CN113364180B - 转子结构以及具有其的电机 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种转子结构以及具有其的电机，包括转子本体和护套，转子本体包括永磁体段和短轴段；护套包括第一护套和第二护套，第一护套套设于短轴段外，第二护套套设于永磁体段外，第一护套的热膨胀系数为S1；第二护套的热膨胀系数为S2；其中，S1＞S2。根据本申请的转子结构以及具有其的电机，能改善护套整体受力情况，提高转子的整体使用寿命。

Description

转子结构以及具有其的电机
技术领域
本申请属于电机技术领域，具体涉及一种转子结构以及具有其的电机。
背景技术
目前，高速电机具有体积小、功率密度大和效率高等优点，所以其一直被国内外电工领域重点关注。表贴式转子因具有结构简单、装配方便等优势常用于高速电机领域。高速电机转子在高转速运行时会产生非常大的离心力，因为永磁体抗拉强度较低，所以通常需在永磁体外围添加一个不导磁的高强度护套。合金护套因具有良好物理性能、切削加工性能以及经济性，且能满足转子的强度要求，故其通常被广泛用于表贴式转子上。
但是，对于表贴式实心转子来说，单纯采用一种材料作为合金护套会存在一个不容忽视的缺陷，就是在温度相对较高时，会由于短轴与永磁体的热膨胀系数不一致，会导致护套在短轴侧的应力明显要高于永磁体侧的应力，护套严重受力不均，影响转子的整体使用寿命。
因此，如何提供一种能改善护套整体受力情况，提高转子的整体使用寿命的转子结构以及具有其的电机成为本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种转子结构以及具有其的电机，能改善护套整体受力情况，提高转子的整体使用寿命。
为了解决上述问题，本申请提供一种转子结构，包括：
转子本体，转子本体包括永磁体段和短轴段；
和护套，护套包括第一护套和第二护套，第一护套套设于短轴段外，第二护套套设于永磁体段外，第一护套的热膨胀系数为S1；第二护套的热膨胀系数为S2；其中，S1＞S2。
进一步地，短轴段的热膨胀系数为S3；其中，S1＞S3。
进一步地，S1＝2S2～5S2。
进一步地，短轴段的数量包括两个，两个短轴段分别位于永磁体段的两端，每个短轴段外均套设有第一护套。
进一步地，第一护套与第二护套的材质不同。
进一步地，第一护套为合金护套。
进一步地，第一护套的材质耐高温度为400～500℃；和/或，第一护套的强度为900～1500MPa。
进一步地，短轴段由非导磁材料制成。
进一步地，第一护套与第二护套拼接；
和/或，第一护套与第二护套一体式连接。
根据本申请的再一方面，提供了一种电机，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。
本申请提供的转子结构以及具有其的电机，能改善护套整体受力情况，提高转子的整体使用寿命。
附图说明
图1为本申请实施例的转子结构的结构示意图；
图2为本申请实施例的转子结构的剖面图；
图3为对比例护套Mises应力云图；
图4为本申请实施例护套Mises应力云图；
图5为对比例永磁体径向应力云图；
图6为对比例永磁体切向应力云图；
图7为本申请实施例永磁体径向应力云图；
图8为本申请实施例永磁体切向应力云图。
附图标记表示为：
1、转子本体；11、短轴段；12、永磁体段；2、护套；21、第一护套；22、第二护套。
具体实施方式
结合参见图1-2所示，一种转子结构，包括转子本体1和护套2，转子本体1包括永磁体段12和短轴段11；护套2包括第一护套21和第二护套22，第一护套21套设于短轴段11外，第二护套22套设于永磁体段12外，第一护套21的热膨胀系数为S1；第二护套22的热膨胀系数为S2；其中，S1＞S2，解决了因转子短轴与永磁体热膨胀系数不一致导致护套2两端应力远大于中间段应力的问题，能改善护套2整体受力情况，有利于提高护套2使用寿命，提高转子的整体使用寿命。
本申请还公开了一些实施例，短轴段11的热膨胀系数为S3；其中，S1＞S3。
本申请还公开了一些实施例，S1＝2S2～5S2。该材料分段护套2由于第一护套21热膨胀系数大于第二护套22以及短轴段11的热膨胀系数，在温度较高的工作场合时，材料分段护套2的整体受力将比非材料分段组合护套2的更加均匀，同时不会削减护套2对永磁体的保护作用，在保证永磁体安全之余，还改善了护套2的整体力学性能，转子的整体寿命也得到进一步提升。
本申请还公开了一些实施例，短轴段11的数量包括两个，两个短轴段11分别位于永磁体段12的两端，每个短轴段11外均套设有第一护套21。在护套2整体受力的问题上，本申请的护套2让护套2整体受到的最小Mises应力更小，护套2两端的应力值也大面积、大幅度的降低，这可使转子的整体寿命得到有效的提高，增大转子的安全性。在永磁体的角度来说，材料分段护套2可使磁钢受到最大应力减小，压应力更大，永磁体会更加安全。
本申请还公开了一些实施例，第一护套21与第二护套22的材质不同。在温度较高的工作场合，该材料分段护套2既能让永磁体的安全得到良好的保证，又能大面积、大幅度减小护套2整体受力，让护套2整体受力更加均匀，使护套2的性能和转子使用寿命得到提高。
本申请还公开了一些实施例，第一护套21为合金护套。
本申请还公开了一些实施例，第一护套21的材质耐高温度为400～500℃；和/或，第一护套21的强度为900～1500MPa。第一护套21的材质耐高温度400～500℃；第一护套21的材质强度900～1500MPa，比如钛合金。
本申请还公开了一些实施例，短轴段11由非导磁材料制成。可以有效的防止磁钢漏磁；比如不锈钢等。
本申请还公开了一些实施例，第一护套21与第二护套22拼接。第二护套22可以由镍合金制成。
本申请还公开了一些实施例，第一护套21与第二护套22一体式连接，该材料分段护套2分别由两段第一护套21和一段第二护套22组成，且第二护套22与永磁体段12的轴向长度相同。通过激光焊接、摩擦焊接、电阻焊接等手段连接第二护套22与两段第一护套21，使三段护套2成为一个紧密连接的一个整体。
本申请实施例
转子结构包括转子本体1和护套2：
转子本体1包括永磁体段12和分别设置在永磁体段12两端的短轴段11，短轴段11由不锈钢材质制成；其中永磁体段12的轴向长度为46mm；在永磁体段12两端的两个短轴段11的轴向长度均为87mm。
护套2包括第一护套21和第二护套22，第一护套21套设在永磁体段12外，并与永磁体段12的轴向长度相等；第二护套22的数量设置为两个，分别套设在永磁体段12两端的两个短轴段11外，并且第二护套22与对应的短轴段11的轴向长度相等。第一护套21的材质为钛合金(TC4)；第二护套22的材质为镍合金(GH4169)。
对比例
转子结构包括转子本体1和护套2：
转子本体1包括永磁体段12和分别设置在永磁体段12两端的短轴段11，短轴段11由不锈钢材质制成；其中永磁体段12的轴向长度为46mm；在永磁体段12两端的两个短轴段11的轴向长度均为87mm。
护套2套设于整个转子本体1外，并与转子本体1的轴向长度一致，护套2的材质为镍合金(GH4169)。
结合参见图3-4所示，图3为通过有限元Ansys仿真软件得出的对比例中护套2剖视应力云图。由图的颜色域分布情况可看出该护套2两端的颜色几乎偏向红色(应力值大)，而中间段更偏向蓝色(应力值小)，说明该护套2两端受力明显大于中间段。
图4：为通过有限元Ansys仿真软件得出的本申请实施例新型高速电机转子护套2剖视应力云图，该护套2符合S1＝2S2～5S2。由图的颜色域分布情况可看出该护套2两端的颜色与中间段的颜色极为相近，说明该材料分段护套2整体受力情况基本相同。(注：对比图3和图4可知，材料分段护套2受到的最小Mises应力为148.13MPa小于对比例护套2的最小Mises应力212.85MPa，由图中颜色域可看出材料分段护套2两端的应力值较非材料分段式护套2的大面积、大幅度的降低，说明本发明可使转子的整体寿命得到有效的提高，增大转子的安全性)。
结合参见图5-6所示：为对比例护套2设计永磁体应力云图。由图可知永磁体最大拉力为73.158MPa，最大压力为23.131MPa。
结合参见图7-8所示：为本申请实施例中新型高速电机转子护套2设计永磁体应力云图。由图可知永磁体最大拉力为71.154MPa，最大压力为25.974MPa。(注：对比图5-8可知，采用材料分段护套2可使磁钢受到最大应力减小，即拉应力更小；最小应力减小，即压应力更大，所以磁钢更加安全)。
根据本申请实施例，提供了一种电机，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。电机为高速电机。
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。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种转子结构，其特征在于，包括：
转子本体(1)，所述转子本体(1)包括永磁体段(12)和短轴段(11)；
和护套(2)，所述护套(2)包括第一护套(21)和第二护套(22)，所述第一护套(21)套设于所述短轴段(11)外，所述第二护套(22)套设于所述永磁体段(12)外，所述第一护套(21)的热膨胀系数为S1；所述第二护套(22)的热膨胀系数为S2；其中，S1＞S2。
2.根据权利要求1中所述的转子结构，其特征在于，所述短轴段(11)的热膨胀系数为S3；其中，S1＞S3。
3.根据权利要求1中所述的转子结构，其特征在于，S1＝2S2～5S2。
4.根据权利要求1中所述的转子结构，其特征在于，所述短轴段(11)的数量包括两个，两个所述短轴段(11)分别位于所述永磁体段(12)的两端，每个所述短轴段(11)外均套设有所述第一护套(21)。
5.根据权利要求1中所述的转子结构，其特征在于，所述第一护套(21)与所述第二护套(22)的材质不同。
6.根据权利要求1中所述的转子结构，其特征在于，所述第一护套(21)为合金护套。
7.根据权利要求1中所述的转子结构，其特征在于，所述第一护套(21)的材质耐高温度为400～500℃；和/或，所述第一护套(21)的强度为900～1500MPa。
8.根据权利要求1中所述的转子结构，其特征在于，所述短轴段(11)由非导磁材料制成。
9.根据权利要求1中所述的转子结构，其特征在于，所述第一护套(21)与所述第二护套(22)拼接；
和/或，所述第一护套(21)与所述第二护套(22)一体式连接。
10.一种电机，包括转子结构，其特征在于，所述转子结构为权利要求1-9中任一项所述的转子结构。
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