CN109904952B - 大功率超高速永磁电机的转子轴的磁钢固定结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大功率超高速永磁电机的转子轴的磁钢固定结构，包括非导磁金属护套，非导磁金属护套的内环面上凹陷形成有至少两个不连续的凹槽，在各凹槽中嵌入有磁钢；所述非导磁金属护套通过紧配合箍套在转子轴的外表面上，并使所述磁钢的内表面与转子轴的外表面紧密贴合。本发明既可使磁钢被牢固定位，能够避免磁钢发生晃动，而且由于非导磁金属护套是金属材质，其结构强度较高，不易损坏，具有很高的使用寿命。另外，一体化结构的非导磁金属护套能够屏蔽定子产生的谐波磁场透入磁钢，并利于磁钢中的热量导出。
Description
技术领域
本发明涉及大功率超高速永磁电机，特别涉及转子轴的磁钢固定结构。
背景技术
如图1所示，是现有大功率超高速永磁电机的结构原理图，转子轴1通过推力轴承2、磁悬浮轴承3以及辅助轴承4与机座5可转动地连接，转子轴1外周侧位置的机座5上还固定有定子6，定子6上的绕组通电，可驱动转子轴1旋转而输出转矩。
如图2、图3所示，所述转子轴1外套有若干个磁钢11，磁钢11之间用隔磁桥12隔开，磁钢11外侧用碳纤维套或非磁性金属套13固定。
随着永磁电机的功率加大，所述转子轴1的半径也随之增大，因而磁钢11受到的离心力也呈几何级数地增大，发生碳纤维套或非磁性金属套13破裂的几率也越来越大，严重的会导致永磁电机的损毁。
同时,对于大功率超高速永磁电机而言,减小输出损耗、改善波形也是本领域技术人员追求的目标。
发明内容
本发明的目的是，提供一种大功率超高速永磁电机的转子轴的磁钢固定结构，加固磁钢，避免磁钢被甩飞。
本发明的另一目的是，改善大功率超高速永磁电机的转子轴输出波形，降低损耗。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种大功率超高速永磁电机的转子轴的磁钢固定结构，其特征在于：包括非导磁金属护套，非导磁金属护套的内环面上凹陷形成有至少两个或两个的倍数个对称不连续的凹槽，在各凹槽中嵌入有磁钢；所述非导磁金属护套通过紧配合箍套在转子轴的外表面上，并使所述磁钢的内表面与转子轴的外表面紧密贴合;或者所述非导磁金属护套以及磁钢通过热涨法箍套在所述转子轴上;在所述非导磁金属护套的外表面上还套或缠绕有碳纤维护环。
作为优选,所述非导磁金属护套由铜、铝或不锈钢制成。
作为优选,在所述磁钢的内侧或者外侧设有非导磁材料填充件,所述非导磁材料填充件沿磁钢环向由磁钢的两端向中间位置连续成对、对称设置，且从两端向中间区域设置的非导磁材料填充件的厚度递减，至磁钢中心区域厚度为零，使磁钢与定子之间的磁隙由两端至中部越来越小；
在所述磁钢的外表面或内表面沿环向由两端向中间各形成有深度递减的成对且对称的凹陷部，所述凹陷部用于容纳所述非导磁材料填充件；或者，在所述转子轴的外表面对应所述磁钢的两端向中间各形成有深度递减的成对且对称的凹陷部，所述凹陷部用于容纳所述非导磁材料填充件。
作为优选,所述每一个磁钢上设置一对所述非导磁材料填充件，所述非导磁材料填充件的形状为：该非导磁材料填充件的外表面具有相同的直径, 该非导磁材料填充件的内表面为自磁钢的两端向中间位置呈螺旋线状，且所述非导磁材料填充件在磁钢中间位置的厚度为零;所述磁钢的外表面的截面形状为自其两端向中间位置呈螺旋线状,从而形成两个对称的用于容纳该非导磁材料填充件的凹陷部;或者,所述非导磁材料填充件的内周具有相同的直径,该非导磁材料填充件的外表面为自磁钢的中间位置向两端呈螺旋线状，且所述非导磁材料填充件在磁钢中间位置的厚度为零; 所述磁钢的内表面的截面形状为自其中间位置向两端呈螺旋线状,从而形成两个对称的用于容纳该非导磁材料填充件的凹陷部。
作为优选,所述每一个磁钢上至少设置两对所述非导磁材料填充件，该非导磁材料填充件呈扇环形状，自磁钢的两端向中间位置所述非导磁材料填充件的厚度呈阶梯递减，至磁钢中心区域不设置；所述凹陷部设在所述磁钢的内或外表面,且沿环向由磁钢的两端向中间位置与非导磁材料填充件的形状相吻合。
作为优选,所述每一个磁钢上至少设置两对所述非导磁材料填充件，该非导磁材料填充件呈扇环形状，所述非导磁材料填充件的厚度呈阶梯递减，至磁钢中心区域不设置；所述凹陷部设在所述转子轴的外表面,且凹陷部沿环向由两端向中间与非导磁材料填充件的形状相吻合。
作为优选,所述非导磁材料填充件是铝、不锈钢或环氧树脂。
与现有技术相比较，采用上述技术方案的本发明具有的优点在于：既可使磁钢被牢固定位，能够避免磁钢发生晃动，而且由于非导磁金属护套是金属材质，其结构强度较高，不易损坏，具有很高的使用寿命。另外，一体化结构的非导磁金属护套能够屏蔽定子产生的谐波磁场透入磁钢，并利于磁钢中的热量导出。
上述技术方案通过在磁钢内表面或者外表面从两端向中间位置填充由厚到薄最后至无的阶梯状的非导磁材料填充件，从而使得转子和定子之间的气隙两边大中间小，导致输出的波形为两边小中间大的阶梯状的多个矩形波，该矩形波更接近于正弦波，通过该波形的改善从而减小了转子的损耗，提高了输出效率。
附图说明
图1是现有大功率超高速永磁电机的结构原理图；
图2、图3分别是现有大功率超高速永磁电机的转轴平面示意图及其横向剖视图；
图4是本发明提供的大功率超高速永磁电机的转子轴的磁钢固定结构的横截面示意图；
图5、图6是本发明提供的另外两个进一步实施例的横截面示意图；
图7是本发明提供的另一步实施例的横截面示意图。
附图标记说明：转子轴1、1’； 磁钢11、11’；隔磁桥12、12’；碳纤维套或非磁性金属套13；推力轴承2；磁悬浮轴承3；辅助轴承4；机座5；定子6；非导磁金属护套7；碳纤维护环8；非导磁材料填充件9。
具体实施方式
如图4所示，本发明提供一种大功率超高速永磁电机的转子轴的磁钢固定结构，其中：主要是包括非导磁金属护套7，如铜、铝或不锈钢制成，非导磁金属护套7的内环面上凹陷形成有至少两个对称不连续的凹槽，在各凹槽中嵌入并且粘结有磁钢11’，如此，环向上相邻的磁钢11’之间自然形成有隔磁桥12’ 。
所述非导磁金属护套7再通过紧配合箍套在转子轴1’的外表面上，并使所述磁钢11’的内表面与转子轴1’的外表面紧密贴合，既可使磁钢11’被牢固定位，能够避免磁钢11’发生晃动，而且由于非导磁金属护套7是金属材质，其结构强度较高，不易损坏，具有很高的使用寿命。另外，一体化结构的非导磁金属护套7能够屏蔽定子产生的谐波磁场透入磁钢11’，并利于磁钢11’中的热量导出。
在较佳的实施例中，是将非导磁金属护套7以及磁钢11’经过预加热再箍套在转子轴1’上（即热涨法连接），如此，可使非导磁金属护套7以及磁钢11’冷却后能够更加与转子轴1’的外表面贴合。
如图4所示，在所述非导磁金属护套7的外表面上还可以再套或缠绕一层碳纤维护环8，以进一步增强整体的结构强度,从而可以避免磁钢被甩飞。
再如图5所示的进一步实施例中，在所述磁钢11’的外表面沿环向由两端向中间各形成有阶梯状的凹陷，并在凹陷中填充非导磁材料填充件9（铝、不锈钢或环氧树脂等），本实施例中：磁钢11靠近隔磁桥12’的两端具有较深的凹陷，并填充较厚的非导磁材料填充件9，与之相邻具有较浅的凹陷，并填充有较薄的非导磁材料填充件9，磁钢11的中间位置没有凹陷，如此使得磁钢11’与定子之间的磁隙由两端至中部越来越小，如此，在转子轴1’旋转过程中，磁钢11’形成的5个矩形波接近于正弦波形状，非导磁材料填充件9在磁钢应呈对称设置为佳，不限于图示给出的数量，也可以增加阶梯的数量。
或者，如图6所示，在所述磁钢11’的内表面上沿环向由两端向中间各添加有阶梯状的非导磁材料填充件9（铝、不锈钢或环氧树脂等），同样能够使得磁钢11’与定子之间的磁隙由两端至中部越来越小，如此，在转子轴1’旋转过程中，磁钢11’形成的矩形波接近于正弦波形状。
显然, 如图7所示，非导磁材料填充件9可以在每一个磁钢上对称设置一对,其可以为厚度渐变的楔环形,即在磁钢的两边位置,厚度最大,至中间位置时厚度渐减为零,其如设在磁钢的内表面,则该楔环形的非导磁材料填充件9的外径相等,内径递增变化。如设在磁钢的内表面，其内表面的直径相等，外径从两端至中间位置递减。这种固定结构，其可以使输出波形更为接近正弦波。
以上实施例仅仅是对本发明进行示范说明，而非限制本申请的保护范围，本领域技术人员能够在上述实施例的基础上，进行常规的修改或替换，例如：改变非导磁材料填充件9的数量、厚度，但这些修改或替换仍然应当属于本申请的保护范围。
Claims (6)
1.一种大功率超高速永磁电机的转子轴的磁钢固定结构，其特征在于：包括非导磁金属护套，非导磁金属护套的内环面上凹陷形成有至少两个对称不连续的凹槽，在各凹槽中嵌入有磁钢；
所述非导磁金属护套通过紧配合箍套在转子轴的外表面上，并使所述磁钢的内表面与转子轴的外表面紧密贴合;或者所述非导磁金属护套以及磁钢通过热涨法箍套在所述转子轴上;
在所述非导磁金属护套的外表面上还套或缠绕有碳纤维护环；
在所述磁钢的内侧或者外侧设有非导磁材料填充件,所述非导磁材料填充件沿磁钢环向由磁钢的两端向中间位置连续成对且对称设置，且从两端向中间区域设置的非导磁材料填充件的厚度递减，至磁钢中心区域厚度为零，使磁钢与定子之间的磁隙由两端至中部越来越小；
在所述磁钢的外表面或内表面沿环向由两端向中间各形成有深度递减的成对且对称的凹陷部，所述凹陷部用于容纳所述非导磁材料填充件；或者，在所述转子轴的外表面对应所述磁钢的两端向中间各形成有深度递减的成对且对称的凹陷部，所述凹陷部用于容纳所述非导磁材料填充件；
相邻的磁钢之间形成有隔磁桥。
2.根据权利要求1所述的大功率超高速永磁电机的转子轴的磁钢固定结构，其特征在于：所述非导磁金属护套由铜、铝或不锈钢制成。
3.根据权利要求1所述的大功率超高速永磁电机的转子轴的磁钢固定结构，其特征在于：每一个磁钢上设置一对所述非导磁材料填充件，所述非导磁材料填充件的形状为：
该非导磁材料填充件的外表面具有相同的直径, 该非导磁材料填充件的内表面为自磁钢的两端向中间位置呈螺旋线状，且所述非导磁材料填充件在磁钢中间位置的厚度为零;所述磁钢的外表面的截面形状为自其两端向中间位置呈螺旋线状,从而形成两个对称的用于容纳该非导磁材料填充件的凹陷部;或者,
所述非导磁材料填充件的内周具有相同的直径,该非导磁材料填充件的外表面为自磁钢的中间位置向两端呈螺旋线状，且所述非导磁材料填充件在磁钢中间位置的厚度为零;所述磁钢的内表面的截面形状为自其中间位置向两端呈螺旋线状,从而形成两个对称的用于容纳该非导磁材料填充件的凹陷部。
4.根据权利要求1所述的大功率超高速永磁电机的转子轴的磁钢固定结构，其特征在于：每一个磁钢上至少设置两对所述非导磁材料填充件，该非导磁材料填充件呈扇环形状，自磁钢的两端向中间位置所述非导磁材料填充件的厚度呈阶梯递减，至磁钢中心区域不设置；所述凹陷部设在所述磁钢的内或外表面,且沿环向由磁钢的两端向中间位置与非导磁材料填充件的形状相吻合。
5.根据权利要求1所述的大功率超高速永磁电机的转子轴的磁钢固定结构，其特征在于：每一个磁钢上至少设置两对所述非导磁材料填充件，该非导磁材料填充件呈扇环形状，所述非导磁材料填充件的厚度呈阶梯递减，至磁钢中心区域不设置；所述凹陷部设在所述转子轴的外表面,且凹陷部沿环向由两端向中间与非导磁材料填充件的形状相吻合。
6.根据权利要求4或5所述的大功率超高速永磁电机的转子轴的磁钢固定结构，其特征在于：所述非导磁材料填充件是铝、不锈钢或环氧树脂。
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