CN108757735A - 一种磁悬浮电机转子的复合型轴套结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁悬浮电机转子的复合型轴套结构，包括过渡套本体、隔磁环和检测环，所述隔磁环和检测环分别设于过渡套本体的两侧，且隔磁环和检测环均与过渡套本体之间过盈配合；检测环套设于过渡套本体上，且检测环的外壁面与过渡套本体的外壁面相齐平；隔磁环一端穿设于过渡套本体内，且隔磁环的外壁面与过渡套本体的外壁面相齐平；所述过渡套本体采用高合金钢制成，隔磁环采用奥氏体不锈钢制成，检测环采用镍基合金制成。本发明合理利用不同材料的特性，通过结构设计使之取长补短，达到整体最佳的性能，零件成本低，容易生产，提高产量。
Description
技术领域：
本发明涉及一种磁悬浮电机转子的复合型轴套结构。
背景技术：
磁悬浮高速永磁电机的转子结构较为复杂，经常对芯轴材料各个不同方面的性能都有较高的要求，因此导致材料选择困难、材料价格高昂。
芯轴过渡套就是其中一个较为典型的零件，芯轴过渡套外形简单，是一个厚壁空心圆筒。但它的材料需要兼顾不同的性能要求：
1)由于其一端需要接触转子永磁体，所以要求材料不导磁；
导磁材料会导致永磁体磁极之间产生漏磁，从而降低永磁电机转子的有效磁通，使电机最大功率下降，造成永磁材料的浪费。
2)由于转子需要高速旋转，所以要求材料强度足够高；
空心的芯轴过渡套在旋转时内径膨胀会大于实心的芯轴，因此在装配时需要较大的过盈量以保证过渡套不会从芯轴上松脱。由于磁悬浮电机的转速大多在20000转以上，所以通常要求芯轴过渡套材料的强度在500Mpa以上，需要使用合金钢材料。
3)由于需要和芯轴(碳钢)过盈配合，所以要求热膨胀系数接近；
永磁电机转子在工作时会有较大的发热，转子温度常常可以达到100℃以上。因此如果过渡套材料的热膨胀系数比芯轴材料大，就有松脱可能。
4)由于要避免干扰位移传感器，所以要求材料剩磁要低。
转子旋转时，转子上的被检测材料自身的磁性会在位移传感器线圈内产生感应电流，造成信号干扰。所以被检测材料最好剩磁较低。
综合考虑上述要求，只有一些镍基合金能够完全满足性能要求，但是这些镍基合金的价格是一般轴类零件常用合金钢的10～20倍；而且镍基合金的加工十分困难，加工工艺复杂；同时合金中大量使用的合金元素也会浪费宝贵的工业资源，对环保和节约资源都不利。
发明内容：
本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种磁悬浮电机转子的复合型轴套结构。
本发明所采用的技术方案有：一种磁悬浮电机转子的复合型轴套结构，包括过渡套本体、隔磁环和检测环，所述隔磁环和检测环分别设于过渡套本体的两侧，且隔磁环和检测环均与过渡套本体之间过盈配合；检测环套设于过渡套本体上，且检测环的外壁面与过渡套本体的外壁面相齐平；隔磁环一端穿设于过渡套本体内，且隔磁环的外壁面与过渡套本体的外壁面相齐平；
所述过渡套本体采用合金钢制成，隔磁环采用奥氏体不锈钢制成，检测环采用镍基合金制成。
进一步地，所述渡套本体一端的外壁上设有第一台阶部，检测环套设于第一台阶部上，第一台阶部的轴向长度与检测环的轴向高度相等。
进一步地，所述渡套本体另一端的内腔壁上设有内凹的第二台阶部，在隔磁环上设有与第二台阶部相适配的凸台部，凸台部与第二台阶部之间过盈配合。
本发明具有如下有益效果：
1)合理利用不同材料的特性，通过结构设计使之取长补短，达到整体最佳的性能：
本发明利用了奥氏体不锈钢不导磁的优点作为隔磁环，同时利用轴类合金钢的强度和低热膨胀率来弥补不锈钢的强度和热膨胀弱点。通过使两个环状零件局部嵌套的方式，使二者的特性能够取长补短、满足零件整体性能的需要。而在同时需要电磁、力学、热力学综合性的部位才使用价格较贵的特殊合金材料，又降低了材料成本。
2)零件成本低：
复合型芯轴过渡套的镍基合金使用量仅为原型的10～20％，材料成本仅为原型的20～25％，加工成本约为原型的50～60％(单工序工时减少，但工序增多)。如果能够采用粉末冶金烧结工艺，省略镍基合金的车削加工，还可以将合金元素的用量减少至原型的2％左右。
3)容易生产，提高产量：
由于采用了容易加工的普通钢材，所以切削加工速度快、产量高。虽然增加了零件数量，但每个成品的工时消耗反而能够得到降低。
附图说明：
图1为本发明结构图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明公开一种磁悬浮电机转子的复合型轴套结构，包括过渡套本体1、隔磁环2和检测环3，隔磁环2和检测环3分别设于过渡套本体1的两侧，且隔磁环2与过渡套本体1之间以及检测环3与过渡套本体1之间均为过盈配合。
检测环3套设于过渡套本体1上，且检测环3的外壁面与过渡套本体1的外壁面相齐平；隔磁环2一端穿设于过渡套本体1内，且隔磁环2的外壁面与过渡套本体1的外壁面相齐平。
渡套本体1一端的外壁上设有第一台阶部11，检测环3套设于第一台阶部11上，第一台阶部11的轴向长度与检测环3的轴向高度相等。
渡套本体1另一端的内腔壁上设有内凹的第二台阶部12，在隔磁环2上设有与第二台阶部12相适配的凸台部，凸台部与第二台阶部12之间过盈配合。
本发明中的过渡套本体1采用合金钢制成，承受旋转载荷并固定其他零件，同时热膨胀也与碳钢接近；安装时，由于轴类合金钢是导磁材料，因此过渡套本体不可与转子永磁体接触，也不可以作为位移传感器的检测面。
接触永磁体部位的隔磁环2采用奥氏体不锈钢制成，但是由于奥氏体不锈钢的强度低、热膨胀率大，所以在转子工作时隔磁环2的离心力和热膨胀会使其内孔变大，从而导致与芯轴的过盈配合变小、甚至松脱。为了防止零件的过盈配合失效，需要额外提供一个向内的径向压紧力来抵消隔磁环2的工作变形。
由于上述过渡套本体1所采用的合金钢在工作时径向变形比隔磁环2小，所以本专利中通过隔磁环2上的凸台部与第二台阶部12的过盈配合，用过渡套本体1来约束隔磁环2的径向膨胀。
检测环3采用镍基合金制成。仅在传感器检测面附近用镍基合金，确保导磁性、强度、剩磁、热膨胀率的综合性能。
隔磁环2与过渡套本体1之间为过盈配合，以便将隔磁环2的离心载荷转移给过渡套本体1，由后者约束隔磁环2的径向变形趋势。三个零件套装完成后，在磨床上修磨内孔，以便过渡套整体与芯轴过盈热装。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种磁悬浮电机转子的复合型轴套结构，其特征在于：包括过渡套本体(1)、隔磁环(2)和检测环(3)，所述隔磁环(2)和检测环(3)分别设于过渡套本体(1)的两侧，且隔磁环(2)和检测环(3)均与过渡套本体(1)之间过盈配合；检测环(3)套设于过渡套本体(1)上，且检测环(3)的外壁面与过渡套本体(1)的外壁面相齐平；隔磁环(2)一端穿设于过渡套本体(1)内，且隔磁环(2)的外壁面与过渡套本体(1)的外壁面相齐平；
所述过渡套本体(1)采用合金钢制成，隔磁环(2)采用奥氏体不锈钢制成，检测环(3)采用镍基合金制成。
2.如权利要求1所述的磁悬浮电机转子的复合型轴套结构，其特征在于：所述渡套本体(1)一端的外壁上设有第一台阶部(11)，检测环(3)套设于第一台阶部(11)上，第一台阶部(11)的轴向长度与检测环(3)的轴向高度相等。
3.如权利要求1所述的磁悬浮电机转子的复合型轴套结构，其特征在于：所述渡套本体(1)另一端的内腔壁上设有第二台阶部(12)，在隔磁环(2)上设有与第二台阶部(12)相适配的凸台部，凸台部与第二台阶部(12)之间过盈配合。
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