一种高速永磁电机永磁体保护装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电机机械结构设计领域，更具体地，涉及一种高速永磁电机永磁体保护装置。
【背景技术】
[0002]高速永磁电机常用的永磁体材料主要有钕铁硼和钐钴，这两种材料能承受较大的压应力，但不能承受大的拉应力，如果没有保护措施，永磁体将无法承受转子高速旋转时产生的巨大离心力而破坏。目前比较常用的做法是采用碳纤维护套对永磁体进行保护。护套与永磁体之间通过过盈配合，给永磁体施加一定的预压力，以抵消永磁体高速旋转时由离心力产生的拉应力。永磁体与护套之间需要采用多大的过盈量，需要根据转子结构，转子运行速度范围和材料特性，进行转子强度分析后方可确定。但是经常会出现这种情况:理论计算需要的过盈量很大，但是由于碳纤维在低温环境下的膨胀量很小，因此从装配工艺上不能满足理论需要的过盈量，只能通过反复修改电磁方案，直至同时满足装配工艺和机械强度的要求。这无疑会增加产品设计成本和开发周期。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中存在的问题，本申请提供的是一种高速永磁电机永磁体保护装置，其中通过对其关键组件碳纤维护套的具体结构及其设置方式进行研究和涉及，相应能够在更为紧凑的结构上实现另外整个转子的强度设计要求，同时具备配工艺的可行性等优点，因而尤其适用于高速永磁电机。
[0004]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种双层护套的转子结构，其特征在于，所述结构包括:导磁轴(I)、分段永磁体(2)、金属护套(3)和碳纤维护套(4);
[0005]其中，所述永磁体(2)采用哈弗式，轴向分段，用胶水安装在所述导磁轴(I)上；所述金属护套(3)热套在安装有所述永磁体(2)的所述导磁轴(I)上构成金属护套转子组件；所述金属护套转子组件与所述碳纤维护套(4)冷套装配。
[0006]优选地，所述转子结构应用于高速永磁电机中。
[0007]按照本发明的另一个方面，可使用玻璃纤维护套代替碳纤维护套。
[0008]总体而言，按照本发明的上述技术构思与现有技术相比，主要具备以下的技术优占.V.
[0009]相比传统的单层碳纤维护套转子，本发明的保护装置在不更改电磁方案的前提下，既满足了整个转子的强度设计要求，同时也满足了装配工艺的可行性。
【附图说明】
[0010]图1是本发明实施例提供的高速永磁电机双层护套转子结构图；
[0011]图2是本发明实施例的双层护套转子结构在高速永磁电机中的应用示意图。
【具体实施方式】
[0012]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0013]本发明的双层护套的永磁体保护结构设计可以应用于高速永磁电机中，如图2所示为双层护套转子结构的高速永磁电机，由机壳6、定子5、轴承7、双层护套转子8组成；其中双层护套转子由哈弗式的永磁体粘结在导磁轴上，永磁体的外面是金属护套，金属护套的外面才是碳纤维套筒，彼此都是采用过盈配合。
[0014]当然，这种双层护套的永磁体保护结构不仅限于高速永磁电动机，也可应用于高速永磁发电机。
[0015]高速永磁电机转子设计必须满足如下强度要求:
[0016]1、护套的最大应力小于其材料的许用值；
[0017]2、永磁体的最大拉应力小于材料的许用值；
[0018]3、永磁体与转轴不发生松脱，即永磁体与转轴之间始终保持压应力；
[0019]为了满足上述三个条件，必须通过强度计算确定合适的护套厚度以及护套和永磁体之间的过盈量。但是在实际设计过程中，经常会遇到理论计算需要的过盈量在实际的装配工艺过程中是无法实现的，因为碳纤维的热膨胀系数是负值，这意味着这种材料是遇冷膨胀的，所以一般的装配工艺是将碳纤维套筒放置在液氮中使其膨胀，然后套在永磁体转子上，护套在常温环境下收缩后，对永磁体施加一定的预压力，以抵消永磁体在高速旋转过程中由离心力所产生的拉应力，起到保护永磁体的作用。但是为了满足强度设计的要求，理论计算需要的过盈量往往很大，但是因为碳纤维的热膨胀系数很小，碳纤维套筒在液氮冷却下的膨胀量很有限，不能满足理论计算需要的过盈量要求，所以很多情况下只能通过修改电磁方案，修改转子尺寸，重新设计计算再校核。
[0020]本发明就是针对上述提到的目前这种单层护套转子理论过盈量与实际装配工艺之间的相互制约，提出了一种双层护套的转子结构，即在永磁体外面先是一层金属护套用于保护永磁体，然后在金属护套的外面再是碳纤维护套用于保护金属护套。这种结构的原理和好处是:
[0021]1、充分利用了金属护套热膨胀系数大的特点。金属护套与永磁体转子采用热套装配，相比碳纤维护套，金属护套的热膨胀系数较大，热套以后，金属护套和永磁体之间的过盈量是可以满足强度设计的要求；
[0022]2、充分利用了碳纤维机械特性好的优点。碳纤维护套与转子采用冷套装配，即对金属护套转子进行冷却，再与碳纤维套筒装配。为了不增加电机的有效气隙，金属护套要尽可能的薄，这意味着很薄的金属护套在高速运转过程中金属材料满足不了强度要求，因此采用碳纤维护套对其进行保护，由于碳纤维材料的抗拉强度特性非常优秀，即使转子直径很大、转速很高，较薄的碳纤维套筒也能够满足强度要求。
[0023]通过上述本发明的方案，在不改变整个转子尺寸的前提下，既满足了整个转子强度设计要求，另外，在实际装配工艺上也是可行的，克服了传统方案装配工艺无法满足设计要求的难题。
[0024]本发明的基本原理是:首先，采用金属护套和永磁体转子热套配合对永磁体进行保护，因为金属护套遇热后的膨胀量很大，所以金属护套和永磁体之间的过盈量，可以满足对永磁体的保护；其次，采用碳纤维护套和金属护套转子冷套配合对金属护套进行保护，因为金属护套遇冷后的收缩量也很大，所以碳纤维护套和金属护套转子之间的过盈量也可以满足对金属护套的保护。相比传统的单层碳纤维护套转子，本发明在不更改电磁方案的前提下，既满足了整个转子的强度设计要求，同时也满足了装配工艺的可行性。
[0025]如图1所示，本发明中涉及到的高速永磁电机转子部分包括:导磁轴1、分段永磁体2、金属护套3和碳纤维护套4。
[0026]首先，将永磁体2安装在导磁轴I上。永磁体2采用哈弗式结构，并且，为了降低转子的涡流损耗，将永磁体2轴向分段(分段数根据实际转子长度而定)，用胶水安装在导磁轴I的槽内，成为永磁体转子组件。
[0027]然后，安装金属护套3。将金属套筒3热套在永磁体转子组件上，成为金属护套转子组件，热套温度根据实际的转子直径、过盈量要求以及金属护套的材质而定。
[0028]最后，安装碳纤维护套4，可选的，本发明中碳纤维护套可采用玻璃纤维护套代替。将装配好的金属护套转子组件与碳纤维套筒4冷套装配。
[0029]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种双层护套的转子结构，其特征在于，所述结构包括:导磁轴(I)、分段永磁体(2)、金属护套(3)和碳纤维护套⑷； 其中，所述永磁体(2)采用哈弗式，轴向分段，用胶水安装在所述导磁轴(I)上；所述金属护套(3)热套在安装有所述永磁体(2)的所述导磁轴(I)上构成金属护套转子组件；所述金属护套转子组件与所述碳纤维护套(4)冷套装配。2.如权利要求1所述的转子结构，其特征在于，所述转子结构应用于高速永磁电机中。3.—种双层护套的转子结构，其特征在于，所述结构包括:导磁轴(I)、分段永磁体(2)、金属护套(3)和玻璃纤维护套(4); 其中，所述永磁体(2)采用哈弗式，轴向分段，用胶水安装在所述导磁轴(I)上；所述金属护套(3)热套在安装有所述永磁体(2)的所述导磁轴(I)上构成金属护套转子组件；所述金属护套转子组件与所述玻璃纤维护套(4)冷套装配。4.如权利要求3所述的转子结构，其特征在于，所述转子结构应用于高速永磁电机中。
【专利摘要】本发明公开了一种高速永磁电机双层护套的转子结构，属于电机机械结构设计领域；现有技术中的永磁体与护套之间需要采用多大的过盈量，需反复修改电磁方案，直至同时满足装配工艺和机械强度的要求；本发明的转子结构包括：导磁轴、永磁体、金属护套和碳纤维护套；本发明一方面利用金属护套热膨胀系数大的特点，热套后的过盈量满足对永磁体转子强度设计的要求，从而实现对永磁体的保护；另一方面充分利用了碳纤维护套轻薄且机械强度高的优点，通过与金属护套转子冷套过盈配合，实现了对转子的保护。
【IPC分类】H02K1/27, H02K1/28
【公开号】CN105119408
【申请号】CN201510569388
【发明人】曲荣海, 吴震宇, 李健, 方海洋, 郑沛, 范兴纲, 付赞松
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月9日