CN111082566A - 高速电机转轴结构、装配方法及带有该结构的电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速电机转轴结构、装配方法及带有该结构的电机，涉及电机技术领域，主要目的是解决现有技术中存在的永磁电机转轴性能差的技术问题。该高速电机转轴结构包括磁钢结构和分别设置在所述磁钢结构两端的前轴和后轴，所述磁钢结构包括第一磁钢和第二磁钢，所述第一磁钢至少部分覆盖在所述第二磁钢的外周侧壁上且所述第一磁钢的矫顽力大于所述第二磁钢的矫顽力；所述第一磁钢由钐钴材料加工而成，所述第二磁钢由汝铁硼材料加工而成；所述第一磁钢为环状结构且所述第一磁钢沿所述第二磁钢的轴线方向套设在所述第二磁钢上并至少部分覆盖所述第二磁钢的外侧壁。本发明能够提供一种抗退磁能力强、耐高温的永磁电机。

Description

高速电机转轴结构、装配方法及带有该结构的电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种高速电机转轴结构、装配方法及带有该结构的电机。

背景技术

电机是依据电磁感应定律实现机电能量转换或传递的一种电磁装置，其主要作用是产生驱动转矩来为电器或者各种机械装置提供动力。与传统的电励磁电机相比，永磁电机具有转矩转速特性好、效率高和控制方便等优点，得到了广泛的使用。永磁电机中所选用的永磁材料多为钕铁硼磁钢。钕铁硼磁钢材料具有剩余磁密高、较高矫顽力、高磁能积的特点，性能良好，被广泛应用于各种永磁电机转轴中。但是，钕铁硼磁钢材料虽然磁性能好，但是具有高温下易退磁的缺点，由于电机的工作环境复杂，有时还会伴随特殊的使用环境，因此多要求电机能够适应复杂的运行工况和较高的温度运行环境等，钕铁硼磁钢材料不耐高温的缺点会导致永磁电机的综合性能显著下降。

为了解决该问题，部分永磁电机选择使用钐钴永磁材料来加工电机转轴，钐钴永磁材料具有较高的矫顽力，但是其具有磁性能较弱、成本较高的缺点，也会影响永磁电机的综合性能。

因此，为了解决上述问题，需要研发出一种新型的电机转轴结构。

发明内容

本发明的目的在于提供高速电机转轴结构、装配方法及带有该结构的电机，以解决现有技术中存在的永磁电机转轴性能差的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的高速电机转轴结构，包括磁钢结构和分别设置在所述磁钢结构两端的前轴和后轴，所述磁钢结构包括第一磁钢和第二磁钢，所述第一磁钢至少部分覆盖在所述第二磁钢的外周侧壁上且所述第一磁钢的矫顽力大于所述第二磁钢的矫顽力。

该高度电机转轴结构为三段式结构，由左至右分别为前轴、磁钢结构和后轴，其中磁钢结构由两种矫顽力不同的磁钢材料组成，分别为第一磁钢和第二磁钢，由于第一磁钢具有较好的矫顽力且第一磁钢位于第二磁钢的外周侧，因此该转轴结构在使用时具有较好的抗退磁能力。

在上述技术方案中，优选的，所述第一磁钢由钐钴材料加工而成，所述第二磁钢由汝铁硼材料加工而成。

在上述技术方案中，优选的，所述第一磁钢和所述第二磁钢的充磁方向相同。

在上述技术方案中，优选的，所述第一磁钢为环状结构且所述第一磁钢沿所述第二磁钢的轴线方向套设在所述第二磁钢上并至少部分覆盖所述第二磁钢的外侧壁。

在上述技术方案中，优选的，所述第一磁钢的厚度小于所述第二磁钢的厚度，以便于降低生产成本。

在上述技术方案中，优选的，所述第一磁钢在轴线方向上的长度不大于所述第二磁钢。

上述设置不仅可以降低转轴的生产成本，同时也可以使该转轴结构具有较好的抗退磁能力。

在上述技术方案中，优选的，所述前轴和所述后轴均由非导磁材料制成。

在上述技术方案中，优选的，该转轴结构还包括环形护套，所述护套套设在所述第一磁钢外侧且包裹部分所述前轴和所述后轴。

在上述技术方案中，优选的，所述前轴和/或所述后轴的外周侧朝向轴线方向凹陷并形成台阶结构，所述护套通过所述台阶结构与所述前轴和/或所述后轴相连。

在上述技术方案中，优选的，所述护套与所述第一磁钢、所述前轴和所述后轴之间通过过盈配合的方式固定连接。

在上述技术方案中，优选的，所述第二磁钢外周侧还设置有用于减小涡流损耗的环形屏蔽罩，所述屏蔽罩将所述第一磁钢和所述第二磁钢隔离开来。

由于永磁体在工作时其表面会产生涡流损耗，这一损耗对导致永磁体升温进而影响永磁体的磁性强弱。该环形的屏蔽罩结构能够将涡流损耗转移到自身，从而解决永磁体局部温度过高的问题，同时也可以将电机转轴内产的热量迅速传递出去，从而降低电机的温升。

在上述技术方案中，优选的，所述屏蔽罩通过粘贴的方式固定设置在所述第一磁钢和所述第二磁钢之间。

本发明还提供了一种高速电机转轴结构的装配方法，包括以下步骤：

(1)将所述前轴与所述第二磁钢对齐，随后将所述第一磁钢固定在所述第二磁钢的外周侧；

(2)将所述后轴固定在所述第二磁钢远离所述前轴的一端。

在上述技术方案中，优选的，所述第一磁钢和所述第二磁钢之间还通过粘贴的方式固定设置有屏蔽罩。

在上述技术方案中，优选的，所述转轴还包括护套，所述护套的长度大于所述磁钢结构的长度，所述护套通过过盈配合的方式与所述前轴、所述磁钢结构和所述后轴依次相连。

在上述技术方案中，优选的，所述护套与所述前轴、所述磁钢结构和所述后轴之间过盈配合的具体步骤包括：

(1)对所述护套进行加热；

(2)将所述护套的一端与所述磁钢结构和所述前轴的外周过盈连接，另一端与所述后轴过盈连接。

本发明还提供了一种电机，包括上述任一项所述的高速电机转轴结构。

相比于现有技术，本发明提供了一种高速电机转轴结构，该转轴结构沿轴线方向依次设置有前轴、磁钢结构和后轴，其中磁钢结构包括套设在一起的第一磁钢和第二磁钢，其中第二磁钢为柱状结构，第一磁钢套设在第二磁钢的外周侧，由于第一磁钢的矫顽力大于第二磁钢的矫顽力，因此该转轴与传统的转轴相比具有更好的抗退磁能力，有效提高了永磁电机的转轴性能。

本发明的优选技术方案至少还可以产生如下技术效果：由于第一磁钢由钐钴材料加工而成，第二磁钢由汝铁硼材料加工而成；因此该高速电机转轴在具有较好的抗退磁能力的同时也具有较高的磁性能；第一磁钢和第二磁钢具有相同的充磁方向；固定设置在第一磁钢和第二磁钢之间的环形屏蔽罩能够有效帮助降低永磁体的温度，避免永磁体在高温影响下磁性降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中汝铁硼磁钢的退磁磁密云图；

图2是本发明实施例中高速电机转轴的退磁磁密云图；

图3是现有技术中汝铁硼磁钢的退磁电流仿真图；

图4是本发明实施例中高速电机转轴的退磁电流仿真图；

图5是本发明实施例中高速电机转轴结构的剖面结构示意图；

图6是本发明实施例中高速电机转轴结构的爆炸图。

图中：1、第一磁钢；2、第二磁钢；3、前轴；4、后轴；5、护套；6、台阶结构；7、屏蔽罩。

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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

附图1是现有技术中汝铁硼磁钢的退磁磁密云图；附图2是本发明实施例中高速电机转轴的退磁磁密云图；通过对比图1和图2能够清楚的看出，本发明实施例中的高速电机转轴结构具有更好的抗退磁能力。

附图3是现有技术中汝铁硼磁钢的退磁电流仿真图；附图4是本发明实施例中高速电机转轴的退磁电流仿真图；当磁钢上最小B＝0.2T时，此时两种不同的磁钢结构中的电流相差较大，图3中的曲线明显低于图4，说明图3中的高速电机转轴性能低于图4中的高速电机转轴。

附图5是本发明实施例中高速电机转轴结构的剖面结构示意图；从图中可以看出，该转轴结构包括三部分，从左至右依次为前轴、第二磁钢和后轴，其中第一磁钢套设在第二磁钢外侧且第一磁钢和第二磁钢之间设置有屏蔽罩，护套套设在上述三部分的外侧从而将上述组件固定在一起形成一个完整的高速电机转轴结构。

附图6是本发明实施例中高速电机转轴结构的爆炸图；图中可以清楚的看到，前轴和后轴朝向第二磁钢一侧均设置有台阶结构，护套通过该台阶结构与前轴和后轴固定连接。

本发明提供了一种高速电机转轴结构，该高速电机转轴为三段式结构，沿转轴的轴线方向依次设置有前轴3、磁钢结构和后轴4，其中磁钢结构为混合式，包括两种性能完全不同的永磁体材料，分别为第一磁钢1和第二磁钢2，其中第一磁钢1的矫顽力大于第二磁钢2的矫顽力，第二磁钢2的磁性大于第一磁钢1的磁性，在装配时设置第一磁钢1至少部分覆盖在第二磁钢2的外侧壁上，从而保证在使用时第二磁钢2能够免收外界环境干扰而影响磁性，同时第二磁钢2的高磁性也能够有效保证该高速电机转轴结构的性能。

需要注意的是，在使用时，第一磁钢1和第二磁钢2的充磁方向相同，且均采用平行充磁的方式进行充磁。

作为可选地实施方式，第一磁钢1为环状结构且第一磁钢1沿第二磁钢2的轴线方向套设在第二磁钢2上并至少部分覆盖第二磁钢2的外侧壁。由于第一磁钢1具有较好的矫顽力且第一磁钢1位于第二磁钢2的外周侧，因此在使用时能够有效提高该转轴结构的抗退磁能力。

在实际生产加工过程中，可以设置第一磁钢1由钐钴材料加工而成，第二磁钢2由汝铁硼材料加工而成；但是第一磁钢1和第二磁钢2并不仅限于由上述两种材质加工，任何符合设计要求(第二磁钢2具有高剩余磁密、高磁能积的特性；第一磁钢1具有耐高温、高矫顽力的特性)的材质均可用于第一磁钢1和第二磁钢2的加工制作。

具体的，第二磁钢2为柱状实心结构，第一磁钢1设置在第二磁钢2的外侧，也就是说，沿该转轴结构的轴线方向向外延伸分别为第一磁钢1和第二磁钢2。第一磁钢1与第二磁钢2相贴合处可以是圆滑的弧面结构，也可以是相互咬合或相互啮合的凹凸结构。

作为可选地实施方式，第一磁钢1在轴线方向上的长度不大于第二磁钢2。也就是说，第一磁钢1可以完全包裹在第二磁钢2除两个端面以外的外侧壁上，也可以仅包裹第二磁钢2的部分外侧壁；当第一磁钢1完全包裹第二磁钢2的外侧壁时，此时该高速电机转轴结构的抗退磁能力相对较好。

需要注意的是，该高速电机转轴结构的抗退磁能力增加的程度与第一磁钢1的厚度呈正比，在设计时可以根据具体需求来选择第一磁钢1的厚度。作为可选地实施方式，第一磁钢1的厚度小于第二磁钢2的厚度(也可以说第一磁钢1的厚度小于第二磁钢2的直径)，以降低转轴的生产成本。

通过对比图1～图4可以看出，本方案中的高速电机转轴结构与传统的单层高速电机转轴相比，其抗退磁能力提升了约13.7％。

作为可选地实施方式，该转轴结构还包括前轴3和后轴4，其中前轴3和后轴4分别设置在第二磁钢2的两端，如图5所示；前轴3和后轴4均由非导磁材料制成。需要注意的是，前轴3、磁钢结构和后轴4的轴线位于同一直线上，也就是说，上述三者同轴连接。

由于前轴3和后轴4均为非导磁材料，为了能够更好的将其于永磁体固定在一起，作为可选地实施方式，该转轴结构还包括环形护套5，护套5套设在第一磁钢1外侧且包裹部分前轴3和后轴4，从而使前轴3、后轴4和永磁体能够固定连接。表明护套沿轴线方向上的长度大于磁钢结构沿轴线方向上的长度。

具体的，护套5通过过盈配合的方式与永磁体、前轴3和后轴4固定连接，利用护套5与其他结构之间的过盈配合，能够更好的传递扭矩。

在装配过程中，为了方便定位护套5的位置，作为可选地实施方式，设置前轴3和/或后轴4的外周侧朝向轴线方向凹陷并形成台阶结构6，护套5通过台阶结构6与前轴3和/或后轴4相连。

具体的，该护套5由合金材料制成，该合金材料需要具有不导磁、抗拉强度高、高温下材料性能稳定、导热性好，优选镍基合金或钛合金等。在高速旋转时，由于护套5的保护作用，可使得永磁转子能够安全运行。

在实际使用的时候，第二磁钢2表面会产生涡流损耗，涡流损耗会导致永磁体发热，同时消耗电能，为了改善这一状况，避免影响永磁体的磁性能，作为可选地实施方式，设置第二磁钢2外周侧环绕有用于减小涡流损耗的环形屏蔽罩7，屏蔽罩7将第一磁钢1和第二磁钢2隔离开来。环形的屏蔽罩7结构能够将涡流损耗转移到自身，从而解决永磁体局部温度过高的问题，同时也可以将电机转轴内产的热量迅速传递出去，从而降低电机的温升。

该环形屏蔽罩7能完全的将第二磁钢2的外侧壁包裹起来，在实际生产过程中，屏蔽罩7可以有多层。

作为可选地实施方式，屏蔽罩7通过高粘度胶(如环氧树脂胶等)粘接固化，从而固定在第一磁钢1和第二磁钢2之间。

具体的，该屏蔽罩7由铜材料加工而成。

本发明还提供了一种高速电机转轴结构的装配方法，该高速电机转轴结构所包括的相关组件如图6所示，其中最重要的是第一磁钢1和第二磁钢2，第一磁钢1套设在第二磁钢2外周侧，其具体装配步骤如下：

(1)将前轴与第二磁钢对齐，随后将第一磁钢固定在第二磁钢的外周侧；

(2)将后轴固定在第二磁钢远离前轴的一端。

作为可选地实施方式，第一磁钢1和第二磁钢2之间还通过粘贴的方式固定设置有屏蔽罩7。

作为可选地实施方式，转轴还包括护套5，护套5的长度大于磁钢结构的长度(轴线方向而言)，护套5通过过盈配合的方式与前轴3、磁钢结构和后轴4依次相连。通过护套可以分别实现前轴3与磁钢结构之间固定连接，后轴与磁钢结构之间固定连接。

作为可选地实施方式，护套5与前轴3、磁钢结构和后轴4之间过盈配合的具体步骤包括：

(1)对护套5进行加热；

(2)将护套5的一端与磁钢结构和前轴3的外周过盈连接，另一端与后轴过盈连接。

具体的，在装配时，可以选择先将第一磁钢1、屏蔽罩7和第二磁钢2装配在一起，随后依次装配前轴3、护套5和后轴4；也可以选择先将前轴3和第二磁钢2装配在一起，随后依次装配屏蔽罩7、第一磁钢1、护套5和后轴4；上述第二种装配顺序的具体装配步骤如下：

(1)将第二磁钢2固定在前轴3的右端面上并通过磁钢定位的方式使第二磁钢2与前轴3的轴线位于同一直线上；

(2)将屏蔽罩7包裹在第二磁钢2的外周侧上，随后将第一磁钢1套设在铜屏蔽罩7的表面并选用高粘度胶使其黏结固化；

(3)将加热至一定温度的合金护套5一次性热装在前轴3和第一磁钢1的外表面，同时将后轴4迅速沿护套5右侧开口放入，此时后轴4的轴线与前轴3的轴线在同一直线上；随后使用工装压住后轴4承转子，保证后轴4承转子与该转轴的配合端面无间隙，使第一磁钢1、第二磁钢2、护套5、前轴3和后轴4紧密的固定在一起并自然冷却，完成该高速电机转轴的装配工作，最终转轴的横截面结构如图5所示。

通过上述方式装配出的高速电机转轴具有较好的耐高温性能和抗退磁性能。

本发明还提供了一种电机，包括上述任一项的高速电机转轴结构，使用该高速电机转轴结构的电机也具有较好的耐高温性能和抗退磁性能，电机能够适应更加多变的环境，从而确保了电机的可靠性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种高速电机转轴结构，其特征在于，包括磁钢结构和分别设置在所述磁钢结构两端的前轴和后轴，所述磁钢结构包括第一磁钢和第二磁钢，所述第一磁钢至少部分覆盖在所述第二磁钢的外周侧壁上且所述第一磁钢的矫顽力大于所述第二磁钢的矫顽力。

2.根据权利要求1所述的高速电机转轴结构，其特征在于，所述第一磁钢为环状结构且所述第一磁钢沿所述第二磁钢的轴线方向套设在所述第二磁钢上并至少部分覆盖所述第二磁钢的外侧壁。

3.根据权利要求2所述的高速电机转轴结构，其特征在于，所述第一磁钢的厚度小于所述第二磁钢的厚度。

4.根据权利要求1所述的高速电机转轴结构，其特征在于，所述第一磁钢在轴线方向上的长度不大于所述第二磁钢。

5.根据权利要求1所述的高速电机转轴结构，其特征在于，所述第一磁钢由钐钴材料加工而成，所述第二磁钢由汝铁硼材料加工而成。

6.根据权利要求1所述的高速电机转轴结构，其特征在于，所述前轴和所述后轴均由非导磁材料制成。

7.根据权利要求1所述的高速电机转轴结构，其特征在于，该转轴结构还包括环形护套，所述护套套设在所述第一磁钢外侧且包裹部分所述前轴和所述后轴。

8.根据权利要求7所述的高速电机转轴结构，其特征在于，所述前轴和/或所述后轴的外周侧朝向轴线方向凹陷并形成台阶结构，所述护套通过所述台阶结构与所述前轴和/或所述后轴相连。

9.根据权利要求7所述的高速电机转轴结构，其特征在于，所述护套与所述第一磁钢、所述前轴和所述后轴之间通过过盈配合的方式固定连接。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的高速电机转轴结构，其特征在于，所述第二磁钢外周侧还设置有用于减小涡流损耗的环形屏蔽罩，所述屏蔽罩将所述第一磁钢和所述第二磁钢隔离开来。

11.根据权利要求10所述的高速电机转轴结构，其特征在于，所述屏蔽罩通过粘贴的方式固定设置在所述第一磁钢和所述第二磁钢之间。

12.一种电机，其特征在于，包括权利要求1～11中任一项所述的高速电机转轴结构。

13.一种如权利要求1～11中任一项所述的高速电机转轴结构的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将所述前轴与所述第二磁钢对齐，随后将第一磁钢固定在所述第二磁钢的外周侧；

(2)将所述后轴固定在所述第二磁钢远离所述前轴的一端。

14.根据权利要求13所述的高速电机转轴结构的装配方法，其特征在于，所述第一磁钢和所述第二磁钢之间还通过粘贴的方式固定设置有屏蔽罩。

15.根据权利要求13或14所述的高速电机转轴结构的装配方法，其特征在于，所述转轴还包括护套，所述护套的长度大于所述磁钢结构的长度，所述护套通过过盈配合的方式与所述前轴、所述磁钢结构和所述后轴依次相连。

16.根据权利要求15所述的高速电机转轴结构的装配方法，其特征在于，所述护套与所述前轴、所述磁钢结构和所述后轴之间过盈配合的具体步骤包括：

(1)对所述护套进行加热；

(2)将所述护套的一端与所述磁钢结构和所述前轴的外周过盈连接，另一端与所述后轴过盈连接。

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