CN113328547A - 一种超高速微型永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高速微型永磁电机，包括：保护套‑支撑轴整体结构，单端空气轴承、永磁体、定子结构、机壳、轴承室、机械输出轴、端盖和定子绕组；保护套‑支撑轴整体结构内部一段与永磁体过盈配合，另一段与机械输出轴过盈配合；保护套‑支撑轴整体结构与机械输出轴配合部分的外侧安装单端空气轴承，单端空气轴承外圈配合安装轴承室；保护套‑支撑轴整体结构与永磁体配合部分外侧为电机定、转子间的气隙，气隙外侧为定子结构，定子结构和定子绕组与实心永磁体在轴向对齐；定子结构外侧配合安装机壳，机壳与轴承室在轴向上配合固定安装；端盖与机壳配合安装，对电机起到密封作用。本发明装配精度高、转子强度特性好、功率密度大。

Description

一种超高速微型永磁电机
技术领域
本发明涉及电力传动技术领域，尤其是一种超高速微型永磁电机。
背景技术
随着航空航天、国防安全、生产生活等领域对便携式、大功率密度能量转换装置需求的急剧上升，超高速微型电机成为了当今必要的研究内容和发展方向。超高速微型电机具有转速高、体积小、能量密度大的特点，作为高速传动系统的核心部件，电机的转子结构、支撑方式、装配精度决定了超高速运行的综合性能。
传统的高速电机按支撑方式可以分为：两端对称支撑方式和单端整体支撑方式，两端对称支撑方式的转子结构可以分为表贴式和三段式结构，分别如图1、图2所示。单端整体支撑方式的转子结构一般为表贴式结构，如图3所示。然而不同转子皆有其结构特点带来的弊端。
表贴式转子结构主要的劣势有：
1、当电机功率相等时，采用表贴式转子结构的转子相对于采用实心永磁结构转子的外径更大。转子外径的增大将使高速电机转子强度、风磨损耗、温升等问题更为突出。
2、通常情况下，转轴的热膨胀系数将大于永磁体的热膨胀系数。因此电机运行过程中，转子产生的温升将造成转轴外边界和永磁体内边界的位移差异，且转轴起到将永磁体内侧边界向外推移的作用。该现象将严重增大永磁体切向应力，加深电机在超高速下转子强度问题。
两端对称支撑主要的弊端有：
电机在超高速运行对电机部件装配精度要求极高，但是两端对策支撑方式下，需要两端的转轴、轴承、轴承室、机壳等多个部件进行多次嵌套装配，即使再高的加工工艺也难以避免造成较大的装配误差，进而影响电机的旋转精度，降低电机运行稳定性。
由此可以看出，实心永磁体结构和单端整体支撑结构是超高速微型电机两个发展需求，但是现有电机结构中难以将这两种结构进行有效结合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种超高速微型永磁电机，装配精度高、转子强度特性好、功率密度大，有效结合了实心永磁体结构和单端整体式支撑结构的优势。
为解决上述技术问题，本发明提供一种超高速微型永磁电机，包括：保护套-支撑轴整体结构，单端空气轴承、永磁体、定子结构、机壳、轴承室、机械输出轴、端盖和定子绕组；保护套-支撑轴整体结构内部一段与永磁体过盈配合，另一段与机械输出轴过盈配合；保护套-支撑轴整体结构与机械输出轴配合部分的外侧安装单端空气轴承，单端空气轴承外圈配合安装轴承室；保护套-支撑轴整体结构与永磁体配合部分外侧为电机定、转子间的气隙，气隙外侧为定子结构，定子结构和定子绕组与实心永磁体在轴向对齐；定子结构外侧配合安装机壳，机壳与轴承室在轴向上配合固定安装；端盖与机壳配合安装，对电机起到密封作用。
优选的，保护套-支撑轴整体结构为空心环状结构，其内部分别与永磁体和机械输出轴进行过盈配合，永磁体和机械输出轴在轴向上并列分布。
优选的，保护套-支撑轴整体结构采用非导磁、高抗拉强度材料。
优选的，单端空气轴承仅在转子的一侧，与电机转子构成单端悬臂梁结构。
优选的，永磁体为实心圆柱型永磁体。
优选的，轴承室在径向上与单端空气轴承配合安装，在轴向上与机壳配合安装。
优选的，定子结构装配于机壳内侧，并与实心永磁转子在轴向对齐安装，定子结构与保护套-支撑轴整体结构在径向上存在一定气隙。
优选的，机械输出轴超过保护套-支撑轴整体结构部分作为机械输出端口。
本发明的有益效果为：1、在同等输出功率的情况下，采用实心永磁体结构时转子外径相对于环形永磁体外径更低；且永磁体内径为0的边界限定非常有利于提升转子强度特性。此外，转子外径的降低也有利于降低转子风磨损耗和温升等问题，同时永磁体内侧没有转轴，也解决了转轴膨胀过快引起的转子应力增大问题；2、保护套-支撑轴整体结构兼备转子支撑轴和永磁材料保护的双重功能，实现了将实心永磁体结合和单端整体支撑结构的有效结合，降低了电机体积、大大简化了转子结构，避免了通过永磁体、保护套、转轴等结构多次嵌套后所带来的装配精度差、运行稳定性低的问题，整体转子结构的设计使得在同等输出效能的情况下减小了产品尺寸，拓展了应用范围；3、将保护套和支撑轴合成一个整体结构，支撑轴的外径相比于传统支撑轴也有所增大，本发明选用空气轴承与该支撑轴进行配合，支撑轴外径的增大正好有利于提升空气轴承的支撑刚度，因此空气轴承和保护套-支撑轴整体结构的配合使用可以使二者的优势都得到更好利用。
附图说明
图1为现有两端支撑表贴式高速电机结构示意图。
图2为现有两端支撑三段式高速电机结构示意图。
图3为现有单端支撑表贴式高速电机结构示意图。
图4为本发明超高速微型永磁电机结构示意图。
具体实施方式
如图4所示，一种超高速微型永磁电机，包括：保护套-芯轴整体结构1，单端空气轴承2，永磁体3，轴承室4，机壳5，定子结构6，机械输出轴7，端盖8和定子绕组9。所述保护套-支撑轴整体结构1在轴向上一段与单端空气轴承2配合、另一段与永磁体3过盈配合。所述单端空气轴承2外侧与轴承室4配合安装，所述轴承室4与机壳5在轴向上配合装配，所述机壳5内侧与定子结构6配合安装，所述定子结构6和定子绕组9与所述永磁体3在轴向对齐。所述机械输出轴7与所述永磁体3并列安装，均以过盈配合方式与所述保护套-芯轴整体结构1进行安装，所述机械输出轴7轴向超过所述保护套-芯轴整体结构1的部分作为机械输出端口；所述端盖8与所述机壳5配合安装，对电机起到密封作用。
所述超高速微型永磁同步电机为单端支撑的悬臂梁结构，所述单端空气轴承2安装在所述转子机械输出轴7的一侧起到支撑作用。
所述保护套-支撑轴整体结构1为空心环形结构，兼备转子支撑轴和永磁体保护套的双重功能，所述保护套-支撑轴整体结构1一段与所述单段空气轴承2配合起到支撑轴作用；另一段与永磁体3过盈配合，起到提供预紧力保护作用。
所述保护套-支撑轴整体结构1采用高抗拉强度非导磁材料。
所述轴承室4与单端空气轴承2在径向上进行配合安装。
所述轴承室4与机壳5在轴向上进行配合安装。
所述定子结构6在机壳5内侧进行配合装配，并与所述实心永磁体3在轴向上对齐。
所述实心永磁体3为实心圆柱型永磁体，与所述保护套-支撑轴整体结构1进行过盈装配。
所述机械输出轴7与所述保护套-支撑轴整体结构1进行过盈配合，所述机械输出轴7超过保护套-支撑轴整体结构1部分作为机械输出端口。
在本发明中，将保护套、支撑轴整合成一整体结构，所述保护套-支撑轴整体结构内侧分别与实心永磁体和密封支撑轴过盈配合安装，该转子结构简单紧凑、体积小，避免了永磁体、保护套、芯轴、轴承多次嵌套后所带来的装配精度差的问题，并提升电机高速运转的性能。保护套-支撑轴整体结构外径相对传统支撑轴的外径较大，因此采用单端空气轴承与其配合，较大的支撑轴外径恰好可以增大轴承支撑刚度。

Claims (8)

1.一种超高速微型永磁电机，其特征在于，包括：保护套-支撑轴整体结构，单端空气轴承、永磁体、定子结构、机壳、轴承室、机械输出轴、端盖和定子绕组；保护套-支撑轴整体结构内部一段与永磁体过盈配合，另一段与机械输出轴过盈配合；保护套-支撑轴整体结构与机械输出轴配合部分的外侧安装单端空气轴承，单端空气轴承外圈配合安装轴承室；保护套-支撑轴整体结构与永磁体配合部分外侧为电机定、转子间的气隙，气隙外侧为定子结构，定子结构和定子绕组与实心永磁体在轴向对齐；定子结构外侧配合安装机壳，机壳与轴承室在轴向上配合固定安装；端盖与机壳配合安装，对电机起到密封作用。
2.如权利要求1所述的超高速微型永磁电机，其特征在于，保护套-支撑轴整体结构为空心环状结构，其内部分别与永磁体和机械输出轴进行过盈配合，永磁体和机械输出轴在轴向上并列分布。
3.如权利要求1所述的超高速微型永磁电机，其特征在于，保护套-支撑轴整体结构采用非导磁、高抗拉强度材料。
4.如权利要求1所述的超高速微型永磁电机，其特征在于，单端空气轴承仅在转子的一侧，与电机转子构成单端悬臂梁结构。
5.如权利要求1所述的超高速微型永磁电机，其特征在于，永磁体为实心圆柱型永磁体。
6.如权利要求1所述的超高速微型永磁电机，其特征在于，轴承室在径向上与单端空气轴承配合安装，在轴向上与机壳配合安装。
7.如权利要求1所述的超高速微型永磁电机，其特征在于，定子结构装配于机壳内侧，并与实心永磁转子在轴向对齐安装，定子结构与保护套-支撑轴整体结构在径向上存在一定气隙。
8.如权利要求1所述的超高速微型永磁电机，其特征在于，机械输出轴超过保护套-支撑轴整体结构部分作为机械输出端口。
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