CN106300737B - 一种磁悬浮高速永磁电机转子结构 - Google Patents

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Abstract

一种磁悬浮高速永磁电机转子结构，由主轴、磁轴承铁芯叠层、高强度合金护套、稀土永磁体、负载轴组成。所述磁轴承铁芯叠层由硅钢片叠加而成，所述高强度合金护套为导电不导磁的镍铬铁合金材料，永磁体为高能量密度的钐钴稀土永磁材料，所述护套和永磁体之间采用过盈配合的装配关系，所述永磁体与主轴配合之间留有气隙。本发明高速永磁电机转子采用实心永磁体结构，相比表贴式永磁转子结构，增强了转子强度和电机能量密度，提高了电机的效率。采用自冷却高强度的合金护套给转子装配体提供刚度，将彻底改变表贴式转子在高速离心力作用下发生组件松脱的现象及避免永磁体因过热而发生不可逆退磁风险。

Description

一种磁悬浮高速永磁电机转子结构
技术领域
本发明涉及一种磁悬浮高速永磁电机转子结构，尤其涉及高能量密度高速永磁电机。
背景技术
高速永磁电机由于具有高转速、高功率密度、结构简单、体积小、运行可靠等优点，可应用于鼓风机、压缩机等工业设备领域，实现高速直驱。对提高整机系统可靠性和减小燃料消耗和污染物排放具有显著的效果。高速永磁电机转子系统是实现电机整机安全可靠运行的前提，转子装配体的结构设计也是高速永磁电机设计的核心技术之一。
高速永磁电机转子往往运行在每分钟几万甚至几十万转以上，转子的表面线速度可达300m/s以上。由于永磁体属于脆性材料，不能承受较大的离心拉应力，现有的表贴式永磁电机转子结构通常通过碳纤维护套绑扎的方法使得永磁体和护套在高速离心力作用下容易发生脱离事故。由于高能量密度带来转子发热量较大，温升较高。为了电机实现高速稳定运行，保证转子装配体在高速下的完整性，以及转子永磁体不发生高温不可逆退磁现象，需对现有技术进行改进解决技术不足之处。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种结构简单、工艺成熟的磁悬浮高速永磁电机转子结构，可满足磁悬浮高速电机在实现更高转速时对转子强度和可靠性的要求。
本发明解决技术问题采用的技术方案是：一种磁悬浮高速永磁电机转子结构，由主轴(1)、轴向推力盘(2)、径向磁轴承铁芯叠层A(3)、合金护套(4)、实心永磁体(5)、径向磁轴承铁芯叠层B(6)、螺纹环(7)和负载轴(8)组成。所述主轴(1)上设有轴向推力盘(2)，所述径向磁轴承铁芯叠层A(3)粘贴于主轴(1)上，上端面与主轴(1)轴肩配合，下端面与合金护套(4)连接，所述合金护套(4)中间位置设有凸台，凸台上端与主轴(1)连接，凸台下端与实心永磁体(5)连接，主轴(1)与永磁体(5)的中间凸台形成间隙，所述合金护套(4)凸台间隙处留有通风孔，通过过盈配合分别与主轴(1)和实心永磁体(5)连接，合金护套(4)下端面与径向磁轴承铁芯叠层B(6)连接，所述径向磁轴承铁芯叠层B(6)粘贴于负载轴(8)外表面，径向磁轴承铁芯叠层B(6)下端面与螺纹环(7)连接。所述实心永磁体(5)粘贴于负载轴(8)上表面，所述螺纹环(7)与负载轴(8)螺纹连接。
所述的主轴(1)由于包含有轴向推力盘(2)，需要选择导磁性能良好的合金钢1J50材料。
所述的合金护套(4)选用高强度的镍铬铁合金Inconel718材料，结构上于永磁体(5)和主轴(1)相配合处留有凸台，用于防止脆性实心永磁体(5)在过盈装配时产生气阻及避免在装配过程中实心永磁体(5)相吸发生直接磕碰事故，在凸台处留有楔形通风孔，有利于转子永磁体的冷却散热，防止永磁体高温时发生不可逆退磁风险。
所述的实心永磁体(5)外径与合金护套(4)内径公差应保证有0.1mm～0.2mm的过盈量。
所述的负载轴(8)选用不导磁的合金钢材料，为了保证在装配过程中脆性永磁体(5)可粘贴于负载轴(8)同时保证不发生相吸磕碰事故。
所述的螺纹环(7)用于轴向紧固径向磁轴承铁芯叠层B(6)，同时螺纹在轴向的压紧力可避免合金护套(4)过盈配合后由于热胀冷缩而产生与径向磁轴承铁芯叠层A(3)和轴向间隙。
本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明由于采用实心永磁体结构，能够承受较大的离心拉应力，具有更好的强度和更高的能量密度。
2、本发明由于采用自冷却高强度合金护套给转子装配体提供刚度，将彻底改变表贴式转子在高速离心力作用下发生组件松脱的现象及避免永磁体因过热而发生不可逆退磁风险，可实现高速永磁电机实现高速稳定运行。
3、本发明结构简单、加工制造工艺成熟，可大大提高高速永磁电机运行的可靠性和效率。
附图说明
图1为磁悬浮高速永磁电机转子结构示意图；
图2为高强度合金护套结构示意图；
图3为过盈配合前主轴端装配示意图；
图4为主轴端和护套过盈配合后的装配体示意图；
图5为负载轴端过盈配合前装配示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明是一种磁悬浮高速永磁电机转子结构，其主要由主轴(1)、轴向推力盘(2)、径向磁轴承铁芯叠层A(3)、合金护套(4)、实心永磁体(5)、径向磁轴承铁芯叠层B(6)、螺纹环(7)和负载轴(8)组成；所述主轴(1)上设有轴向推力盘(2)，所述径向磁轴承铁芯叠层A(3)粘贴于主轴(1)上，上端面与主轴(1)轴肩配合，下端面与合金护套(4)连接，合金护套(4)中间位置设有凸台，合金护套(4)上端与主轴(1)连接，合金护套(4)下端与实心永磁体(5)连接，主轴(1)与实心永磁体(5)的中间凸台形成间隙，用于实心永磁体(5)和主轴(1)的配合面，合金护套(4)下端面与径向磁轴承铁芯叠层B(6)连接，所述径向磁轴承铁芯叠层B(6)粘贴于负载轴(8)外表面，径向磁轴承铁芯叠层B(6)下端面与螺纹环(7)连接；所述实心永磁体(5)粘贴于负载轴(8)上表面，所述螺纹环(7)与负载轴(8)螺纹连接。参照图2，事先需将径向磁轴承铁芯叠层A(3)粘贴于主轴(1)上，通过加热合金护套(4)并保温数小时，使得合金护套(4)受热膨胀均匀。合金护套(4)的凸台间隙处留有四个均布排列的楔形排风孔，依靠转子旋转产生的切向风速，进入到转子的凸台间隙，实现转子自冷却散热，合金护套(4)加热的温度大小可根据合金护套(4)厚度和过盈量的设计大小决定，合金护套(4)内表面的受热后的位移大小与温升的关系可用下式表达：
其中ν为护套材料泊松比；b为护套内径；α为护套材料热膨胀系数；△T为需要加热的温升。
参照图2并结合图3，将图3中的主轴(1)和磁轴承铁芯叠层A(3)的组合件过盈装配于加热保温后的合金护套(4)中，构成一个新的装配体结构如图4，再次根据实心永磁体(5)和护套(4)的设计过盈量大小，依据上述表达式得出所需要的温升，加热图4中的装配体结构，将图5中负载轴端的组件过盈装配于受热均匀膨胀后的图4中的装配体结构。实现合金护套(4)分别与主轴(1)和实心永磁体(5)过盈配合连接。最后，将磁轴承铁芯叠层B(6)粘贴于负载轴(8)上，并通过螺纹环(7)将之前实施的装配体包括磁轴承铁芯叠层A(3)、磁轴承铁芯叠层B(6)和护套(4)进行轴向压紧。
所述的主轴(1)由于包含有轴向推力盘(2)，需要选择导磁性能良好的合金钢1J50材料。
所述的合金护套(4)选用高强度的镍铬铁合金Inconel718材料，结构上于实心永磁体(5)和主轴(1)相配合处留有凸台，用于防止脆性永磁体(5)在过盈装配时产生气阻及避免在装配过程中实心永磁体(5)相吸发生直接磕碰事故，在凸台处留有楔形通风孔，有利于转子永磁体的冷却散热，防止永磁体高温时发生不可逆退磁风险。
所述的永磁体(5)外径与合金护套(4)内径公差应保证有0.1mm～0.2mm的过盈量，优选为0.13mm。
所述的负载轴(8)选用不导磁的合金钢材料，为了保证在装配过程中脆性永磁体(5)可粘贴于负载轴(8)同时保证不发生相吸磕碰事故。
所述的螺纹环(7)用于轴向紧固径向磁轴承铁芯叠层B(6)，同时螺纹在轴向的压紧力可避免合金护套(4)过盈配合后由于热胀冷缩而产生与径向磁轴承铁芯叠层A(3)和轴向间隙。
此外，需要指出本发明中所述的部件名称和形状可以不同，凡是依本发明专利构思所述的构造、特征和原理所做的修改、补充和改进，均应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种磁悬浮高速永磁电机自冷却转子结构，其特征在于：由主轴(1)、轴向推力盘(2)、径向磁轴承铁芯叠层A(3)、合金护套(4)、实心永磁体(5)、径向磁轴承铁芯叠层B(6)、螺纹环(7)和负载轴(8)组成；所述主轴(1)上设有轴向推力盘(2)，所述径向磁轴承铁芯叠层A(3)粘贴于主轴(1)上，上端面与主轴(1)轴肩配合，下端面与合金护套(4)连接，所述合金护套(4)中间位置设有凸台，凸台上端与主轴(1)连接，凸台下端与实心永磁体(5)连接，主轴(1)与实心永磁体(5)的中间凸台形成间隙，所述合金护套(4)的凸台间隙处留有四个均布排列的楔形排风孔，依靠转子旋转产生的切向风速，进入到转子的凸台间隙，通过过盈配合分别与主轴(1)和实心永磁体(5)连接，合金护套(4)下端面与径向磁轴承铁芯叠层B(6)连接，所述径向磁轴承铁芯叠层B(6)粘贴于负载轴(8)外表面，径向磁轴承铁芯叠层B(6)下端面与螺纹环(7)连接；所述实心永磁体(5)粘贴于负载轴(8)上表面，所述螺纹环(7)与负载轴(8)螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮高速永磁电机自冷却转子结构，其特征在于：所述的主轴(1)由于包含有轴向推力盘(2)，选择导磁性能良好的合金钢1J50材料。
3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮高速永磁电机转子结构，其特征在于：所述的合金护套(4)选用高强度的镍铬铁合金Inconel718材料。
4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮高速永磁电机自冷却转子结构，其特征在于：所述的实心永磁体(5)外径与合金护套(4)内径公差应保证有0.1mm～0.2mm的过盈量。
5.根据权利要求1所述的一种磁悬浮高速永磁电机自冷却转子结构，其特征在于：所述的负载轴(8)选用不导磁的合金钢材料，为了保证在装配过程中脆性实心永磁体(5)可粘贴于负载轴(8)同时保证不发生相吸磕碰事故。
6.根据权利要求1所述的一种磁悬浮高速永磁电机自冷却转子结构，其特征在于：所述的螺纹环(7)用于轴向紧固径向磁轴承铁芯叠层B(6)，同时螺纹在轴向的压紧力可避免合金护套(4)过盈配合后由于热胀冷缩而产生与径向磁轴承铁芯叠层A(3)和轴向间隙。
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