CN211018525U - 电机转轴和磁悬浮电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电机转轴和磁悬浮电机。该电机转轴包括前短轴、后短轴、芯轴、前磁悬浮轴承、后磁悬浮轴承、磁钢环、第一隔磁环和第二隔磁环，芯轴设置在前短轴和后短轴之间，前磁悬浮轴承套设在前短轴上，后磁悬浮轴承套设在后短轴上，磁钢环套设在芯轴外，第一隔磁环和第二隔磁环套设在芯轴外，磁钢环位于第一隔磁环和第二隔磁环之间，前短轴和/或后短轴采用导磁材料，第一隔磁环和第二隔磁环的外径与磁钢环的外径相同，第一隔磁环和/或第二隔磁环的内径小于磁钢环的内径。根据本申请的电机转轴，能够在有效避免磁钢环磁场对磁悬浮轴承磁场的干扰的同时，加大磁悬浮轴承出力。

Description

电机转轴和磁悬浮电机

技术领域

本申请涉及电机技术领域，具体涉及一种电机转轴和磁悬浮电机。

背景技术

高速永磁同步电机具有功率密度大、动态响应好以及结构简单等多种优点，已成为国际电工领域的研究热点之一。但是，其转子中的永磁体一般采用烧结钕铁硼永磁材料，由于这种永磁材料抗压不抗拉，为了保证永磁体在高速下有足够的强度，一般在永磁体外包裹一层高强度转子护套，转子护套和永磁体采用过盈配合以保证永磁体在工作时依然承受一定的压应力，从而保证高速电机的安全运行。

现有技术中提供了一种表贴式高速永磁电机转子结构，该高速永磁电机转子采用三段式环形磁钢环的结构设计，其中导磁芯采用导磁材料，而两端的转轴端件与转轴端件采用非导磁材料，目的是阻断轴向磁路，降低轴向漏磁。

这类三段轴设计的弊端在于其前、后短轴只能使用非导磁材料，因为如果使用导磁材料环形磁钢环会在轴向形成漏磁磁路，导致对转轴两端磁悬浮轴承的磁场的干扰，增加磁悬浮轴承控制难度，降低磁悬浮轴承控制精度；而前、后短轴使用非导磁材料则会限制磁悬浮轴承的磁路，使磁悬浮轴承转子磁路更容易达到饱和，降低轴承出力。

实用新型内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电机转轴和磁悬浮电机，能够在有效避免磁钢环磁场对磁悬浮轴承磁场的干扰的同时，加大磁悬浮轴承出力。

为了解决上述问题，本申请提供一种电机转轴，包括前短轴、后短轴、芯轴、前磁悬浮轴承、后磁悬浮轴承、磁钢环、第一隔磁环和第二隔磁环，芯轴设置在前短轴和后短轴之间，前磁悬浮轴承套设在前短轴上，后磁悬浮轴承套设在后短轴上，磁钢环套设在芯轴外，第一隔磁环和第二隔磁环套设在芯轴外，磁钢环位于第一隔磁环和第二隔磁环之间，前短轴和/或后短轴采用导磁材料，第一隔磁环和第二隔磁环的外径与磁钢环的外径相同，第一隔磁环和/或第二隔磁环的内径小于磁钢环的内径。

优选地，芯轴与前短轴或后短轴一体成型。

优选地，芯轴与后短轴一体成型，第二隔磁环的内径小于磁钢环的内径，芯轴与后短轴的连接位置处设置有环形卡槽，第二隔磁环设置在环形卡槽内。

优选地，第二隔磁环包括至少两个环段，至少两个环段组合形成第二隔磁环。

优选地，第一隔磁环的内径小于或等于磁钢环的内径。

优选地，第一隔磁环为一体成型，或者第一隔磁环包括至少两个环段，至少两个环段组合形成第一隔磁环。

优选地，第二隔磁环的径向厚度为H1，磁钢环的径向厚度为H2，其中1.1≤H1/H2≤1.4。

优选地，芯轴与前短轴一体成型，第一隔磁环的内径小于磁钢环的内径，芯轴与前短轴的连接位置处设置有环形卡槽，第一隔磁环设置在环形卡槽内。

优选地，芯轴与后短轴一体成型，第二隔磁环的内径等于磁钢环的内径，第一隔磁环的内径小于磁钢环的内径。

优选地，芯轴与后短轴一体成型，芯轴朝向前短轴的一端设置有凸起，前短轴朝向芯轴的一端设置有凹槽，凸起卡入凹槽内，凸起的顶面与凹槽的底面之间形成轴向间隙。

优选地，凹槽的底面设置有向着远离凸起的方向凹陷的隔磁槽。

优选地，电机转轴还包括护套，护套套设在磁钢环和隔磁环外，前短轴和后短轴均有部分伸入护套内。

根据本申请的另一方面，提供了一种磁悬浮电机，包括电机转轴，该电机转轴为上述的电机转轴。

本申请提供的电机转轴，包括前短轴、后短轴、芯轴、前磁悬浮轴承、后磁悬浮轴承、磁钢环、第一隔磁环和第二隔磁环，芯轴设置在前短轴和后短轴之间，前磁悬浮轴承套设在前短轴上，后磁悬浮轴承套设在后短轴上，磁钢环套设在芯轴外，第一隔磁环和第二隔磁环套设在芯轴外，磁钢环位于第一隔磁环和第二隔磁环之间，前短轴和/或后短轴采用导磁材料，第一隔磁环和第二隔磁环的外径与磁钢环的外径相同，第一隔磁环和/或第二隔磁环的内径小于磁钢环的内径。该电机转轴在磁钢环的两端分别设置隔磁环，因此能够阻断磁钢环的轴向磁路，降低环形磁钢轴向漏磁，有效避免磁钢环在轴向形成漏磁磁路，同时由于隔磁环的使用能够对磁钢环的轴向漏磁形成有效限制，使得前短轴和后短轴采用导磁材料成为可能，不会导致大量磁钢环的磁力线大量经前短轴和后短轴到达磁悬浮轴承处而对磁悬浮轴承的磁场形成较大干扰，降低了磁悬浮轴承的控制精度与控制难度，而前短轴和后短轴采用导磁材料，能够增大磁悬浮轴承的磁路面积，使得磁悬浮轴承转子的磁路不易饱和，从而有效提高轴承出力，改善磁悬浮轴承的工作性能。

附图说明

图1为本申请实施例的电机转轴的分解结构示意图；

图2为本申请第一实施例的电机转轴的剖视结构图；

图3为本申请第二实施例的电机转轴的剖视结构图；

图4为本申请实施例的电机转轴的磁悬浮轴承的磁路示意图。

附图标记表示为：

1、前短轴；2、后短轴；3、芯轴；4、前磁悬浮轴承；5、后磁悬浮轴承；6、磁钢环；7、第一隔磁环；8、第二隔磁环；9、环形卡槽；10、环段；11、凹槽；12、凸起；13、隔磁槽；14、护套。

具体实施方式

结合参见图1至图4所示，根据本申请的实施例，电机转轴包括前短轴1、后短轴2、芯轴3、前磁悬浮轴承4、后磁悬浮轴承5、磁钢环6、第一隔磁环7和第二隔磁环8，芯轴3设置在前短轴1和后短轴2之间，前磁悬浮轴承4套设在前短轴1上，后磁悬浮轴承5套设在后短轴2上，磁钢环6套设在芯轴3外，第一隔磁环7和第二隔磁环8套设在芯轴3外，磁钢环6位于第一隔磁环7和第二隔磁环8之间，前短轴1和/或后短轴2采用导磁材料，第一隔磁环7和第二隔磁环8的外径与磁钢环6的外径相同，第一隔磁环7和/或第二隔磁环8的内径小于磁钢环6的内径。

该电机转轴在磁钢环6的两端分别设置隔磁环，因此能够阻断磁钢环6的轴向磁路，降低环形磁钢轴向漏磁，有效避免磁钢环6在轴向形成漏磁磁路，同时由于隔磁环的使用能够对磁钢环6的轴向漏磁形成有效限制，使得前短轴1和后短轴2采用导磁材料成为可能，不会导致大量磁钢环6的磁力线大量经前短轴1和后短轴2到达磁悬浮轴承处而对磁悬浮轴承的磁场形成较大干扰，降低了磁悬浮轴承的控制精度与控制难度，而前短轴1和后短轴2采用导磁材料，能够增大磁悬浮轴承的磁路面积，使得磁悬浮轴承转子的磁路不易饱和，从而有效提高轴承出力，改善磁悬浮轴承的工作性能。

芯轴3与前短轴1或后短轴2一体成型，可以保证芯轴3与前短轴1或者后短轴2的同轴度，减少零件个数，减少加工工序，提高加工效率，降低加工成本。

无论是芯轴3与前短轴1一体成型，还是芯轴3与后短轴2一体成型，都能够使得前短轴1和后短轴2之间形成分体式结构，从而降低磁钢环6的安装难度，也更加方便进行第一隔磁环7和第二隔磁环8的安装。

在其中一个实施例中，芯轴3与后短轴2一体成型，第二隔磁环8的内径小于磁钢环6的内径，芯轴3与后短轴2的连接位置处设置有环形卡槽9，第二隔磁环8设置在环形卡槽9内。第二隔磁环8设置在环形卡槽9内，可以对第二隔磁环8形成轴向限位，进而利用第二隔磁环8对磁钢环6形成轴向限位。由于第二隔磁环8的外径与磁钢环6的外径相等，第二隔磁环8的内径小于磁钢环6的内径，因此使得第二隔磁环8的径向厚度大于磁钢环6的径向厚度，不仅能够从端面上全面遮挡磁钢环6，而且也可以从磁钢环6的内周侧对磁钢环6的磁力线形成阻挡，更加有效地避免磁钢环6的磁力线经芯轴3和后短轴2到达后磁悬浮轴承5，对后磁悬浮轴承5的磁场形成干扰，对于磁钢环6的轴向漏磁隔绝效应更加，使得后磁悬浮轴承5的工作性能更加稳定可靠。

由于第二隔磁环8的内径小于芯轴3的外径，因此为了方便第二隔磁环8在环形卡槽9内的安装，第二隔磁环8包括至少两个环段10，至少两个环段10组合形成第二隔磁环8。由于第二隔磁环8采用了分体式的结构，因此能够不受芯轴3的外径大小的影响，可以直接安装在环形卡槽9内，在安装完成之后，可以将各个环段10固定连接在一起，具体的连接方式可以为粘接、焊接或者是其它的方式。此外，由于磁钢环6外一般还会套设护套14，因此也可以利用护套14对第二隔磁环8进行安装定位，当第二隔磁环8的各个环段10在环形卡槽9内完成安装之后，可以将护套14套设在第二隔磁环8外，使得各个环段10能够紧密地组合在一起形成环状隔磁结构，既能够形成有效的轴向隔磁效果，也可以方便实现第二隔磁环8在环形卡槽9内的安装固定。

第二隔磁环8的环段10可以为两个半圆环结构，也可以为多个分段式结构，这些分段式结构组合在一起之后，能够形成一个完整的第二隔磁环8.第二隔磁环8的各个环段10可以采用等分式结构，这样一来，各个环段10的结构可以相同，因此能够降低环段10的加工难度，实现规模化批量生产，提高生产效率，降低生产成本。

在本实施例中，第二隔磁环8的内径与环形卡槽9的内径尺寸相同，从而能够有效保证第二隔磁环8的内环面与环形卡槽9的底壁相贴合，进一步提高第二隔磁环8在环形卡槽9上的安装结构的稳定性和可靠性。

优选地，第一隔磁环7的内径小于或等于磁钢环6的内径。

当第一隔磁环7的内径小于磁钢环6的内径时，此时第一隔磁环7的径向厚度大于磁钢环6的径向厚度，第一隔磁环7能够起到与第二隔磁环8相同的效果，更加有效地避免磁钢环6对前磁悬浮轴承4的磁场造成干扰，进一步降低磁悬浮轴承的控制难度，提高磁悬浮轴承的控制精度，如图1所示。

当第一隔磁环7的内径等于磁钢环6的内径时，第一隔磁环7为一体成型，此时由于第一隔磁环7的内径等于芯轴3的外径，因此可以直接安装在芯轴3上，无需对第一隔磁环7进行分段，如图2所示。

当第一隔磁环7的内径小于磁钢环6的内径时，第一隔磁环7为一体成型，这是由于第一隔磁环7设置在芯轴3的靠近前短轴1的一端，因此位于磁钢环6的安装端，可以将芯轴3的与第一隔磁环7相配合的一段的直径加工的较小，满足第一隔磁环7的安装需求，由于芯轴3不会对第一隔磁环7的安装形成阻碍，因此可以将第一隔磁环7设计为一体成型的整体式结构，降低第一隔磁环7的加工难度和安装难度。

在其他的实施例中，第一隔磁环7也可以包括至少两个环段10，至少两个环段10组合形成第一隔磁环7。

在本实施例中，磁钢环6可以采用钕铁硼材料，平行径向充磁，第一隔磁环7与第二隔磁环8均与磁钢环6的端面紧密贴合。

优选地，第二隔磁环8的径向厚度为H1，磁钢环6的径向厚度为H2，其中1.1≤H1/H2≤1.4，从而能够保证第二隔磁环8的径向厚度处于一个合理的区间范围，既能够保证第二隔磁环8具有足够的径向厚度，对磁钢环6的轴向漏磁起到更加有效的阻挡作用，避免磁钢环6上的磁力线经芯轴3到达后磁悬浮轴承5，又能够避免第二隔磁环8的径向厚度过大，导致芯轴3与后短轴2之间的连接强度不足的问题。

在另外一个实施例中，芯轴3与前短轴1一体成型，第一隔磁环7的内径小于磁钢环6的内径，芯轴3与前短轴1的连接位置处设置有环形卡槽9，第一隔磁环7设置在环形卡槽9内。在本实施例中，第二隔磁环8的内径可以等于磁钢环6的内径，也可以小于磁钢环6的内径。

在另外一个实施例中，芯轴3与后短轴2一体成型，第二隔磁环8的内径等于磁钢环6的内径，第一隔磁环7的内径小于磁钢环6的内径。在本实施例中，由于第二隔磁环8的内径等于磁钢环6的内径，也与芯轴3的外径相同，因此可以采用一体式结构。

芯轴3与后短轴2一体成型，芯轴3朝向前短轴1的一端设置有凸起12，前短轴1朝向芯轴3的一端设置有凹槽11，凸起12卡入凹槽11内，凸起12的顶面与凹槽11的底面之间形成轴向间隙。

当第一隔磁环7的内径等于磁钢环6的内径时，位于磁钢环6和前短轴1之间的第一隔磁环7具有朝向前短轴1的第一端面，芯轴3包括设置凸起12的定位端面，第一端面与定位端面齐平。

优选地，凹槽11的底面设置有向着远离凸起12的方向凹陷的隔磁槽13。由于磁钢环6的轴向方向的磁力线被第一隔磁环7阻隔，同时位于芯轴3中心的磁力线被隔磁槽13阻隔，因此能够从芯轴3的内外两侧同时对磁钢环6的磁力线形成阻隔，可以更加有效地避免磁钢环6的磁力线沿轴向到达前磁悬浮轴承4处对前磁悬浮轴承4的磁场造成干扰，进一步降低前磁悬浮轴承4的控制难度，减小前磁悬浮轴承4控制过程中的影响因素，提高前磁悬浮轴承4的控制精度。

优选地，电机转轴还包括护套14，护套14套设在磁钢环6和隔磁环外，前短轴1和后短轴2均有部分伸入护套14内。上述的护套14例如为合金护套。

合金护套可采用镍基合金、钛合金等材料，与前后短轴、磁钢环6与隔磁环之间均为过盈配合，这种联结方式使合金护套可以在转轴不同组件之间传递机械转矩；高速旋转时，合金护套还起到保护作用，保证电机转轴的安全运行。合金护套在转轴上的定位通过前后短轴相应的定位凸台实现，合金护套前端面应与前短轴凸台的后端面紧密贴合，合金护套后端面则与后短轴凸台的前端面紧密贴合。

优选地，护套和前短轴、后短轴、隔磁环、磁钢环之间均为过盈配合。

在进行装配时，先将磁钢环6与隔磁环按顺序套装到芯轴3上，可以在磁钢环6与隔磁环内壁或芯轴3的外圆面涂覆磁钢胶，将磁钢环6与隔磁环固定牢靠；然后，对合金护套进行加热，护套14膨胀到合适程度时迅速热套到已经固定好磁钢环6与隔磁环的后短轴2上，同时也将前短轴1从护套14另一端迅速装入，通过前短轴1的凹槽11与后短轴2的凸起12所形成的凹凸配合结构的定心作用迅速进行同轴固定。

根据本申请的实施例，磁悬浮电机包括电机转轴，该电机转轴为上述的电机转轴。

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 (13)

1.一种电机转轴，其特征在于，包括前短轴(1)、后短轴(2)、芯轴(3)、前磁悬浮轴承(4)、后磁悬浮轴承(5)、磁钢环(6)、第一隔磁环(7)和第二隔磁环(8)，所述芯轴(3)设置在所述前短轴(1)和所述后短轴(2)之间，所述前磁悬浮轴承(4)套设在所述前短轴(1)上，所述后磁悬浮轴承(5)套设在所述后短轴(2)上，所述磁钢环(6)套设在所述芯轴(3)外，所述第一隔磁环(7)和所述第二隔磁环(8)套设在所述芯轴(3)外，所述磁钢环(6)位于所述第一隔磁环(7)和所述第二隔磁环(8)之间，所述前短轴(1)和/或所述后短轴(2)采用导磁材料，所述第一隔磁环(7)和所述第二隔磁环(8)的外径与所述磁钢环(6)的外径相同，所述第一隔磁环(7)和/或所述第二隔磁环(8)的内径小于所述磁钢环(6)的内径。

2.根据权利要求1所述的电机转轴，其特征在于，所述芯轴(3)与所述前短轴(1)或所述后短轴(2)一体成型。

3.根据权利要求2所述的电机转轴，其特征在于，所述芯轴(3)与所述后短轴(2)一体成型，所述第二隔磁环(8)的内径小于所述磁钢环(6)的内径，所述芯轴(3)与所述后短轴(2)的连接位置处设置有环形卡槽(9)，所述第二隔磁环(8)设置在所述环形卡槽(9)内。

4.根据权利要求3所述的电机转轴，其特征在于，所述第二隔磁环(8)包括至少两个环段(10)，所述至少两个环段(10)组合形成所述第二隔磁环(8)。

5.根据权利要求3所述的电机转轴，其特征在于，所述第一隔磁环(7)的内径小于或等于所述磁钢环(6)的内径。

6.根据权利要求5所述的电机转轴，其特征在于，所述第一隔磁环(7)为一体成型，或者所述第一隔磁环(7)包括至少两个环段(10)，所述至少两个环段(10)组合形成所述第一隔磁环(7)。

7.根据权利要求3所述的电机转轴，其特征在于，所述第二隔磁环(8)的径向厚度为H1，所述磁钢环(6)的径向厚度为H2，其中1.1≤H1/H2≤1.4。

8.根据权利要求2所述的电机转轴，其特征在于，所述芯轴(3)与所述前短轴(1)一体成型，所述第一隔磁环(7)的内径小于所述磁钢环(6)的内径，所述芯轴(3)与所述前短轴(1)的连接位置处设置有环形卡槽(9)，所述第一隔磁环(7)设置在所述环形卡槽(9)内。

9.根据权利要求2所述的电机转轴，其特征在于，所述芯轴(3)与所述后短轴(2)一体成型，所述第二隔磁环(8)的内径等于所述磁钢环(6)的内径，所述第一隔磁环(7)的内径小于所述磁钢环(6)的内径。

10.根据权利要求2所述的电机转轴，其特征在于，所述芯轴(3)与所述后短轴(2)一体成型，所述芯轴(3)朝向所述前短轴(1)的一端设置有凸起(12)，所述前短轴(1)朝向所述芯轴(3)的一端设置有凹槽(11)，所述凸起(12)卡入所述凹槽(11)内，所述凸起(12)的顶面与所述凹槽(11)的底面之间形成轴向间隙。

11.根据权利要求10所述的电机转轴，其特征在于，所述凹槽(11)的底面设置有向着远离所述凸起(12)的方向凹陷的隔磁槽(13)。

12.根据权利要求1所述的电机转轴，其特征在于，所述电机转轴还包括护套(14)，所述护套(14)套设在所述磁钢环(6)和所述隔磁环外，所述前短轴(1)和所述后短轴(2)均有部分伸入所述护套(14)内。

13.一种磁悬浮电机，包括电机转轴，其特征在于，所述电机转轴为权利要求1至12中任一项所述的电机转轴。

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