CN109904957A - 一种磁悬浮电机转子及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁悬浮电机转子及其加工工艺，该磁悬浮电机转子包括第一芯轴、第二芯轴、永磁体、转子套，所述永磁体固定在所述第一芯轴与所述第二芯轴之间，且所述第一芯轴、所述第二芯轴、所述永磁体的中心轴线在同一直线上；所述转子套套设在所述永磁体的外表面，且所述转子套的第一端位于所述第一芯轴上，所述转子套的第二端位于所述第二芯轴上。本发明的磁悬浮电机转子在中部采用稀土永磁材料的永磁体，有效降低退磁导致的风险，大大提高了磁悬浮电机的效率和使用寿命；通过灌装式和热装法的加工工艺，有效解决了磁悬浮电机转子加工难、性能不稳定的问题，保证磁悬浮电机高效、稳定的运行。

Description

一种磁悬浮电机转子及其加工工艺

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种磁悬浮电机转子及其加工工艺。

背景技术

随着科学技术的发展和生产的需求，磁悬浮高速电机已成为国际电工领域研究的热点之一。由于磁悬浮高速电机具有能量密度高、结构尺寸小、效率高等优点，目前已经广泛应用于微型燃气轮机、高速离心压缩机、分子泵、高速加工中心、飞轮储能等工业领域，并且其应用范围仍在不断扩大。

磁悬浮电机在工作过程中，电机转子的稳定性是保证电机平稳、高效运行的关键。电机转子的永磁体的磁性能、转子本身的动平衡性都直接影响磁悬浮电机的工作性能。因此，研发一种高效稳定的磁悬浮电机转子，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的磁悬浮电机转子及其加工工艺。具体地，本发明提供一种新型、高效、高稳定性的磁悬浮电机转子及其加工工艺。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种磁悬浮电机转子，所述磁悬浮电机转子包括第一芯轴、第二芯轴、永磁体、转子套，所述永磁体固定在所述第一芯轴与所述第二芯轴之间，且所述第一芯轴、所述第二芯轴、所述永磁体的中心轴线在同一直线上；所述转子套套设在所述永磁体的外表面，且所述转子套的第一端位于所述第一芯轴上，所述转子套的第二端位于所述第二芯轴上。

其中，所述磁悬浮电机转子还包括两组传感器组件和两组径向磁轴承组件，在所述径向磁轴承组件和所述传感器组件依次排列在所述转子套的两端、套设在所述第一芯轴和所述第二芯轴上。

其中，所述传感器组件包括第一传感器固定块、第二传感器固定块和传感器，所述传感器固定在所述第一传感器固定块和所述第二传感器固定块之间；所述传感器包括若干叠加在一起的硅钢片，所述第一传感器固定块和所述第二传感器固定块采用非导磁材料。

其中，所述径向磁轴承组件包括第一轴承固定块、第二轴承固定块和径向磁轴承，所述径向磁轴承固定在所述第一轴承固定块和所述第二固定块之间；所述径向磁轴承包括若干叠加设置的硅钢片，所述第一轴承固定块和所述第二轴承固定块采用合金钢材料。

其中，所述磁悬浮电机转子还包括推力盘，所述推力盘套设在所述第二芯轴的端部。

其中，在所述第一芯轴与所述永磁体之间、所述永磁体与所述第二芯轴之间分别设置有一块磁铁固定块；所述磁铁固定块采用非导磁合金材质。

其中，所述第一芯轴和所述第二芯轴均为合金钢材质，所述转子套采用不锈钢或碳纤维材质，所述永磁体采用稀土永磁材料。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种磁悬浮电机转子的加工工艺，所述磁悬浮电机转子采用灌装式和热装法相结合的加工方法。

其中，所述加工工艺包括：

S1)将第一芯轴、永磁体、第二芯轴依次用粘合剂粘在一起，同时确保所述第一芯轴、所述永磁体、所述第二芯轴的中心轴线在同一条直线上，形成芯轴组件；

S2)采用热装法装配转子套：将所述转子套加热至室温+200～+350℃后，套设在所述芯轴组件的中部；

S3)将径向磁轴承组件与传感器组件加热至室温+200～+300℃后，在所述第一芯轴和所述第二芯轴上分别依次套设一个所述径向磁轴承组件和一个所述传感器组件；

S4)将推力盘加热至室温+200～+350℃后，套设在所述第二芯轴的端部，与所述传感器组件相接触，完成转子组件；

S5)冷却至室温后，对所述转子组件的外形进行精加工至预设尺寸。

其中，所述第一芯轴与所述永磁体之间、所述永磁体与所述芯轴之间分别粘结有磁铁固定块，所述磁铁固定块采用非导磁合金材质。

本发明的磁悬浮电机转子在中部采用稀土永磁材料的永磁体，有效降低退磁导致的风险，大大提高了磁悬浮电机的效率和使用寿命；通过灌装式和热装法的加工工艺，有效解决了磁悬浮电机转子加工难、性能不稳定的问题，保证磁悬浮电机高效、稳定的运行。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了本发明的磁悬浮电机转子的结构示意图；

图2示例性地示出了传感器组件的结构示意图；

图3示例性地示出了径向磁轴承组件的结构示意图；

图4示例性地示出了本发明的磁悬浮电机转子的加工流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明采用稀土永磁材料作为永磁体，利用灌装式的装配工艺将永磁体设计在转子的中部，并利用转子套和磁铁固定块进行高频磁场屏蔽，避免永磁体的高频磁场对转子的其它部件造成影响，同时减少了永磁体的高频附加损耗，保证磁悬浮电机的效率和使用寿命。另外，通过灌装式和热装法相结合，有效简化磁悬浮电机转子的加工工艺，提高加工效率，同时保证其结构稳定，保证磁悬浮电机的稳定运行。

下面结合附图，对根据本发明所提供的磁悬浮电机转子及其加工工艺进行详细说明。

图1示出了本发明的磁悬浮电机转子的结构示意图，参照图1所示，本发明的磁悬浮电机转子包括第一芯轴1、第二芯轴2、永磁体3、转子套4，永磁体3固定在第一芯轴1与第二芯轴2之间，且第一芯轴1、第二芯轴2、永磁体3的中心轴线在同一直线上；转子套4套设在永磁体3的外表面，且转子套4的第一端位于第一芯轴1上，转子套4的第二端位于第二芯轴2上。

本发明的磁悬浮电机转子还包括两组传感器组件5和两组径向磁轴承组件6，在径向磁轴承组件6和传感器组件5依次排列在转子套4的两端、套设在第一芯轴1和第二芯轴2上。

图2示出了传感器组件的一种具体实施例的结构示意图，参照图2所示，传感器组件5包括第一传感器固定块51、第二传感器固定块52和传感器53，其中，传感器53固定在第一传感器固定块51和第二传感器固定块52之间。

具体地，传感器53包括若干叠加在一起的硅钢片，用于实时检测电机转子在工作状态下的空间位置，即是否发生中心偏移，并将检测结果反馈给控制器，由控制器调节径向/轴向磁轴承线圈的电流大小来控制磁力大小，从而确保电机转子始终保持在设定的位置上。第一传感器固定块51和第二传感器固定块52分别位于传感器53的两侧，对传感器53进行压紧固定，采用非导磁材料，例如不锈钢或者其它不导磁的合金材质，以减少高频磁场对传感器53的干扰，有效提高传感器53的检测精度。

在图2所示的实施例中，在第二传感器固定块52的中部设置有凹槽，传感器53嵌入该凹槽内，并利用第一传感器固定块51进行压紧，然后通过若干固定件54(例如螺栓)将第一传感器固定块51和第二传感器固定块52进行锁紧。

图3示出了径向磁轴承组件的一种具体实施例的结构示意图，参照图3所示，在本实施例中，径向磁轴承组件6包括第一轴承固定块61、第二轴承固定块62和径向磁轴承63，径向磁轴承63固定在第一轴承固定块61和第二固定块之间。

具体地，径向磁轴承63包括若干叠加设置的硅钢片，第一轴承固定块61和第二轴承固定块62采用合金钢材料，例如热处理后的45#钢，可以起到保护和压紧径向磁轴承63的作用。

返回图1所示，本发明的磁悬浮电机转子还包括推力盘7，推力盘7套设在第二芯轴2的端部。推力盘7作为磁悬浮电机的电磁力传递元件，用以实现对电机转子的轴向位置的控制。

一个典型的实施例中，在第一芯轴1与永磁体3之间、永磁体3与第二芯轴2之间分别设置有一块磁铁固定块8，用于在固定永磁体与芯轴之间的位置关系的同时，隔离永磁体的磁场作用。具体地，磁铁固定块8采用非导磁合金材质，例如不锈钢或其它不导磁的合金材质，可以对永磁体3的高频磁场起到很好的屏蔽作用。

具体地，第一芯轴1和第二芯轴2均为合金钢材质，例如可以采用热处理后的45#钢，以保证转子芯轴的强度。

转子套4采用高强度的合金材料或者复合材料，例如可以采用高强度不锈钢或碳纤维材质，以承受转子高速旋转时产生的巨大离心力，以达到饱和永磁体3的目的。同时，转子套4能够对高频磁场起到一定的屏蔽作用，减少永磁体3中的高频附加损耗，同时合金或复合材料材质的转子套4导热性能好，有利于永磁体3的散热，降低转子因过热而产生失磁的危险。

本发明中，永磁体3采用稀土永磁材料，例如，钕铁硼永磁材料、钐钴永磁材料。稀土永磁材料比一般磁铁的磁性强5倍以上，其抗压强度达1000MP，而抗拉强度一般低于其抗压强度的十分之一。

本发明的磁悬浮电机转子结构合理、稳定，转子的动平衡性好，磁转换率可达97％。采用稀土永磁材料的永磁体不易退磁，降低了因退磁而导致的风险，大大提高了磁悬浮电机的效率和使用寿命。

相适应于上述的磁悬浮电机转子，本发明还提供了该磁悬浮电机转子的加工工艺，该磁悬浮电机转子采用灌装式和热装法相结合的加工方法。图4示出了该磁悬浮电机转子的一种具体加工流程图，参照图4所示，该加工工艺包括以下步骤：

S1)将第一芯轴1、永磁体3、第二芯轴2依次用粘合剂粘在一起，同时确保第一芯轴1、永磁体3、第二芯轴2的中心轴线在同一条直线上，形成芯轴组件；

S2)采用热装法装配转子套4：将转子套4加热至室温+200～+350℃后，套设在芯轴组件的中部；例如，可以加热至室温+280℃、+300℃或+315℃等；

S3)采用热装法装配径向磁轴承组件6和传感器组件5：将径向磁轴承组件6与传感器组件5加热至室温+200～+300℃(例如室温+210℃、+225℃、+238℃或者+245℃)后，在第一芯轴1和第二芯轴2上分别依次套设一个径向磁轴承组件6和一个传感器组件5；

S4)采用热装法装配推力盘7：将推力盘7加热至室温+200～+350℃(例如室温+235℃、+258℃、+260℃或+280℃等)后，套设在第二芯轴2的端部，与传感器组件5相接触，完成转子组件；

S5)精加工：冷却至室温后，对转子组件的外形进行精加工至预设尺寸。

另外，在精加工之后还包括：

S6)精磨：对精加工后的转子组件进行精磨外圆，以保证磁悬浮电机转子的外形尺寸和精度。

需要注意的是，在装配前，需对各零部件进行充分清洁，保证各配合面的清洁，以及各装配面上不得有划伤和磕碰。

在装配过程中采用过盈配合，根据过盈配合面的直径大小，调整相应的过盈量，示例性地，转子套4与芯轴组件的过盈量为0.18±0.05mm，传感器组件5和径向磁轴承组件6与芯轴组件之间的过盈量为0.08±0.05mm，推力盘7与第二芯轴2之间的过盈量为0.1±0.05mm。

其中，第一芯轴1与永磁体3之间、永磁体3与芯轴之间分别粘结有磁铁固定块8，磁铁固定块8采用非导磁合金材质。

本发明采用灌装式的加工工艺，加工过程简单，有效提高了加工效率，解决了磁悬浮电机转子加工难、性能不稳定的问题，保证了磁悬浮电机的高效、稳定运行，为磁悬浮技术的普及提供了强有力的支持。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种磁悬浮电机转子，其特征在于，所述磁悬浮电机转子包括第一芯轴(1)、第二芯轴(2)、永磁体(3)、转子套(4)，所述永磁体(3)固定在所述第一芯轴(1)与所述第二芯轴(2)之间，且所述第一芯轴(1)、所述第二芯轴(2)、所述永磁体(3)的中心轴线在同一直线上；所述转子套(4)套设在所述永磁体(3)的外表面，且所述转子套(4)的第一端位于所述第一芯轴(1)上，所述转子套(4)的第二端位于所述第二芯轴(2)上。

2.如权利要求1所述的磁悬浮电机转子，其特征在于，所述磁悬浮电机转子还包括两组传感器组件(5)和两组径向磁轴承组件(6)，在所述径向磁轴承组件(6)和所述传感器组件(5)依次排列在所述转子套(4)的两端、套设在所述第一芯轴(1)和所述第二芯轴(2)上。

3.如权利要求2所述的磁悬浮电机转子，其特征在于，所述传感器组件(5)包括第一传感器固定块(51)、第二传感器固定块(52)和传感器(53)，所述传感器(53)固定在所述第一传感器固定块(51)和所述第二传感器固定块(52)之间；

所述传感器(53)包括若干叠加在一起的硅钢片，所述第一传感器固定块(51)和所述第二传感器固定块(52)采用非导磁材料。

4.如权利要求2所述的磁悬浮电机转子，其特征在于，所述径向磁轴承组件(6)包括第一轴承固定块(61)、第二轴承固定块(62)和径向磁轴承(63)，所述径向磁轴承(63)固定在所述第一轴承固定块(61)和所述第二固定块之间；

所述径向磁轴承(63)包括若干叠加设置的硅钢片，所述第一轴承固定块(61)和所述第二轴承固定块(62)采用合金钢材料。

5.如权利要求1所述的磁悬浮电机转子，其特征在于，所述磁悬浮电机转子还包括推力盘(7)，所述推力盘(7)套设在所述第二芯轴(2)的端部。

6.如权利要求1所述的磁悬浮电机转子，其特征在于，在所述第一芯轴(1)与所述永磁体(3)之间、所述永磁体(3)与所述第二芯轴(2)之间分别设置有一块磁铁固定块(8)；所述磁铁固定块(8)采用非导磁合金材质。

7.如权利要求1所述的磁悬浮电机转子，其特征在于，所述第一芯轴(1)和所述第二芯轴(2)均为合金钢材质，所述转子套(4)采用不锈钢或碳纤维材质，所述永磁体(3)采用稀土永磁材料。

8.一种磁悬浮电机转子的加工工艺，其特征在于，所述磁悬浮电机转子采用灌装式和热装法相结合的加工方法。

9.如权利要求8所述的加工工艺，其特征在于，所述加工工艺包括：

S1)将第一芯轴(1)、永磁体(3)、第二芯轴(2)依次用粘合剂粘在一起，同时确保所述第一芯轴(1)、所述永磁体(3)、所述第二芯轴(2)的中心轴线在同一条直线上，形成芯轴组件；

S2)采用热装法装配转子套(4)：将所述转子套(4)加热至室温+200～+350℃后，套设在所述芯轴组件的中部；

S3)将径向磁轴承组件(6)与传感器组件(5)加热至室温+200～+300℃后，在所述第一芯轴(1)和所述第二芯轴(2)上分别依次套设一个所述径向磁轴承组件(6)和一个所述传感器组件(5)；

S4)将推力盘(7)加热至室温+200～+350℃后，套设在所述第二芯轴(2)的端部，与所述传感器组件(5)相接触，完成转子组件；

S5)冷却至室温后，对所述转子组件的外形进行精加工至预设尺寸。

10.如权利要求9所述的加工工艺，其特征在于，所述第一芯轴(1)与所述永磁体(3)之间、所述永磁体(3)与所述芯轴之间分别粘结有磁铁固定块(8)，所述磁铁固定块(8)采用非导磁合金材质。