CN112350505A - 一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构，该结构包括端盖轴套、端盖轴、止动盘、护套轴、磁芯和护套轴套。在确定电机转子组件即端盖轴套、端盖轴、止动盘、护套轴、磁芯和护套轴套装配部位尺寸参数的基础上，完成电机转子组件的加工。首先进行止动盘与护套轴装配，其次进行磁芯同护套轴的装配，然后进行端盖轴同止动盘、护套轴和磁芯的装配，在此基础上进行端盖轴套同端盖轴的装配以及护套轴套同护套轴的装配，最后进行电机转子的整体加工。该电机转子结构具有刚度大、传递功率与扭矩大等特点，可以提高电机的工作转速，增大电机的功率密度，同时具有良好的制造工艺性，有利用于提高电机的工作可靠性。

Description

一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构
技术领域
本发明属于闭式布雷顿循环发电系统结构设计领域，具体涉及一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构。
背景技术
闭式布雷顿循环发电系统作为一种新型动力形式，能够借助某种气体工质在闭式条件下通过吸收热量、膨胀做功、放热和压缩等热力循环过程实现热能向电能的转换。典型的闭式布雷顿循环发电系统在结构上主要包括涡轮、压气机、电机、回热器等部件。
电机作为闭式布雷顿循环发电系统中的核心部件之一，是系统实现机械能向电能高效转换的关键部件，对整个发电系统的稳定运行、可靠性与寿命有着十分重要的影响。电机转子作为闭式布雷顿循环发电系统电机中的高速旋转部件，转速可达几万转/分；为提高闭式布雷顿循环发电系统的功率密度，有的电机转子转速甚至达到十万转/分以上，电机转子结构一旦发生故障，不仅会导致电机无法正常工作，而且会引起闭式布雷顿循环发电系统的损坏。
闭式布雷顿循环发电系统中的电机转子通常采用永磁体材料，由于永磁体材料强度较低，为提高电机转子的转速，需要在电机转子的永磁体外侧加装金属护套，以提高转子的整体强度。电机转子加装金属护套后，为实现电机转子为发动机转子之间的连接，需要采用联轴器结构，但是联轴器结构的应用不仅会增大闭式布雷顿循环发电系统的体积和重量，还会加大电机转子与发动机转子的制造与装配难度，特别是对于高速转子结构。
因此，针对闭式布雷顿循环发电系统的转子结构特点，通过合理设计转子结构，既可以保证电机转子的高转速工作可靠性，又可以降低加大电机转子与发动机转子的制造与装配难度，提高闭式布雷顿循环发电系统的功率密度。
发明内容
本发明针对闭式布雷顿循环发电系统中的电机转子结构，提出一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构。该电机转子结构包括端盖轴套、端盖轴、止动盘、护套轴、磁芯和护套轴套。根据闭式热电转换系统高速永磁起发电机的结构参数，在确定端盖轴套、端盖轴、止动盘、护套轴、磁芯和护套轴套的尺寸参数的基础上，完成电机转子组件装配部位的加工。首先进行止动盘与护套轴装配，其次进行磁芯与护套轴的装配，然后进行端盖轴同止动盘、护套轴、磁芯的装配，在此基础上进行端盖轴套同端盖轴的装配以及护套轴套同护套轴的装配，最后进行电机转子的整体加工。该电机转子结构具有刚度大、传递扭矩大等特点，可以提高电机的工作转速，增大电机的功率密度，同时具有加工制造难度适中，有利用于保证电机的结构可靠性。
本发明的技术方案：
一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构，包括端盖轴套、端盖轴、止动盘、护套轴、磁芯、护套轴套。所述端盖轴套的外侧有同轴承相配合的圆柱面，所述端盖轴套的一侧端面及圆柱面同端盖轴的环形槽配合，所述端盖轴套同端盖轴的环形槽相配合的端面上均布有同止动盘上圆柱凸台相装配的盲孔，所述端盖轴套的中心部位有与端盖轴的光轴相装配的通孔；
所述端盖轴的一侧有与端盖轴套装配的环形槽和光轴，所述端盖轴的另一侧端面有同护套轴装配的圆柱面和内螺纹，所述端盖轴的圆柱面的底部有同止动盘上圆柱凸台相装配的通孔和透气孔；
所述止动盘的一侧为同护套轴和磁芯相装配的圆盘，止动盘的另一侧端面上均布有同端盖轴的通孔和盖轴套的止动盲孔相装配的圆柱凸台；
所述护套轴的一侧有安装磁芯和与止动盘相装配的套筒，所述护套轴的另一侧有与护套轴套装配的环形槽和光轴，所述护套轴的套筒边缘有同端盖轴的圆柱面和内螺纹相装配的外圆柱面和外螺纹，所述护套轴的套筒底部有同止动盘上圆柱凸台相装配的通孔和透气孔；
所述磁芯为实心圆柱体，所述磁芯安装在护套轴的套筒内，所述磁芯的两端同止动盘的圆盘端面贴紧；
所述护套轴套的外侧有同轴承相配合的圆柱面，所述护套轴套的一侧端面及圆柱面同护套轴的环形槽配合，所述护套轴套的中心部位有与护套轴的光轴相装配的通孔，所述护套轴套同护套轴的环形槽相配合的端面上均布有同止动盘上圆柱凸台相装配的盲孔。
上述闭式热电转换系统高速永磁起发电机转子结构的装配工艺，包括以下步骤：
a、确定高速永磁起发电机转子组件的结构尺寸参数：根据闭式热电转换系统高速永磁起发电机的结构参数，确定端盖轴套、端盖轴、止动盘、护套轴、磁芯、护套轴套的尺寸参数；
b、电机转子组件装配部位加工：按照步骤a确定的电机转子组件的结构尺寸参数，进行端盖轴套、端盖轴、止动盘、护套轴、磁芯、护套轴套装配部位的加工；
c、止动盘与护套轴的装配：将止动盘的圆柱凸台安装在护套轴的通孔中，保证止动盘的圆盘端面与护套轴的套筒的底部相贴合；
d、磁芯与护套轴的装配：采用过盈配合方式，将磁芯安装在护套轴的套筒内，保证磁芯的一侧端面与止动盘的端面贴紧；
e、端盖轴同止动盘、护套轴、磁芯的装配：将止动盘的圆柱凸台安装在端盖轴的通孔中，将端盖轴的圆柱面和内螺纹分别同护套轴的外圆柱面和外螺纹相配合，并通过螺纹旋紧使止动盘的圆盘端面同磁芯的端面贴紧，进一步采用焊接工艺对端盖轴和护套轴的外侧装配结合面进行焊接，将端盖轴和端盖轴焊接在一起；
f、端盖轴套同端盖轴的装配：将端盖轴套安装在端盖轴的光轴上，使端盖轴套的一侧同端盖轴的环形槽贴紧，端盖轴套的另一侧同叶轮或其他部件贴紧；
g、护套轴套同护套轴的装配：将护套轴套安装在护套轴的光轴上，使护套轴套的一侧同护套轴的环形槽贴紧，护套轴套的另一侧同叶轮或其他部件贴紧；
h、电机转子的整体加工：按照电机转子的最终尺寸与精度要求，对完成组件装配的电机转子外部尺寸进行加工。
本发明的有益效果是：
本发明一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构，端盖轴套同端盖轴以及护套轴套同护套轴之间的装配，采用光轴与通孔以及环形槽与端面配合结构；将止动盘分别安装在端盖轴套和端盖轴以及护套轴套和护套轴上，可以提升电机转子的扭矩传递特性；端盖轴和护套轴之间采用圆柱面和螺纹组合的装配结构，可以实现对磁芯的有效压紧，降低装配难度和提高装配精度；磁芯采用实心转轴可以提高电机转子强度，保证电机转子的工作可靠性；端盖轴和护套轴上设有透气孔，一方面可防止装配时在密闭空腔内产生高压气体，影响装配精度，另一方面可以减小转子的重量，有助于实现轻量化；采用焊接工艺对完成装配的端盖轴和护套轴的接触边缘进行焊接，可以有效防止螺纹装配结构发生松脱；在完成电机转子装配的基础上再对其进行外部尺寸加工，有利用于保证电机转子的整体动平衡精度与安装精度。
附图说明
图1是电机转子结构示意图。
图2是端盖轴套结构示意图。
图3是端盖轴结构示意图。
图4是止动盘结构示意图。
图5是护套轴结构示意图。
图6是护套轴套结构示意图。
1端盖轴套 2端盖轴 3止动盘 4护套轴 5磁芯 6护套轴套
7端盖轴套盲孔 8端盖轴环形槽 9端盖轴通孔 10端盖轴透气孔
11端盖轴圆柱面 12端盖轴内螺纹 13端盖轴光轴 14止动盘圆柱凸台
15护套轴外圆柱面 16护套轴外螺纹 17护套轴套筒 18护套轴通孔
19护套轴环形槽 20护套轴光轴 21护套轴透气孔 22护套轴套盲孔
具体实施方式
一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构，包括端盖轴套1、端盖轴2、止动盘3、护套轴4、磁芯5、护套轴套6，如图1所示。所述端盖轴套1的外侧有同轴承相配合的圆柱面，所述端盖轴套1的一侧端面及圆柱面同端盖轴2的环形槽8配合，所述端盖轴套1同端盖轴2的环形槽8相配合的端面上均布有同止动盘3上圆柱凸台14相装配的盲孔7，所述端盖轴套1的中心部位有与端盖轴2的光轴13相装配的通孔，如图2所示；
所述端盖轴2的一侧有与端盖轴套1装配的环形槽8和光轴13，所述端盖轴2的另一侧端面有同护套轴4装配的圆柱面11和内螺纹12，所述端盖轴2的圆柱面11的底部有同止动盘3上圆柱凸台14相装配的通孔9和透气孔10，如图3所示；
所述止动盘3的一侧为同护套轴4和磁芯5相装配的圆盘，止动盘3的另一侧端面上均布有同端盖轴的通孔9和盖轴套1的止动盲孔7相装配的圆柱凸台14，如图4所示；
所述护套轴4的一侧有安装磁芯5和与止动盘3相装配的套筒17，所述护套轴4的另一侧有与护套轴套6装配的环形槽19和光轴20，所述护套轴4的套筒17边缘有同端盖轴2的圆柱面11和内螺纹12相装配的外圆柱面15和外螺纹16，所述护套轴4的套筒17底部有同止动盘3上圆柱凸台14相装配的通孔18和透气孔21，如图5所示；
所述磁芯5为实心圆柱体，所述磁芯3安装在护套轴4的套筒17内，所述磁芯5的两端同止动盘3的圆盘端面贴紧；
所述护套轴套6的外侧有同轴承相配合的圆柱面，所述护套轴套6的一侧端面及圆柱面同护套轴4的环形槽19配合，所述护套轴套6的中心部位有与护套轴4的光轴20相装配的通孔，所述护套轴套6同护套轴4的环形槽19相配合的端面上均布有同止动盘3上圆柱凸台14相装配的盲孔22，如图6所示。
上述闭式热电转换系统高速永磁起发电机转子结构的装配工艺，包括以下步骤：
a、确定高速永磁起发电机转子组件的结构尺寸参数：根据闭式热电转换系统高速永磁起发电机的结构参数，确定端盖轴套1、端盖轴2、止动盘3、护套轴4、磁芯5、护套轴套6的尺寸参数；
例如，某电机转子的外径为Ф45mm，根据电机转子结构参数，确定的端盖轴套1的外圆柱直径为Ф45mm、通孔直径为Ф12mm、盲孔直径为Ф5mm，确定的端盖轴2环形槽直径为Ф38mm、通孔直径为Ф5mm、透气孔直径为Ф5mm、圆柱面直径为Ф38mm、内螺纹为M42×1，确定的止动盘3的圆盘直径为Ф35mm、圆柱凸台直径为Ф5mm，确定的护套轴4的套筒10内径为Ф35mm、外径为Ф45mm、通孔直径为Ф5mm、透气孔直径为Ф5mm、圆柱面直径为Ф38mm、外螺纹为M42×1，确定的磁芯5的直径为Ф35mm，确定的护套轴套6的外圆柱直径为Ф45mm、通孔直径为Ф12mm、盲孔直径为Ф5mm。
b、电机转子组件装配部位加工：按照步骤a确定的电机转子组件的结构尺寸参数，进行端盖轴套1、端盖轴2、止动盘3、护套轴4、磁芯5、护套轴套6装配部位的加工；
c、止动盘3与护套轴4的装配：将止动盘3的圆柱凸台14安装在护套轴4的通孔18中，保证止动盘3的圆盘端面与护套轴4的套筒17的底部相贴合；
d、磁芯5与护套轴4的装配：采用过盈配合方式，将磁芯5安装在护套轴4的套筒17内，保证磁芯5的一侧端面与止动盘3的端面贴紧；
e、端盖轴2同止动盘3、护套轴4、磁芯5的装配：将止动盘3的圆柱凸台14安装在端盖轴2的通孔9中，将端盖轴2的圆柱面11和内螺纹12分别同护套轴4的外圆柱面15和外螺纹16相配合，并通过螺纹旋紧使止动盘3的圆盘端面同磁芯5的端面贴紧，进一步采用焊接工艺对端盖轴2和护套轴4的外侧装配结合面进行焊接，将端盖轴2和端盖轴4焊接在一起；
f、端盖轴套1同端盖轴2的装配：将端盖轴套1安装在端盖轴2的光轴13上，使端盖轴套1的一侧同端盖轴2的环形槽8贴紧，端盖轴套1的另一侧同叶轮或其他部件贴紧；
g、护套轴套6同护套轴4的装配：将护套轴套6安装在护套轴4的光轴20上，使护套轴套6的一侧同护套轴4的环形槽19贴紧，护套轴套6的另一侧同叶轮或其他部件贴紧；
h、电机转子的整体加工：按照电机转子的最终尺寸与精度要求，对完成组件装配的电机转子外部尺寸进行加工。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构，其特征在于：包括端盖轴套(1)、端盖轴(2)、止动盘(3)、护套轴(4)、磁芯(5)、护套轴套(6)；所述端盖轴套(1)的外侧有同轴承相配合的圆柱面，所述端盖轴套(1)的一侧端面及圆柱面同端盖轴(2)的环形槽(8)配合，所述端盖轴套(1)同端盖轴(2)的环形槽(8)相配合的端面上均布有同止动盘(3)上圆柱凸台(14)相装配的盲孔(7)，所述端盖轴套(1)的中心部位有与端盖轴(2)的光轴(13)相装配的通孔；所述磁芯(5)为实心圆柱体，所述磁芯(3)安装在护套轴(4)的套筒(17)内，所述磁芯(5)的两端同止动盘(3)的圆盘端面贴紧。
2.根据权利要求1所述的一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构，其特征在于：所述端盖轴(2)的一侧有与端盖轴套(1)装配的环形槽(8)和光轴(13)，所述端盖轴(2)的另一侧端面有同护套轴(4)装配的圆柱面(11)和内螺纹(12)，所述端盖轴(2)的圆柱面(11)的底部有同止动盘(3)上圆柱凸台(14)相装配的通孔(9)和透气孔(10)。
3.根据权利要求1所述的一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构，其特征在于：所述止动盘(3)的一侧为同护套轴(4)和磁芯(5)相装配的圆盘，止动盘(3)的另一侧端面上均布有同端盖轴的通孔(9)和盖轴套(1)的止动盲孔(7)相装配的圆柱凸台(14)。
4.根据权利要求1所述的一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构，其特征在于：所述护套轴(4)的一侧有安装磁芯(5)和与止动盘(3)相装配的套筒(17)，所述护套轴(4)的另一侧有与护套轴套(6)装配的环形槽(19)和光轴(20)，所述护套轴(4)的套筒(17)边缘有同端盖轴(2)的圆柱面(11)和内螺纹(12)相装配的外圆柱面(15)和外螺纹(16)，所述护套轴(4)的套筒(17)底部有同止动盘(3)上圆柱凸台(14)相装配的通孔(18) 和透气孔(21)。
5.根据权利要求1所述的一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构，其特征在于：所述护套轴套(6)的外侧有同轴承相配合的圆柱面，所述护套轴套(6)的一侧端面及圆柱面同护套轴(4)的环形槽(19)配合，所述护套轴套(6)的中心部位有与护套轴(4)的光轴(20)相装配的通孔，所述护套轴套(6)同护套轴(4)的环形槽(19)相配合的端面上均布有同止动盘(3)上圆柱凸台(14)相装配的盲孔(22)。
6.根据权利要求1所述的一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构的装配工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a、确定高速永磁起发电机转子组件的结构尺寸参数；
b、电机转子组件装配部位加工；
c、止动盘(3)与护套轴(4)的装配；
d、磁芯(5)与护套轴(4)的装配；
e、端盖轴(2)同止动盘(3)、护套轴(4)、磁芯(5)的装配；
f、端盖轴套(1)同端盖轴(2)的装配；
g、护套轴套(6)同护套轴(4)的装配；
h、电机转子的整体加工。
7.根据权利要求6所述的一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构的装配工艺，其特征在于：在步骤d中，采用过盈配合方式，将磁芯(5)安装在护套轴(4)的套筒(17)内，保证磁芯(5)的一侧端面与止动盘(3)的端面贴紧。
8.根据权利要求6所述的一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构的装配工艺，其特征在于：在步骤e中，将止动盘(3)的圆柱凸台(14)安装在端盖轴(2)的通孔(9)中，将端盖轴(2)的圆柱面(11)和内螺纹(12)分别同护套轴(4)的外圆柱面(15)和外螺纹(16)相配合，并通过螺纹旋紧使止动盘(3)的圆盘端面同磁芯(5)的端面贴紧，进一步采用焊接工艺对端盖轴(2)和护套轴(4)的外侧装配结合面进行焊接，将端盖轴(2)和端盖轴(4)焊接在一起。
9.根据权利要求6所述的一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构的装配工艺，其特征在于：在步骤f中，将端盖轴套(1)安装在端盖轴(2)的光轴(13)上，使端盖轴套(1)的一侧同端盖轴(2)的环形槽(8)贴紧，端盖轴套(1)的另一侧同叶轮或其他部件贴紧。
10.根据权利要求6所述的一种闭式热电转换系统高速永磁起发电机转轴结构的装配工艺，其特征在于：在步骤g中，将护套轴套(6)安装在护套轴(4)的光轴(20)上，使护套轴套(6)的一侧同护套轴(4)的环形槽(19)贴紧，护套轴套(6)的另一侧同叶轮或其他部件贴紧。
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