CN112910164B - 转子轴、电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转子轴、电机，其中转子轴，包括用于与轴承套装的第一轴段及用于与转子铁芯套装的第二轴段，所述第一轴段与所述第二轴段之间可拆卸地连接，所述第一轴段的最大外径大于所述第二轴段的最大外径。根据本发明，第一轴段与第二轴段之间通过组装形成转子轴，从而克服现有技术中整体式转子轴对轴段两端的直径应小于轴段中部的直径的限制要求，提高了转子轴的通用性。

Description

转子轴、电机

技术领域

本发明属于电机制造技术领域，具体涉及一种转子轴、电机。

背景技术

永磁辅助同步磁阻电机能有效利用磁阻转矩，相比传统永磁同步电机具有成本更低、输出转矩更高的优点，广泛应用于空气压缩机、水泵、风机等领域。永磁辅助同步磁阻电机的结构设计及优化也是相关专业领域中研究人员持续关注的重点课题。永磁辅助同步磁阻电机转子的传统装配工艺为先装配转子铁芯，后压入轴承，但是随着电机方案不断更迭，针对磁阻转矩的优化设计要求在转子铁芯上分布大量磁阻槽，在气隙确定、转子外径尺寸固定的情况下，增加磁阻槽需要向转子铁芯内侧扩展，转子铁芯内径被缩小，转子轴铁芯挡直径随之缩小，当铁芯挡直径小于两端轴承挡直径时，传统转子装配工艺无法顺利完成转子装配。

传统转子轴采用整根棒料一体加工完成，转轴越长则其加工过程的振动、尺寸跳动越严重，加工难度越大，且受限于转子轴最大直径限制，需使用原材料直径较大，加工过程中材料浪费严重；除此之外，转轴加工完成后所有尺寸即定型，通用性差，需更换不同轴承或需要更改不同内径转子铁芯时需要重新加工整根转轴。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种转子轴、电机，第一轴段与第二轴段之间通过组装形成转子轴，从而克服现有技术中整体式转子轴对轴段两端的直径应小于轴段中部的直径的限制要求，提高了转子轴的通用性。

为了解决上述问题，本发明提供一种转子轴，包括用于与轴承套装的第一轴段及用于与转子铁芯套装的第二轴段，所述第一轴段与所述第二轴段之间可拆卸地连接，所述第一轴段的最大外径大于所述第二轴段的最大外径。

优选地，所述第一轴段与所述第二轴段之间插装连接。

优选地，所述第一轴段朝向所述第二轴段的一端端头处构造有第一扁口槽，所述第二轴段朝向所述第一轴段的一端端头为第一插装头，所述第一插装头插装于所述第一扁口槽内，且所述第一插装头的形状与所述第一扁口槽的形状相匹配。

优选地，所述第一插装头与所述第一扁口槽之间过盈配合。

优选地，在所述第一轴段的轴向上投影，所述第一扁口槽的槽壁轮廓具有相对且平行的第一直线段及第二直线段、相对且同心的第一圆弧段及第二圆弧段，所述第一直线段、第一圆弧段、第二直线段、第二圆弧段顺次首尾相接。

优选地，所述第一轴段朝向所述第二轴段一端的端头具有周向延伸的轴承定位环，所述轴承定位环远离所述第二轴段的一侧轴段为轴承匹配段，所述轴承匹配段的直径为A，所述轴承定位环的直径为M，当12mm＜A＜22mm时，1.26A＜M＜1.36A；当25mm＜A＜40mm时，1.17A＜M＜1.26A；当45mm＜A＜160mm时，1.11A＜M＜1.21A。

优选地，所述第一扁口槽对应的槽壁最小厚度为δ，对应于最小厚度处的所述第一扁口槽的内径为N，δ＝(A-N)/2，且δ符合下式：

其中，σ_s为所述第一轴段的材料屈服强度；T为转子轴所对应的电机的输出扭矩，R₀为所述第一扁口槽所在圆管的中心线半径。

优选地，所述第一插装头与所述第一扁口槽之间的配合长度为L0，所述轴承定位环的轴向宽度为L2，所述轴承定位环的轴承定位面与所述第二轴段的轴向中点的轴向距离为L1，

0.6L_max≤L₀≤0.9L_max，

其中，Lmax为下式求得L的最大值：

式中，W为截面抗弯系数；[σ]为材料许用应力；m为转子铁芯的重量。

优选地，所述转子轴还包括用于与轴承套装的第三轴段，所述第三轴段与所述第二轴段之间可拆卸地连接。

本发明还提供一种电机，包括上述的转子轴。

本发明提供的一种转子轴、电机，通过将所述第一轴段与所述第二轴段之间的可拆卸地连接方式，进而能够在第一轴段的最大直径大于所述第二轴段的最大直径时，仍能够将转子铁芯顺利地套装于所述第二轴段上，也即，所述转子轴的各轴段的直径不再受限于转子铁芯的轴孔内径与轴承的内圈内径的大小关系，从而使本发明的转子轴在通用性上更强，同时分段后的转子轴能够降低每段轴段的长度，从而能够减少轴段在加工过程中的振动及尺寸跳动，降低加工难度；另外，由于不再受限于转子轴的最大直径的限制，材料成本得到降低。

附图说明

图1为本发明一种实施例的电机中的转子轴的立体结构示意图(含转子铁芯)；

图2为图1中的第一轴段的结构示意图；

图3为图1的轴向断面的结构示意图。

附图标记表示为：

1、第一轴段；11、第一扁口槽；12、轴承定位环；2、第二轴段；21、第一插装头；22、第二插装头；3、第三轴段；31、第二扁口槽；10、轴承；20、转子铁芯。

具体实施方式

结合参见图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供一种转子轴，包括用于与轴承10套装的第一轴段1及用于与转子铁芯20套装的第二轴段2，所述第一轴段1与所述第二轴段2之间可拆卸地连接，所述第一轴段1的最大外径大于所述第二轴段2的最大外径。具体例如图3中M示出了所述第一轴段1的最大外径，而C则示出了所述第二轴段2的最大外径，M＞C，这一轴径大小关系，在现有技术中的整根转子轴中，转子铁芯20将不能将由所述第一轴段1所在位置套装到位，因此，现有技术中的整根转子轴中M与C需满足M≤C的关系，而该技术方案中，通过将所述第一轴段1与所述第二轴段2之间的可拆卸地连接方式，进而能够在第一轴段1的最大直径大于所述第二轴段2的最大直径时，仍能够将转子铁芯20顺利地套装于所述第二轴段2上，也即，所述转子轴的各轴段的直径不再受限于转子铁芯20的轴孔内径与轴承10的内圈内径的大小关系，从而使本发明的转子轴在通用性上更强，同时分段后的转子轴能够降低每段轴段的长度，从而能够减少轴段在加工过程中的振动及尺寸跳动，降低加工难度；另外，由于不再受限于转子轴的最大直径的限制，材料成本得到降低。

所述可拆卸地连接例如可以是螺纹连接，而最好的，所述第一轴段1与所述第二轴段2之间插装连接。具体的，所述第一轴段1朝向所述第二轴段2的一端端头处构造有第一扁口槽11，所述第二轴段2朝向所述第一轴段1的一端端头为第一插装头21，所述第一插装头21插装于所述第一扁口槽11内，且所述第一插装头21的形状与所述第一扁口槽11的形状相匹配。进一步的，在所述第一轴段1的轴向上投影，所述第一扁口槽11的槽壁轮廓具有相对且平行的第一直线段及第二直线段、相对且同心的第一圆弧段及第二圆弧段，所述第一直线段、第一圆弧段、第二直线段、第二圆弧段顺次首尾相接，所述第一直线段与所述第二直线段的设计能够形成扁口限位结构，有效防止所述第一轴段1与所述第二轴段2之间的相对转动，提供周向限位，而所述第一圆弧段与所述第二圆弧段的设计则能够保证所述第一轴段1与所述第二轴段2的同轴度，进而保证所述转子轴在运转时的动平衡。

此时，最好的，所述第一插装头21与所述第一扁口槽11之间过盈配合，过盈量优选根据H7/s6公差等级计算，可最大程度地减小装配误差，保证连接紧密，具有较高的同轴度，使装配后转子轴受力均匀，减小转轴跳动，进而使电机输出平稳，噪声、振动性能佳。

当前电机使用的轴承内径大小多在12mm～160mm区间，与之相匹配的，所述第一轴段1朝向所述第二轴段2一端的端头具有周向延伸的轴承定位环12，所述轴承定位环12远离所述第二轴段2的一侧轴段为轴承匹配段，所述轴承匹配段的直径为A，所述轴承定位环12的直径为M，当12mm＜A＜22mm时，1.26A＜M＜1.36A；当25mm＜A＜40mm时，1.17A＜M＜1.26A；当45mm＜A＜160mm时，1.11A＜M＜1.21A，如此能够保证所述轴承10能够在所述转子轴的轴向上可靠定位。

以下进一步对所述第一扁口槽11对应的槽壁最小厚度δ进行优化设计，以进一步提升所述转子轴的通用性：

具体参见图3所示，所述第一扁口槽11对应的槽壁最小厚度为δ，对应于最小厚度处的所述第一扁口槽11的内径为N，δ＝(A-N)/2，以所述最小厚度为管壁将所述第一扁口槽11的槽壁管建模成为圆管，端面连接处考虑强度，根据圆管扭转切应力公式

计算，其中T为转子轴所对应的电机的输出扭矩(单位为Nm)，σ_s为所述第一轴段1的材料屈服强度(单位为Mpa)，R₀为所述第一扁口槽11所在圆管的中心线半径，其根据具体的材料选取即可；由此可得，δ符合下式：

另根据圆管抗弯强度计算公式

其中[σ]为材料许用应力(单位为MPa)，W为截面抗弯系数(单位为mm⁴)，可通过钢结构设计手册中的型钢表格查询，取转子铁芯20的重量为m，则所述第一插装头21与所述第一扁口槽11之间的配合长度为L0应满足以下要求：

通过此公式能够得到Lmax；

其中，L2为所述轴承定位环12的轴向宽度(单位为mm)，L1为所述轴承定位环12的轴承定位面与所述第二轴段2的轴向中点的轴向距离(单位为mm)，进一步的，

0.6L_max≤L₀≤0.9L_max。

所述转子轴还包括用于与轴承10套装的第三轴段3，所述第三轴段3与所述第二轴段2之间可拆卸地连接，具体的，所述第一轴段1可以对应于所述转子轴的负载轴段，所述第三轴段3则对应于所述转子轴的非负载轴段，而所述第二轴段2则对应于铁芯轴段，如此，可能分别相对独立的进行第一轴段1与对应轴承10的套装、第二轴段2与对应的转子铁芯20的套装、第三轴段3与对应的轴承10的套装，在三者皆组装完毕后再将第一轴段1与第二轴段2、第二轴段2与第三轴段3之间连接，提升电机的装配效率，降低装机时间成本。而可以理解的是，所述第三轴段3具有第二扁口槽31，在具体的尺寸、规格及形状上，其可以同于所述第一扁口槽11，与其对应的，所述第二轴段2也具有与所述第二扁口槽31相匹配的第二插装头22。

采用本发明的技术方案，第二轴段2(下称铁芯轴)与第一轴段1(下称负载轴)、第三轴段3(下称非负载轴)之间可以分开，其轴径不受前后轴承挡轴径限制，可根据不同需求更换不同轴径的铁芯轴、负载轴或非负载轴，如铁芯挡尺寸需要小于轴承挡(C<A且C<B)，本发明提出的转子轴结构可先将转子铁芯与铁芯轴段装配，后将三段轴装配成为一根整轴，即可满足铁芯挡小于轴承挡的新型转子装配需求；其优势在于具有较高的通用性，三段轴分别装配不同负载，负载轴可根据电机驱动对象要求不同选用不同尺寸，铁芯轴可根据转子铁芯设计要求选用对应尺寸，保证卡间距和转子铁芯装配尺寸，非负载轴根据不同风叶，或不装风叶(外接强冷风机)选用不同尺寸以适应不同冷却方式，整体结构上具备高互换性，可适应不同装配需求。

根据本发明的实施例，还提供一种电机，包括上述的转子轴。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种转子轴，其特征在于，包括用于与轴承(10)套装的第一轴段(1)及用于与转子铁芯(20)套装的第二轴段(2)，所述第一轴段(1)与所述第二轴段(2)之间可拆卸地连接，所述第一轴段(1)的最大外径大于所述第二轴段(2)的最大外径；所述第一轴段(1)与所述第二轴段(2)之间插装连接；所述第一轴段(1)朝向所述第二轴段(2)的一端端头处构造有第一扁口槽(11)，所述第二轴段(2)朝向所述第一轴段(1)的一端端头为第一插装头(21)，所述第一插装头(21)插装于所述第一扁口槽(11)内，且所述第一插装头(21)的形状与所述第一扁口槽(11)的形状相匹配；所述第一轴段(1)朝向所述第二轴段(2)一端的端头具有周向延伸的轴承定位环(12)，所述轴承定位环(12)远离所述第二轴段(2)的一侧轴段为轴承匹配段，所述轴承匹配段的直径为A，所述轴承定位环(12)的直径为M，当12mm＜A＜22mm时，1.26A＜M＜1.36A；当25mm＜A＜40mm时，1.17A＜M＜1.26A；当45mm＜A＜160mm时，1.11A＜M＜1.21A。

2.根据权利要求1所述的转子轴，其特征在于，所述第一插装头(21)与所述第一扁口槽(11)之间过盈配合。

3.根据权利要求1所述的转子轴，其特征在于，在所述第一轴段(1)的轴向上投影，所述第一扁口槽(11)的槽壁轮廓具有相对且平行的第一直线段及第二直线段、相对且同心的第一圆弧段及第二圆弧段，所述第一直线段、第一圆弧段、第二直线段、第二圆弧段顺次首尾相接。

4.根据权利要求1所述的转子轴，其特征在于，所述第一扁口槽(11)对应的槽壁最小厚度为δ，对应于最小厚度处的所述第一扁口槽(11)的内径为N，δ＝(A-N)/2，且δ符合下式：

其中，σ_s为所述第一轴段(1)的材料屈服强度；T为转子轴所对应的电机的输出扭矩，R₀为所述第一扁口槽(11)所在圆管的中心线半径。

5.根据权利要求4所述的转子轴，其特征在于，所述第一插装头(21)与所述第一扁口槽(11)之间的配合长度为L0，所述轴承定位环(12)的轴向宽度为L2，所述轴承定位环(12)的轴承定位面与所述第二轴段(2)的轴向中点的轴向距离为L1，

0.6L_max≤L₀≤0.9L_max，

其中，Lmax为下式求得L的最大值：

式中，W为截面抗弯系数；[σ]为材料许用应力；m为转子铁芯(20)的重量。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的转子轴，其特征在于，还包括用于与轴承(10)套装的第三轴段(3)，所述第三轴段(3)与所述第二轴段(2)之间可拆卸地连接。

7.一种电机，包括转子轴，其特征在于，所述转子轴为权利要求1至6中任一项所述的转子轴。

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