CN214380360U - 电机转子、磁悬浮电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电机转子、磁悬浮电机，其中的电机转子，包括转轴，所述转轴具有中空筒段，所述中空筒段的筒壁外周侧过盈套装有护套，所述中空筒段的筒壁内侧过盈连接有磁钢，所述护套与所述中空筒段的筒壁之间具有第一冷却管道。根据本实用新型，有效降低所述护套的温升，进而减小护套的变形、转子偏心、振动；同时，采用双层过盈配合方式，将护套应力分散到转轴上，可以有效减小护套的等效应力，也可以有效减小护套的变形程度，减小转子偏心造成的振动异常，提高电机转子的悬浮精度以及稳定性。

Description

电机转子、磁悬浮电机

技术领域

本实用新型属于电机制造技术领域，具体涉及一种电机转子、磁悬浮电机。

背景技术

磁悬浮电机是利用磁悬浮轴承是的电磁力作用，将电机转子悬浮于空中，使电机转子与电机定子之间没有机械接触，没有机械摩擦，是一种低损耗、高性能电机。在实现电机转子高转速的同时，还具有无机械磨损、能耗低、噪声小、寿命长，无需润滑和密封、无油污染等优点、磁悬浮电机转子转速只受转子材料抗拉强度的限制，因此磁悬浮电机转子的圆周速度可以很高，在高速设备中的应用越来越广泛。

传统的侧重速度型的隐极式高速电机转子结构由转子、永磁体、护套组成，这是因为高速电机在运行过程中，永磁体将受到非常大的周向拉力作用，永磁体具有抗压不抗拉特性，为防止其在正常工作状态下不被破坏，必须通过专业防护手段来对永磁体进行强度保护。

现有的高速电机转子结构采用三段式结构，由前短轴、后短轴、磁钢以及护套组成，如图1所示。

目前的高速电机转子结构存在如下不足：

(1)转子采用三段轴形式，实心磁钢与护套配合，高速旋转时，理论上主磁通与转子的旋转速度是相同的，但是由于定子齿、交变电源等产生的空间谐波和时间谐波的存在，其旋转速度与转子不同，会在护套、磁钢上产生感应电动势，产生转子涡流；同理，气隙内的谐波磁场会在护套表面形成感应电动势进而形成转子涡流损耗。因此，磁钢、护套上会存在大量的涡流损耗，长时间运行下，磁钢、护套会产生大量热量导致温度上升，温度过高，会导致磁性能下降；温度过高，护套外圆变形过大，造成转子偏心，悬浮精度差，振动异常，影响转子的稳定运行；

(2)转子采用三段轴形式，护套与轴过盈量为a、与实心磁钢过盈量为b，当温度过高时，会导致a、b减小，影响转子结构与稳定运行；实心磁钢仅与护套过盈为b，高速运转时，会导致护套外圆承受的等效应力P过大，造成护套外圆变形增大，变形量为h，同样造成转子偏心，悬浮精度差，振动异常，影响转子稳定运行；

(3)转子采用三段轴形式，护套与轴肩之间会产生间隙。护套经过高温加热后，热套入轴，因为考虑到护套热胀冷缩问题，护套与轴配合的轴向留有余量，经过冷却后，护套会与一侧或者两侧轴肩产生间隙。在转子高速运转下，转轴向偏移时，会受到一个较大的轴向力，此间隙会导致护套在轴向上有偏移的空间，长期运行时，护套两侧变形量会变大，护套寿命降低。

实用新型内容

因此，本实用新型提供一种电机转子、磁悬浮电机，以克服现有技术中转子高速运行过程中护套温升较大导致变形大、转子偏心、悬浮精度差、振动的不足。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种电机转子，包括转轴，所述转轴具有中空筒段，所述中空筒段的筒壁外周侧过盈套装有护套，所述中空筒段的筒壁内侧过盈连接有磁钢，所述护套与所述中空筒段的筒壁之间具有第一冷却管道。

优选地，所述转轴包括第一转轴，所述第一转轴具有沿其轴向延伸的套筒段，所述磁钢处于所述套筒段的筒壁内，所述第一冷却管道构造于所述套筒段的外筒壁上，所述护套套装于所述套筒段上；和/或，所述第一冷却管道沿所述转轴的轴向延伸。

优选地，所述转轴还包括第二转轴，所述第二转轴与所述第一转轴同轴，所述第二转轴的第一端插装于所述套筒段的筒壁内，所述磁钢夹持于所述套筒段的筒底部与所述第二转轴的第一端端面之间。

优选地，所述套筒段的内筒壁上构造有第二冷却管道，所述第二冷却管道沿所述第一转轴的轴向延伸。

优选地，所述第一冷却管道在所述转轴的任一径向平面上的投影为半圆形；和/或，所述第二冷却管道在所述转轴的任一径向平面上的投影为半圆形。

优选地，所述第一冷却管道、所述第二冷却管道各具有多根，在所述转轴的任一径向平面上的投影，多根所述第一冷却管道、所述第二冷却管道围绕所述套筒段的轴心交替间隔设置。

优选地，所述转轴还包括第三冷却管道，所述第三冷却管道沿所述转轴的轴向贯通所述转轴的轴向两端并贯穿所述磁钢的轴向两端。

优选地，所述第三冷却管道与所述第一冷却管道及第二冷却管道通过第四冷却管道连通。

优选地，所述第四冷却管道沿所述第一转轴的径向延伸。

优选地，所述转轴与所述护套的第一轴端对应的轴段为第一轴段，所述转轴与所述护套的第二轴端对应的轴段为第二轴段，所述第一轴段的轴径小于所述护套的内径，所述第二轴段的轴径小于所述护套的内径。

本实用新型还提供一种磁悬浮电机，包括上述的电机转子。

本实用新型提供的一种电机转子、磁悬浮电机，通过在所述护套与所述中空通断的筒壁之间设置所述第一冷却管道从而将冷却介质引导至所述护套处实现对所述护套的冷却，有效降低所述护套的温升，进而减小护套的变形、转子偏心、振动，当其被应用到磁悬浮电机中时还能够提升磁悬浮的精度；同时，所述中空筒段的筒壁与所述护套两者同时形成对所述磁钢的双层支撑保护，采用双层过盈配合方式，将护套应力分散到转轴上，可以有效减小护套的等效应力，也可以有效减小护套的变形程度，减小转子偏心造成的振动异常，提高电机转子的悬浮精度以及稳定性。

附图说明

图1为现有技术中的电机转子的内部结构示意图；

图2为本实用新型实施例的电机转子的一个角度下的断面结构示意图，图中箭头示出了冷却介质的流向；

图3为本实用新型实施例的电机转子的另一个角度下的断面结构示意图，图中箭头示出了冷却介质的流向；

图4为本实用新型实施例的电机转子的再一个角度下的断面结构示意图；

图5为本实用新型实施例的电机转子的立体结构拆解示意图；

图6为图5中的第一转轴的立体结构示意图；

图7为图6的轴向投影图；

图8为图5中的第二转轴的立体结构示意图；

图9为现有技术中的单层过盈配合时护套的等效应力仿真图；

图10为现有技术中的单层过盈配合时护套的变形量仿真图；

图11为本实用新型中的双层过盈配合时护套的等效应力仿真图；

图12为本实用新型中的双层过盈配合时护套的变形量仿真图。

附图标记表示为：

1、第一转轴；11、套筒段；2、第二转轴；31、第一冷却管道；311、第一外侧管道段；312、第二外侧管道段；32、第二冷却管道；321、第一内侧管道段；322、第二内侧管道段；33、第三冷却管道；331、第一中心管道段；332、第二中心管道段；333、第三中心管道段；34、第四冷却管道；4、护套；5、磁钢。

具体实施方式

结合参见图2至图12所示，根据本实用新型的实施例，提供一种电机转子，包括转轴，所述转轴具有中空筒段，所述中空筒段的筒壁外周侧过盈套装有护套4，所述中空筒段的筒壁内侧过盈连接有磁钢5，所述护套4与所述中空筒段的筒壁之间具有第一冷却管道31。该技术方案中，通过在所述护套4与所述中空通断的筒壁之间设置所述第一冷却管道31从而将冷却介质(例如冷却油)引导至所述护套4处实现对所述护套4的冷却，有效降低所述护套4的温升，进而减小护套4的变形、转子偏心、振动，当其被应用到磁悬浮电机中时还能够提升磁悬浮的精度；同时，所述中空筒段的筒壁与所述护套4两者同时形成对所述磁钢5的双层支撑保护，采用双层过盈配合方式，将护套应力分散到转轴上，可以有效减小护套4的等效应力，也可以有效减小护套4的变形程度，减小转子偏心造成的振动异常，提高电机转子的悬浮精度以及稳定性。

具体可参见图9-12所示，由图9及10可以看出，采用现有技术中的单层过盈配合结构时护套4的最大等效应力为445Mpa、最大变形量为0.076mm，而采用本实用新型的双层过盈配合结构时护套4的最大等效应力为333Mpa、最大变形量为0.067mm，可见本实用新型的技术方案中的双层过盈配合结构能够显著降低护套4的等效应力及变形量。

在一些实施方式中，所述第一冷却管道31沿所述转轴的轴向延伸，从而能够降低所述第一冷却管道31的加工难度。

在一些实施方式中，所述转轴包括第一转轴1与第二转轴2，所述第一转轴1与所述第二转轴2同轴连接，作为所述第一转轴1的一种具体实现形式，所述第一转轴1具有沿其轴向延伸的套筒段11，所述磁钢5处于所述套筒段11的筒壁内，此时所述第一冷却管道31构造于所述套筒段11的外筒壁上，所述护套4套装于所述套筒段11上，所述第二转轴2的第一端插装于所述套筒段11的筒壁内，所述磁钢5夹持于所述套筒段11的筒底部与所述第二转轴2的第一端端面之间。进一步地，所述第一冷却管道31可以由处于所述第一转轴1的套筒段11的外侧周壁上的第一外侧管道段311以及处于所述第二转轴2的轴体外周壁上的第二外侧管道段312共同拼接形成，从而使冷却介质能够经由所述护套4的一侧流经所述护套4的全轴长后由护套4的另一侧流出，形成冷却循环。

在一些实施方式中，所述套筒段11的内筒壁上构造有第二冷却管道32，所述第二冷却管道32沿所述第一转轴1的轴向延伸，此时可以理解的，所述第二冷却管道32处于所述套筒段11与所述磁钢5之间，从而能够形成对所述磁钢5的外周壁的冷却，进一步降低磁钢5的温升。与所述第一冷却管道31类似的，所述第二冷却管道32可以由处于所述第一转轴1的套筒段11的外侧周壁上的第一内侧管道段321以及处于所述第二转轴2的轴体外周壁上的第二内侧管道段322共同拼接形成，从而使冷却介质能够经由所述磁钢5的一侧流经所述护磁钢5的外壁全轴长后由磁钢5的另一侧流出，形成冷却循环。

在一些实施方式中，所述第一冷却管道31在所述转轴的任一径向平面上的投影为半圆形；和/或，所述第二冷却管道32在所述转轴的任一径向平面上的投影为半圆形。采用半圆形的管道形状能够减小对所述套筒段11的刚度及强度的降低程度。

所述第一冷却管道31、所述第二冷却管道32各具有多根，在所述转轴的任一径向平面上的投影，多根所述第一冷却管道31、所述第二冷却管道32围绕所述套筒段11的轴心交替间隔设置，最好的，任意相邻的两根冷却管道之间的间距皆相等，从而能够使所述磁钢5、护套4的温升在较低的同时小变形各向皆相对均匀(例如间隔45°或者90°)，提高电机转子的运转平稳性。

在一些实施方式中，所述转轴还包括第三冷却管道33，所述第三冷却管道33沿所述转轴的轴向贯通所述转轴的轴向两端并贯穿所述磁钢5的轴向两端，具体的，所述第三冷却管道33由构造于第一转轴1上的第一中心管道段331、第二转轴2上的第二中心管道段332及磁钢5上的第三中心管道段333拼接形成，以能够对所述磁钢5的内部实现有效冷却。

最好的，所述第三冷却管道33与所述第一冷却管道31及第二冷却管道32通过第四冷却管道34连通，优选地，所述第四冷却管道34沿所述第一转轴1的径向延伸。从而使所述冷却介质能够经由所述第一冷却管道31分流进入第二冷却管道32及第三冷却管道33内，使冷却介质的供应接口得到简化。

在一些实施方式中，所述转轴与所述护套4的第一轴端对应的轴段为第一轴段，所述转轴与所述护套4的第二轴端对应的轴段为第二轴段，所述第一轴段的轴径小于所述护套4的内径，所述第二轴段的轴径小于所述护套4的内径，也即所述护套4的两端与所述转轴的轴体之间不再具有现有技术中间隙，从而有效防止现有技术中由于存在间隙导致的电机转子高速运行下时的轴向偏移，减小护套4的轴向两端的变形量，进而提高护套寿命。

在整体装配时可采用如下方式：将第一转轴1加热，固定后取出磁钢5热套入第一转轴1的套筒段11内，然后将第二转轴2的一端热套进所述套筒段11内，此过程通过导条工装配合将第一转轴1与第二转轴2的内外侧冷却管道对齐，最后将护套4加热，热套于所述套筒段11的外周壁上。

根据本实用新型的实施例，还提供一种磁悬浮电机，包括上述的电机转子。

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。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种电机转子，其特征在于，包括转轴，所述转轴具有中空筒段，所述中空筒段的筒壁外周侧过盈套装有护套(4)，所述中空筒段的筒壁内侧过盈连接有磁钢(5)，所述护套(4)与所述中空筒段的筒壁之间具有第一冷却管道(31)。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述转轴包括第一转轴(1)，所述第一转轴(1)具有沿其轴向延伸的套筒段(11)，所述磁钢(5)处于所述套筒段(11)的筒壁内，所述第一冷却管道(31)构造于所述套筒段(11)的外筒壁上，所述护套(4)套装于所述套筒段(11)上；和/或，所述第一冷却管道(31)沿所述转轴的轴向延伸。

3.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述转轴还包括第二转轴(2)，所述第二转轴(2)与所述第一转轴(1)同轴，所述第二转轴(2)的第一端插装于所述套筒段(11)的筒壁内，所述磁钢(5)夹持于所述套筒段(11)的筒底部与所述第二转轴(2)的第一端端面之间。

4.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述套筒段(11)的内筒壁上构造有第二冷却管道(32)，所述第二冷却管道(32)沿所述第一转轴(1)的轴向延伸。

5.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述第一冷却管道(31)在所述转轴的任一径向平面上的投影为半圆形；和/或，所述第二冷却管道(32)在所述转轴的任一径向平面上的投影为半圆形。

6.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述第一冷却管道(31)、所述第二冷却管道(32)各具有多根，在所述转轴的任一径向平面上的投影，多根所述第一冷却管道(31)、所述第二冷却管道(32)围绕所述套筒段(11)的轴心交替间隔设置。

7.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，所述转轴还包括第三冷却管道(33)，所述第三冷却管道(33)沿所述转轴的轴向贯通所述转轴的轴向两端并贯穿所述磁钢(5)的轴向两端。

8.根据权利要求7所述的电机转子，其特征在于，所述第三冷却管道(33)与所述第一冷却管道(31)及第二冷却管道(32)通过第四冷却管道(34)连通。

9.根据权利要求8所述的电机转子，其特征在于，所述第四冷却管道(34)沿所述第一转轴(1)的径向延伸。

10.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述转轴与所述护套(4)的第一轴端对应的轴段为第一轴段，所述转轴与所述护套(4)的第二轴端对应的轴段为第二轴段，所述第一轴段的轴径小于所述护套(4)的内径，所述第二轴段的轴径小于所述护套(4)的内径。

11.一种磁悬浮电机，包括电机转子，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至10中任一项所述的电机转子。

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