CN110022015A - 一种表贴式磁悬浮电机转子及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种表贴式磁悬浮电机转子及其加工工艺，所述表贴式磁悬浮电机转子包括芯轴、转子套和2n个永磁体，其中，n为大于等于1的整数；所述芯轴的轴向中部设置有腰槽，所述永磁体嵌设在所述腰槽内，且相邻所述永磁体的磁极反向设置；所述转子套套设在所述芯轴的外表面。本发明采用一体化的芯轴结构，利用表贴式的加工工艺实现转子的多磁极设置，能够保证转子的结构强度和稳定性，保证磁悬浮电机的高效、稳定运行；表贴式的加工工艺有效解决了多磁极磁悬浮电机转子加工难的问题，提高加工效率，能够批量生产，为磁悬浮技术的普及提供了强有力的支持。

Description

一种表贴式磁悬浮电机转子及其加工工艺

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种表贴式磁悬浮电机转子及其加工工艺。

背景技术

随着科学技术的发展和生产的需求，磁悬浮高速电机已经成为国际电工领域研究的热点之一。由于磁悬浮高速电机具有能量密度高、结构尺寸小、效率高等优点，目前已经广泛应用于微型燃气轮机、高速离心压缩机、分子泵、高速加工中心、飞轮储能等工业领域，并且其应用领域和范围仍在不断扩大。

磁悬浮电机在工作过程中，电机转子的结构稳定性对整个电机的平稳运行至关重要。电机转子永磁体的磁极对数是磁悬浮电机的一个重要参数，其次永磁体的磁性能、转子自身的动平衡性能以及转子结构稳定性都直接影响磁悬浮电机的工作性能。因此，研发一种可方便实现的多磁极、结构稳定的磁悬浮电机转子成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的磁悬浮电机转子。具体地，本发明提供一种多磁极、结构稳定的磁悬浮电机转子及其加工工艺。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种表贴式磁悬浮电机转子，所述表贴式磁悬浮电机转子包括芯轴、转子套和2n个永磁体，其中，n为大于等于1的整数；所述芯轴的轴向中部设置有腰槽，所述永磁体嵌设在所述腰槽内，且相邻所述永磁体的磁极反向设置；所述转子套套设在所述芯轴的外表面。

其中，所述表贴式磁悬浮电机转子还包括隔磁套，所述隔磁套设置在所述永磁体与所述芯轴之间，所述永磁体的内表面与端面均通过所述隔磁套与所述芯轴进行隔离。

其中，所述隔磁套为分体式结构，包括一对相互对接的半环套，所述半环套的纵截面为U型结构。

其中，所述转子套的长度大于所述腰槽的宽度。

其中，所述表贴式磁悬浮电机转子还包括两个位移传感器和两个磁轴承，所述磁轴承和所述位移传感器依次排列在所述转子套的两端、且套设在所述芯轴上。

其中，所述表贴式磁悬浮电机转子还包括推力盘，所述推力盘套设在所述芯轴的一端。

其中，所述芯轴采用合金钢材料，所述转子套采用非导磁合金材料。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种表贴式磁悬浮电机转子的加工工艺，所述加工工艺包括：

将隔磁套固定在芯轴的腰槽内，然后将2n个永磁体依次固定在所述隔磁套的凹槽内，形成组合件；其中，n为大于等于1的整数，相邻所述永磁体的磁极方向相反；

对所述组合件外圆进行磨削后，将转子套套设在所述芯轴上，对所述永磁体形成覆盖；

采用热装法在所述芯轴的两端各依次套设磁轴承和位移传感器，然后在所述芯轴的一端采用热装法套设推力盘。

其中，所述将隔磁套固定在所述芯轴的腰槽内包括：

将两个半环套依次粘结在所述芯轴的腰槽内，且令两个所述半环套相对接。

本发明采用一体化的芯轴结构，利用表贴式的加工工艺实现转子的多磁极设置，能够保证转子的结构强度和稳定性，保证磁悬浮电机的高效、稳定运行；表贴式的加工工艺有效解决了多磁极磁悬浮电机转子加工难的问题，提高加工效率，能够批量生产，为磁悬浮技术的普及提供了强有力的支持。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了本发明的表贴式磁悬浮电机转子的剖视图；

图2示例性地示出了图1的A-A剖面图；

图3示例性地示出了本发明的表贴式磁悬浮电机转子的加工工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明采用一体化的芯轴结构，在芯轴中部的表面圆周嵌设多个永磁体，并保证相邻永磁体的磁极相反，实现转子的多磁极设置；并利用隔磁套和转子套对永磁体的磁场进行屏蔽，减少高频磁场的附加损耗，同时对永磁体进行导热、散热，避免电机转子因过热而产生失磁的危险。这种表贴式的结构及加工工艺，可实现性高，便于操作，而且结构稳定、强度高，有效解决了多磁极磁悬浮电机转子加工难、强度低的问题，提高加工效率，保证磁悬浮电机能够长期、高效、稳定运行，为磁悬浮技术的普及提供了强有力地支持。

下面结合附图，对根据本发明所提供的表贴式磁悬浮电机转子及其加工工艺进行详细说明。

图1示出了本发明的表贴式磁悬浮电机转子的一种实施例的剖视图，图2示出了图1的A-A剖面图，参照图1和图2所示，该表贴式磁悬浮电机转子包括芯轴1、转子套2和2n个永磁体3，其中，n为大于等于1的整数。具体地，在芯轴1的轴向中部设置有腰槽11，腰槽11为环形结构；永磁体3嵌设在腰槽11内，并且相邻永磁体3的磁极反向设置。2n个永磁体3嵌设在腰槽11内形成磁体环，而且相邻永磁体3的磁极相反，实现多磁极的布置，同时有效保证永磁体3的结构稳定性。

具体地，永磁体3的截面为扇形结构，以保证2n个永磁体3嵌设后形成磁体环，在芯轴1的圆周形成均匀分布的磁场，以保证电机转子的稳定运行。在图2所示的实施例中，n＝2，即在腰槽11内设置有4个永磁体3，在另外的实施例中，也可以设置2个、6个或者8个等偶数个永磁体3，只需保证相邻永磁体3的磁极相反设置即可，用以保证电机转子的磁场分布均匀、稳定。

转子套2套设在芯轴1的外表面，对芯轴1和永磁体3形成覆盖和保护，一方面对永磁体3的高频磁场进行屏蔽，减少永磁体3中的高频附加损耗，另一方面避免永磁体3和芯轴1被碰撞造成损伤而影响使用性能。

本发明的表贴式磁悬浮电机转子还包括隔磁套4，隔磁套4设置在永磁体3与芯轴1之间，对永磁体3与芯轴1形成隔离、屏蔽。具体地，永磁体 3的内表面与端面均通过隔磁套4与芯轴1进行隔离。具体地，隔磁套4为环状结构，并且隔磁套4的外圆中部设置有凹槽，隔磁套4嵌设在芯轴1的腰槽11内后，永磁体3嵌设在隔磁套4的凹槽内，从而永磁体3的内表面、两端面均与芯轴1进行隔离。

在图1和图2所示的实施例中，隔磁套4为分体式结构。如图2所示，该隔磁套4包括一对相互对接的半环套41，由图1可知，半环套41的纵截面为U型结构，而永磁体3则嵌设在该U型结构的凹槽内。在其它的实施例中，隔磁套4也可以包括三个或者三个以上的扇形结构，并且在每个扇形结构的外环面上的同一位置设置结构相同的凹槽，以确保扇形结构拼接形成隔磁套4后的环形凹槽位置统一，保证永磁体3的安装和位置稳定。另外，如果对永磁体3的分布有特殊需求的工作环境，例如，2n个永磁体3的端面不平齐(如相邻永磁体交错设置或者依次倾斜排布等)，也可以根据情况而设置隔磁套4上的凹槽位置和形状。

隔磁套4采用非导磁合金材料，例如不锈钢，可以对永磁体3的高频磁场起到很好的屏蔽作用，有效减少电机转子的永磁体3的高频附加损耗。

在本发明中，永磁体3采用稀土永磁材料，例如钕铁硼永磁材料、钐钴永磁材料，稀土永磁材料的磁性比一般磁铁的磁性强5倍以上，其抗压强度达1000MP，而抗拉强度一般低于其抗压强度的十分之一，可以为电机转子的稳定运行提供强度足够且稳定的磁场。采用稀土永磁材料的永磁体不易退磁，降低了因退磁而导致的风险，大大提高了磁悬浮电机的效率和使用寿命。

为了保证隔磁套4的连接稳定性，隔磁套4的内径与芯轴1上的腰槽11 的底部直径相等，并且隔磁套4的长度与腰槽11的宽度相等，隔磁套4的外径与芯轴1的直径相等。永磁体3的内径与隔磁套4的凹槽底部直径相等，并且永磁体3的外径与芯轴1的直径相等。

具体地，转子套2的长度大于腰槽11的宽度，以确保转子套2对永磁体 3和隔磁套4同时形成覆盖保护，一方面对永磁体3的磁场形成屏蔽保护，另一方面确保隔磁套4和永磁体3与芯轴1的连接稳定性，即保证电机转子结构的稳定性和结构强度。

本发明的表贴式磁悬浮电机转子还包括两个位移传感器5和两个磁轴承 6，磁轴承6和位移传感器5依次排列在转子套2的两端、且套设在芯轴1 上，即在芯轴1的两端各依次套设有一个磁轴承6和一个位移传感器5。其中，磁轴承6为径向磁轴承，用以对电机转子的两端形成支撑保护，确保电机转子的顺畅、稳定运行；位移传感器5则用于实时检测电机转子两端的位置偏差，以监测电机转子运行的稳定性。

另外，该表贴式磁悬浮电机转子还包括推力盘7，推力盘7套设在芯轴1 的一端。推力盘7作为磁悬浮电机的电磁力传递元件，用以实现对电机转子的轴向位置的控制。

具体地，芯轴1采用合金钢材料，并且通过热处理保证材料的硬度在 30～35HRC，以保证转子芯轴的强度。本发明的设计方案中，芯轴1采用一体化的结构设计，其强度和结构稳定性明显优越于分体式结构。

转子套2采用高强度的非导磁合金材料，一方面对永磁体3的高频磁场形成屏蔽保护，减少电机转子的永磁体3的高频附加损耗，另一方面可以承受电机转子高速旋转是产生的巨大离心力，以达到保护永磁体3的目的，有效保证永磁体3、隔离套4与芯轴1的连接稳定性；另外，非导磁合金材料还具有良好的导热性能，有利于永磁体3的散热，减少电机转子因过热而产生失磁的危险。

相适应于上述的表贴式磁悬浮电机转子，本发明还提供了该表贴式磁悬浮电机转子的加工工艺，图3示出了该电机转子的一种加工工艺流程图，参照图3所示，该加工工艺包括：

将隔磁套4固定在芯轴1的腰槽11内，然后将2n个永磁体3依次固定在隔磁套4的凹槽内，形成组合件；其中，n为大于等于1的整数，相邻永磁体3的磁极方向相反；

对组合件外圆进行磨削后，将转子套2套设在芯轴1上，对永磁体3形成覆盖；

采用热装法在芯轴1的两端各依次套设磁轴承6和位移传感器5，然后在芯轴1的一端采用热装法套设推力盘7。

具体地，隔磁套4与芯轴1之间通过强力金属胶或其它粘合剂粘合在一起，以有效保证其连接稳定性。在将隔磁套4和永磁体3粘合到芯轴1的腰槽11内之后，需将该组合件的外圆进行磨削到设定尺寸，以确保其同轴度，同时便于转子套2的安装以及保证电机转子的整体结构稳定性。

在一个典型的实施例中，将隔磁套4固定在芯轴1的腰槽11内具体包括：将两个半环套41依次粘结在芯轴1的腰槽11内，且令两个半环套41相对接。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种表贴式磁悬浮电机转子，其特征在于，所述表贴式磁悬浮电机转子包括芯轴(1)、转子套(2)和2n个永磁体(3)，其中，n为大于等于1的整数；

所述芯轴(1)的轴向中部设置有腰槽(11)，所述永磁体(3)嵌设在所述腰槽(11)内，且相邻所述永磁体(3)的磁极反向设置；

所述转子套(2)套设在所述芯轴(1)的外表面。

2.如权利要求1所述的表贴式磁悬浮电机转子，其特征在于，所述表贴式磁悬浮电机转子还包括隔磁套(4)，所述隔磁套(4)设置在所述永磁体(3)与所述芯轴(1)之间，所述永磁体(3)的内表面与端面均通过所述隔磁套(4)与所述芯轴(1)进行隔离。

3.如权利要求2所述的表贴式磁悬浮电机转子，其特征在于，所述隔磁套(4)为分体式结构，包括一对相互对接的半环套(41)，所述半环套(41)的纵截面为U型结构。

4.如权利要求1所述的表贴式磁悬浮电机转子，其特征在于，所述转子套(2)的长度大于所述腰槽(11)的宽度。

5.如权利要求1所述的表贴式磁悬浮电机转子，其特征在于，所述表贴式磁悬浮电机转子还包括两个位移传感器(5)和两个磁轴承(6)，所述磁轴承(6)和所述位移传感器(5)依次排列在所述转子套(2)的两端、且套设在所述芯轴(1)上。

6.如权利要求1所述的表贴式磁悬浮电机转子，其特征在于，所述表贴式磁悬浮电机转子还包括推力盘(7)，所述推力盘(7)套设在所述芯轴(1)的一端。

7.如权利要求1所述的表贴式磁悬浮电机转子，其特征在于，所述芯轴(1)采用合金钢材料，所述转子套(2)采用非导磁合金材料。

8.一种表贴式磁悬浮电机转子的加工工艺，其特征在于，所述加工工艺包括：

将隔磁套(4)固定在芯轴(1)的腰槽(11)内，然后将2n个永磁体(3)依次固定在所述隔磁套(4)的凹槽内，形成组合件；其中，n为大于等于1的整数，相邻所述永磁体(3)的磁极方向相反；

对所述组合件外圆进行磨削后，将转子套(2)套设在所述芯轴(1)上，对所述永磁体(3)形成覆盖；

采用热装法在所述芯轴(1)的两端各依次套设磁轴承(6)和位移传感器(5)，然后在所述芯轴(1)的一端采用热装法套设推力盘(7)。

9.如权利要求8所述的加工工艺，其特征在于，所述将隔磁套(4)固定在所述芯轴(1)的腰槽(11)内包括：

将两个半环套(41)依次粘结在所述芯轴(1)的腰槽(11)内，且令两个所述半环套(41)相对接。