中，所述磁芯的第一端面与所述容置腔的底面贴合，所述磁芯的第二端面与第二转轴端件32的凸台端面贴合。通过将磁芯与容置腔及转轴端件贴合安装，可以增强转轴运行的稳定性和安全性。

优选地，所述第一转轴端件31与磁芯、第二转轴端件32之间为过盈联结。通过过盈联结，可以提高联结的可靠性和稳定性，有利于提高电机运行的稳定性和安全性。

在一个例子中，所述第一转轴端件31的材料为高强度材料，优选地，选用镍基合金或钛合金等。通过使用高强度的合金材料，在高速旋转时，由于第一转轴端件31的保护作用，使得永磁转子可以安全运行。

在一个例子中，所述第二转轴端件32的材料为非导磁材料，可以起到隔磁的作用。通过选用非导磁材料，可以提高电机运行的安全性和可靠性。

优选地，所述磁芯为永磁材料，优选为磁钢33；更优选地，磁钢33为实心磁钢。采用实心磁钢可以增强磁场强度，且稳定性好。

优选地，所述磁钢33的材料包括钕铁硼。通过选用钕铁硼等永磁材料，可以保证磁钢在充磁后磁场的稳定性，有利于提高电机运行的可靠性和安全性。优选地，磁钢采用后充磁方式，即，为避免转轴热装退磁，采用装完磁钢后再充磁的工艺。

优选地，参见图3、图4所示的例子，该永磁电机转轴结构，分为两段，包括三部分，即第一转轴端件31、实心磁钢和第二转轴端件32，其中第一转轴端件31的一端部(例如：右端)部分中空，形成一个特定形状的空腔(例如：圆柱形空腔，但不限于圆柱形空腔)，用于放置磁芯(例如：实心磁钢)，并联结第二转轴端件32。第二转轴端件32与容置空腔联结的端部(例如：左端)设置有凸台，第二转轴端件32的凸台与第一转轴端件31的空腔形状一致。第一转轴端件31与实心磁钢、第二转轴端件32之间为过盈联结。第一转轴端件31，即带有空腔的端轴必须采用高强度材料，如镍基合金、钛合金等，高速旋转时，由于第一转轴端件31的保护作用，使得永磁转子可以安全运行。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案的两段式高速电机转轴，针对现已有的三段式高速转子结构，结构更加简单、紧凑，同时也在一定程度上提高了该类转轴的结构强度。

根据本发明的实施例，还提供了对应于永磁电机转轴结构的一种永磁电机转轴结构的装配方法。该装配方法包括：

基于以上所述的永磁电机转轴结构，装配步骤包括：

1)将所述第一转轴端件31进行加热；

2)将所述磁芯容置于所述第一转轴端件31的所述容置腔；

3)将所述第二转轴端件32的一端装入所述容置腔；

4)轴向压紧。

通过加热，使所述容置腔受热膨胀，便于将磁芯和第二转轴端件安装于容置腔，实现过盈联结，提高装配可靠性，进而提高电机工作的稳定性和安全性。

优选地，步骤1)中，将所述第一转轴端件31加热至低于构成所述第一转轴端件31的高强度材料的回火温度，保温预设时长；优选地，当第一转轴端件31的材料为镍基合金或钛合金时，将第一转轴端件31加热至500℃～600℃，保温一段时间。优选地，保温时间为30-60min。

优选地，步骤4)后对所述磁芯充磁。通过后充磁方式即装配完磁芯后再充磁的工艺，可以避免转轴热装退磁，增强磁芯磁场可靠性和电机运行稳定性。

优选地，对所述磁芯充磁的步骤，具体是在所述第一转轴端件31的温度冷却至常温后进行的。通过冷却后再充磁，可以提高充磁的可靠性以及充磁后磁场的稳定性。

优选地，磁芯为圆柱实心磁钢，采用钕铁硼材料，圆柱实心磁钢采用后充磁方式(为避免转轴热装退磁，采用装完磁钢后再充磁的工艺)；把第一转轴端件31加热至一定温度(约500℃～600℃)，低于合金材料的回火温度，保温一段时间。然后把圆柱实心磁钢装进第一转轴端件31的容置空腔内，再把第二转轴端件32的一端装入到容置空腔中，最后轴向压紧，整个装配过程要求尽可能快的完成。

此时，圆柱实心磁钢的左端面与第一转轴端件31容置腔的圆底面贴合，实心磁钢的右端面与第二转轴端件32的左端凸台圆面贴合；且第一转轴端件31的右端环面与第二转轴端件32的左端台阶环面贴合。

由于本实施例的装配方法所实现的处理及功能基本相应于前述图3、图4所示的转轴结构的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，针对三段式的高速永磁转子结构，把合金护套与其中一端轴设计为一个整体，通过加热的方式进行过盈联结，装配更加简单、方便，且安装强度高，稳定性好。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种永磁电机转轴结构，其特征在于，包括：第一转轴端件、磁芯和第二转轴端件；其中，

所述第一转轴端件的一端设置有容置腔；所述容置腔用于容置所述磁芯，并联结第二转轴端件。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第一转轴端件的一端部分中空，形成所述容置腔。

3.根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述第二转轴端件与所述容置腔联结的端部具有凸台，所述凸台与所述容置腔适配；所述凸台与所述第二转轴端件的端部外周面之间形成台阶面；其中，

所述凸台容置于所述容置腔中，所述第二转轴端件通过所述台阶面与所述第一转轴端件设有所述容置腔一端的端面配合。

4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述磁芯的第一端面与所述容置腔的底面贴合，所述磁芯的第二端面与第二转轴端件的凸台端面贴合。

5.根据权利要求1-4之一所述的结构，其特征在于，所述第一转轴端件与所述磁芯、所述第二转轴端件之间为过盈联结。

6.根据权利要求1-5之一所述的结构，其特征在于，所述磁芯为实心磁钢。

7.根据权利要求1-6之一所述的结构，其特征在于，所述第一转轴端件的材料为镍基合金或钛合金；和/或，

所述第二转轴端件的材料为非导磁材料，用于隔磁；和/或，

所述磁芯的材料为钕铁硼。

8.一种永磁电机转轴结构的装配方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一所述的永磁电机转轴结构，其装配步骤包括：

1)将所述第一转轴端件进行加热；

2)将所述磁芯容置于所述第一转轴端件的所述容置腔；

3)将所述第二转轴端件的一端装入所述容置腔；

4)轴向压紧。

9.根据权利要求8所述的装配方法，其特征在于，步骤1)中，将所述第一转轴端件加热至低于构成所述第一转轴端件的材料的回火温度，保温预设时长。

10.根据权利要求8或9所述的装配方法，其特征在于，步骤1)中，当第一转轴端件的材料为镍基合金或钛合金时，将第一转轴端件加热至500℃～600℃，保温预设时长。

11.根据权利要求8-10之一所述的装配方法，其特征在于，步骤4)后对所述磁芯充磁。