CN107579614A - 电机转子及高速永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电机转子及高速永磁电机，所述电机转子包括永磁体和保护套，所述保护套包括外层护套、内层护套、第一隔磁环和第二隔磁环，所述外层护套和所述内层护套分别为圆筒形，且所述外层护套的导电系数低于所述内层护套的导电系数、所述内层护套的强度大于所述外层护套的强度，其中：所述永磁体装配到所述内层护套的中间段内，且所述第一隔磁环和第二隔磁环分别位于所述永磁体的两个端面；所述内层护套装配在所述外层护套内。本发明通过外层护套降低涡流损耗、通过内层护套保证转子刚度，从而可保证高速永磁电机在高转速下稳定工作。

Description

电机转子及高速永磁电机
技术领域
本发明涉及电机领域，更具体地说，涉及一种电机转子及高速永磁电机。
背景技术
高速永磁电机具有转速高、体积小、功率密度高、制造用料少、效率高、结构较为简单、不需要传统的变速机构、噪音小、转动惯量小、动态响应快等特点，符合目前节能减排、绿色环保的经济发展需求，是国际上电气、机械领域研究的热点之一。目前，高速永磁电机在离心式压缩机、混合动力汽车、燃气轮机的驱动、航空航天等领域有着重要的应用。
由于高速永磁电机转速很高，表面线速度可达200m/s以上，对转子的强度和刚度有着较高的要求。而由于永磁体材料的抗拉强度较低，在高速旋转的情况下，为保护永磁体，一般需要给它加上护套来保护。目前通常采用的护套材料为合金材料或碳纤维复合材料。
当全部采用合金材料时，电机转子护套上的涡流损耗很高，导致转子温升过高，甚至可能导致永磁体的不可逆退磁；而当电机转子护套全部采用碳纤维复合材料时，由于碳纤维护套的径向-轴向弹性模量很低，会导致转子的刚度较低，不能满足转速要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述高速永磁电机中转子保护套无法兼顾涡流损耗与转子的刚度的问题，提供一种新的电机转子及高速永磁电机。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种电机转子，包括永磁体和保护套，所述保护套包括外层护套、内层护套、第一隔磁环和第二隔磁环，所述外层护套和所述内层护套分别为圆筒形，且所述外层护套的导电系数低于所述内层护套的导电系数、所述内层护套的强度大于所述外层护套的强度，其中：所述永磁体装配到所述内层护套的中间段内，且所述第一隔磁环和第二隔磁环分别位于所述永磁体的两个端面；所述内层护套装配在所述外层护套内。
在本发明所述的电机转子中，所述保护套还包括屏蔽层，且所述屏蔽层包裹在所述永磁体的外侧，所述永磁体连同屏蔽层以过盈配合方式装配到内层护套的中间段。
在本发明所述的电机转子中，所述屏蔽层由圆筒形的导电金属套构成，所述永磁体以过盈配合方式装配到所述导电金属套内。
在本发明所述的电机转子中，所述第一隔磁环与所述内层护套一体。
在本发明所述的电机转子中，在所述内层护套内壁上对应所述第二隔磁环的装配位置设置有凹槽。
在本发明所述的电机转子中，所述永磁体为实心圆柱结构，且所述第一隔磁环和所述第二隔磁环分别为圆盘状，所述第一隔磁环和所述第二隔磁环上设有透气孔。
在本发明所述的电机转子中，所述永磁体包括多个瓦片状单体以及转子铁芯，且所述多个瓦片状单体分别贴于所述转子铁芯上；所述第一隔磁环和所述第二隔磁环分别为圆环状。
在本发明所述的电机转子中，所述外层护套采用碳纤维复合材料加工而成；所述内层护套采用合金材料加工而成。本发明还提供一种高速永磁电机，包括定子以及如上所述的电机转子。
本发明的电机转子及高速永磁电机具有以下有益效果：通过外层护套降低涡流损耗、通过内层护套保证转子刚度，从而可保证高速永磁电机在高转速下稳定工作。
附图说明
图1是本发明电机转子第一实施例的示意图；
图2是图1中内层护套的结构示意图；
图3是图1中电机转子的径向截面的示意图；
图4是本发明电机转子另一实施例的示意图；
图5是图4中电机转子的径向截面的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-3所示，是本发明电机转子实施例的示意图，该电机转子可应用于高速永磁电机。本实施例中的电机转子包括永磁体16和保护套，且保护套套设在永磁体16上，从而保证永磁体16在旋转过程中的抗拉强度。上述保护套包括外层护套11、内层护套12、第一隔磁环13和第二隔磁环14，且外层护套11和内层护套12分别为圆筒形。
上述外层护套11主要用于降低电机转子在旋转过程中的涡流损耗，因此该外层护套11可采用导电系数较小(例如接近于零)的材料。具体地，上述外层护套11可采用碳纤维复合材料(例如T800碳纤维复合材料等)加工而成。上述内层护套12主要用于提高电机转子的刚度和抗拉强度，因此该内层护套12可采用具有较大强度的合金材料(例如镍基合金和钛合金等)加工而成。即本实施例中的外层护套11的导电系数低于内层护套12的导电系数、内层护套12的强度大于外层护套11的强度。上述外层护套11和内层护套12的厚度的具体值可根据电机转子的转速要求等参数调整。
永磁体16装配到内层护套12的中间段A内，且第一隔磁环13和第二隔磁环14分别位于永磁体16的两个端面，可降低永磁体16两端的磁通泄露。内层护套12和外层护套11中，装配有永磁体16的中间段外的两端部分B、C(两端部分的轴向尺寸相同)，用于电机转子的转轴安装。
通过将具有较低导电系数的外层护套11与具有较高强度的内层护套12组成复合型保护套，上述电机转子可同时兼顾涡流损耗和强度，从而可保证高速永磁电机在高转速下稳定工作。
上述第一隔磁环13和第二隔磁环14可采用与内层护套12相同的合金材料，为保证上述第一隔磁环13和第二隔磁环14在内层护套12内稳定固定，可使第一隔磁环13和第二隔磁环14垂直于永磁体16的轴向。
并且，还可使第一隔磁环13与内层护套12一体(如图2所示)，从而便于永磁体16的装配，同时提高电机转子中的永磁体16的稳定性。为了保证第二隔磁环14与内层护套12的结合强度，可在内层护套12内壁上对应第二隔磁环14的装配位置，设置一个凹槽，从而在装配第二隔磁环14时，可使第二隔磁环14的边缘嵌入该凹槽内。
上述保护套还可包括屏蔽层15，且该屏蔽层15包裹在永磁体16的外侧。上述屏蔽层15可降低永磁体16表面的涡流损耗，从而进一步提高电机转子的性能。特别地，上述屏蔽层15可由圆筒形的导电金属套(例如铜套)构成(由于导电金属套无需提供抗拉功能，因此该导电金属套的厚度可小于内层护套12的厚度)，永磁体16以过盈配合方式装配到导电金属套内。上述永磁体16连同屏蔽层15以过盈配合方式装配到内层护套12的中间段。
当第一隔磁环13与内层护套12一体时，在装配时可先将永磁体16以过盈配合方式装配到导电金属套(即屏蔽层15)内，使永磁体16的一端(例如图1所示的左端)抵靠在第一隔磁环13；然后将第二隔磁环14以过盈配合方式装配到内层护套12内并抵靠在永磁体16的另一端；最后，将内层护套12以过盈配合方式装配到外层护套11内。
在本实施例中，永磁体16采用实心圆柱结构，相应地，第一隔磁环13和第二隔磁环14分别为圆盘状，从而保证隔磁效果。特别地，为方便在装配时排出气体，上述第一隔磁环13和第二隔磁环14上还分别设有一个或多个轴向设置的透气孔。
如图4、5所示，本发明的电机转子还可采用由多个瓦片状单体17构成的永磁体，该多个瓦片状单体17分别贴于转子铁芯上；相应地，第一隔磁环13和第二隔磁环14分别为圆环状，且圆环的宽度与瓦片状单体17的厚度匹配。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电机转子，包括永磁体和保护套，其特征在于，所述保护套包括外层护套、内层护套、第一隔磁环和第二隔磁环，所述外层护套和所述内层护套分别为圆筒形，且所述外层护套的导电系数低于所述内层护套的导电系数、所述内层护套的强度大于所述外层护套的强度，其中：所述永磁体装配到所述内层护套的中间段内，且所述第一隔磁环和第二隔磁环分别位于所述永磁体的两个端面；所述内层护套装配在所述外层护套内。
2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于：所述保护套还包括屏蔽层，且所述屏蔽层包裹在所述永磁体的外侧，所述永磁体连同屏蔽层以过盈配合方式装配到内层护套的中间段。
3.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于：所述屏蔽层由圆筒形的导电金属套构成，所述永磁体以过盈配合方式装配到所述导电金属套内。
4.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于：所述第一隔磁环与所述内层护套一体。
5.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于：在所述内层护套内壁上对应所述第二隔磁环的装配位置设置有凹槽。
6.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于：所述永磁体为实心圆柱结构，且所述第一隔磁环和所述第二隔磁环分别为圆盘状，且所述第一隔磁环和所述第二隔磁环上分别设有透气孔。
7.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于：所述永磁体包括多个瓦片状单体以及转子铁芯，且所述多个瓦片状单体分别贴于所述转子铁芯上；所述第一隔磁环和所述第二隔磁环分别为圆环状。
8.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于：所述外层护套采用碳纤维复合材料加工而成；所述内层护套采用合金材料加工而成。
9.一种高速永磁电机，其特征在于：包括定子以及如权利要求1-8中任一项所述的电机转子。
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