CN112994292A - 一种双层护套永磁电机转子结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种双层护套永磁电机转子结构，包括第一芯轴、第二芯轴、第三芯轴以及多个永磁体单元，第一芯轴的一端开设有第一槽体和第二槽体，第二槽体位于第一槽体的外侧，第二槽体内沿轴向均布有多个加强筋，多个加强筋将第二槽体等分成多个子槽体，永磁体单元嵌入至子槽体内；第二芯轴的至少一部分套设在第一芯轴的外壁上，第二芯轴靠近第一芯轴的一端开设有第三槽体；第三芯轴两端分别抵接在第一槽体和第三槽体的槽底。本发明提出的一种双层护套永磁电机转子结构，解决了现有的转子结构存在强度低和永磁材料的利用率较低的问题。

Description

一种双层护套永磁电机转子结构

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种双层护套永磁电机转子结构。

背景技术

近年来电力电子技术不断发展，电机的高频供电技术不断进步，极大地提高了超高速电机成功应用的可行性。超高速电机转速可达每分钟几万转，甚至几十万转，由于永磁转子结构的采用，使得电机内部结构排列很紧凑，其尺寸远小于同等功率的中、低速电机，这使得超高速电机具有极高的功率密度，同时其还有效率高，动态性能好等优点。因此，超高速电机具有广泛的应用前景，涉及航空航天、燃料电池空压机、飞轮储能等领域。

转子设计是超高速永磁电机设计的关键之一，转子设计是否合理决定着整个电机设计的成败。超高速永磁电机工作时，转子高速旋转产生较大的离心力，因此需要在永磁体外部加装保护套来保证永磁体的安全。常用的转子保护材料有碳纤维、玻璃纤维等高强度纤维增强的复合材料，以及Inconel718和钛合金等高强度特种合金。复合材料的密度很低、强度高、电阻率很高。与合金材料相比，同等转子直径下所需护套厚度更薄，能够承受更高的转速，产生更低的涡流损耗，但其热导率低，不利于永磁体散热。此外，复合材料还具有不能承受较大的弯曲应力、高温下强度下降甚至分解、不能增加转子刚度等缺点；而特种合金材料在散热能力、温度稳定性、刚度等方面具有明显优势。

现有的转子结构用的较多的护套材料是非导磁合金钢，但是当采用合金钢护套时，如果护套厚度较小，其不能有效保护永磁体，如果护套厚度较大，其会阻碍转子散热，进而可能导致永磁体受热发生不可逆退磁。

发明内容

本发明提出一种双层护套永磁电机转子结构，以解决现有的转子结构存在强度低和永磁材料的利用率较低的问题。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种双层护套永磁电机转子结构，包括

第一芯轴，一端开设有第一槽体和第二槽体，所述第二槽体位于第一槽体的外侧，所述第二槽体内沿轴向均布有多个加强筋，多个所述加强筋将第二槽体等分成多个子槽体，所述子槽体内装配有永磁体单元；

第二芯轴，至少一部分套设在所述第一芯轴的外壁上，所述第二芯轴靠近第一芯轴的一端开设有第三槽体；

第三芯轴，两端分别抵接在所述第一槽体和第三槽体的槽底。

优选的是，所述第一芯轴和第二芯轴均为阶梯状结构，所述第三芯轴为空心结构。

优选的是，所述第一芯轴包括一体设置的第一端部和内层护套；第二芯轴包括一体设置的第二端部和外层护套。

优选的是，所述第三芯轴与第一槽体、第三槽体间的缝隙内填充有固体填充物。

优选的是，所述固体填充物为厌氧胶。

优选的是，所述第一芯轴和第二芯轴的外表面均镀有锡青铜。

优选的是，所述第一芯轴和第二芯轴的材质均为非导磁合金钢，所述第三芯轴的材质为导磁合金材料。

优选的是，所述永磁体单元的材质为钐钴永磁材料。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1)本发明主要用于转速较高、功率较大的永磁电机，本发明的转子结构可以提高永磁电机转子的强度和永磁材料的利用率，可以承受更高的转速和应力，并具有较小的涡流损耗，结构简单、稳定性好、体积小、重量轻、输出功率高、应用范围较广等优点。

2)本发明采用了双层护套结构，在保证转子结构强度的前提下减少涡流损耗进而减少发热，限制转子温升，有利于避免永磁体因高温失磁。

3)本发明还在永磁体间加入了加强筋和第三芯轴。加强筋能阻止防止永磁体单元发生周向滑动，并且解决了内径出应力集中的问题，降低了永磁体单元破裂的风险；第三芯轴加强了转子的结构，节省了永磁体用料，空心结构减轻了转子重量，减少了芯轴发热量。

4)本发明将内层护套和第一端部连接成一个整体，将外层护套和第二端部连接成一个整体，提高了转子的结构强度并减少漏磁。

附图说明

图1为本发明转子结构的示意图；

图2为装配有永磁体单元和第三芯轴的第一芯轴的剖面图；

图3为第一芯轴的结构示意图；

图4为第三芯轴的结构示意图；

图5为第二芯轴的结构示意图。

图中：1-第一芯轴，11-第一端部，12-内层护套，121-第一槽体，122-第二槽体，1221-子槽体，2-第二芯轴，21-第二端部，22-外层护套，221-第三槽体，3-永磁体单元，4-第三芯轴，5-加强筋。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

实施例1：如图1所示的一种双层护套永磁电机转子结构，包括第一芯轴1、第二芯轴2、永磁体单元3和第三芯轴4。第一芯轴1和第二芯轴2的材质均为非导磁合金钢且外表面均镀有锡青铜，非导磁材料能够削弱漏磁的传递路径，降低漏磁，提高电机性能；锡青铜用于减少风摩损耗，进而减少发热，限制转子温升。第三芯轴4的材质为导磁合金材料，永磁体单元3的材质为具有较小温度系数和较高工作温度的钐钴永磁材料。

如图2、3所示，第一芯轴1为阶梯轴结构，包括一体设置的第一端部11和内层护套12，内层护套12的一端开设有同心但不同径的第一槽体121和第二槽体122，第二槽体122内沿轴向均布有n个(n为偶数)加强筋5。加强筋5将第二槽体122等分为n个扇形子槽体1221，每个子槽体1221内部都是独立互不相通的，永磁体单元3装配在子槽体1221内构成永磁电机的转子主体，整体充磁或者每个永磁体先径向充磁后装入槽内，所有永磁体对外视为一个整体。加强筋5可以防止永磁体单元3发生周向滑动并加强内层护套12的强度，相对于整体的永磁体结构，应力分布也更加分散，单个永磁体单元3承受的应力较小，使转子能够承受更大的转子变形量，因而转子可以工作在更高转速下。在装配时将第一芯轴1加热到一定温度，然后将永磁体单元3推入第二槽体122内并使内层护套12快速冷却，防止永磁体单元3受热退磁。

如图1和5所示，第二芯轴2位于第一芯轴1开设槽体的一侧，第二芯轴2为阶梯轴结构，包括一体设置的第二端部21和外层护套22，一体设置的第二端部21和外层护套22使装配更容易，并且解决了护套装配时的定位不准的问题。第二芯轴2在靠近第一芯轴1的一端开设有具有空心结构的第三槽体221，外层护套22的一部分套设在内层护套12的外壁上并与内层护套12的外壁过盈配合，外层护套22左端面与内层护套12外柱面的接触处焊接。装配时将第二芯轴2加热到一定温度，然后装配到内层护套12的外部并迅速使其降温，防止永磁体单元3受热退磁。

如图1、4所示，第三芯轴4的两端分别伸入第一槽体121和第三槽体221内并抵接在第一槽体121和第三槽体221的槽底，第三芯轴4与第一槽体121、第三槽体221间的缝隙内填充有固体填充物，固体填充物包括但不限于厌氧胶。第三芯轴4能够起到加强永磁转子结构强度，支撑定位和节省永磁体的作用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种双层护套永磁电机转子结构，其特征在于：包括

第一芯轴，一端开设有第一槽体和第二槽体，所述第二槽体位于第一槽体的外侧，所述第二槽体内沿轴向均布有多个加强筋，多个所述加强筋将第二槽体等分成多个子槽体，所述子槽体内装配有永磁体单元；

第二芯轴，至少一部分套设在所述第一芯轴的外壁上，所述第二芯轴在靠近第一芯轴的一端上开设有第三槽体；

第三芯轴，两端分别抵接在所述第一槽体和第三槽体的槽底。

2.根据权利要求1所述的一种双层护套永磁电机转子结构，其特征在于：所述第一芯轴和第二芯轴均为阶梯状结构，所述第三芯轴为空心结构。

3.根据权利要求2所述的一种双层护套永磁电机转子结构，其特征在于：所述第一芯轴包括一体设置的第一端部和内层护套；第二芯轴包括一体设置的第二端部和外层护套。

4.根据权利要求3所述的一种双层护套永磁电机转子结构，其特征在于：所述第三芯轴与第一槽体、第三槽体间的缝隙内填充有固体填充物。

5.根据权利要求4所述的一种双层护套永磁电机转子结构，其特征在于：所述固体填充物为厌氧胶。

6.根据权利要求5所述的一种双层护套永磁电机转子结构，其特征在于：所述第一芯轴和第二芯轴的外表面均镀有锡青铜。

7.根据权利要求6所述的一种双层护套永磁电机转子结构，其特征在于：所述第一芯轴和第二芯轴的材质均为非导磁合金钢，所述第三芯轴的材质为导磁合金材料。

8.根据权利要求7所述的一种双层护套永磁电机转子结构，其特征在于：所述永磁体单元的材质为钐钴永磁材料。

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