本发明涉及鼓风机领域，特别是涉及一种高速鼓风机的磁性转子。此外，本发明还涉及一种包括上述磁性转子的高速鼓风机。
背景技术：
高速鼓风机是化工、食品及污水处理等多个领域用于鼓风曝气的核心装置。在高速鼓风机上，箔片空气轴承比其他种类轴承更有优势，滚动轴承因存在接触磨损而难以实现高转速、长寿命工作。磁悬浮轴承适用于高速重载领域，但控制系统复杂、价格高昂。液体滑动轴承需要额外的供油系统、供油管路复杂且易泄露、高速下剪切摩擦功耗大导致温升高。所以，箔片空气轴承在高速轻载的鼓风机上应用优势巨大。
然而，箔片空气轴承承载力弱、刚度低的特点给转子结构设计带来诸多技术难题因箔片空气轴承的承载能力较弱，转子结构需要尽量减重优化。因永磁体抗拉强度低在高速离心拉应力作用下易于破坏，从而限制了转子外径尺寸，降低了转轴的刚度。较低的轴承刚度及转轴刚度使转子动力学设计变得极为困难，并增大了转轴与叶轮之间的匹配难度。同时，在高速高频条件下，永磁体涡流损耗产生的热量不断累积，增加了永磁体失磁的风险，对机座内部通风冷却提出了严格要求。
因此，如何提供一种结构简单轻便，且刚度满足使用需求，并能够散热的磁性转子是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种高速鼓风机的磁性转子，结构简单轻便，且刚度满足使用需求，并能够散热。本发明的另一目的是提供一种包括上述磁性转子的高速鼓风机，结构简单轻便，且刚度满足使用需求，并能够散热。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高速鼓风机的磁性转子，包括同轴设置且同步转动的前转轴、永磁体和后转轴，所述永磁体包括多个瓦片式磁体，沿所述前转轴的轴向和周向方向依次排列安装于所述前转轴后端的外周面，所述前转轴和所述后转轴外均套装有轴承，所述前转轴的前端安装有离心式叶轮，所述后转轴的后端安装有冷却风扇。
优选地，所述永磁体外套装有保护轴套，且所述保护轴套的两端分别套装于所述前转轴的后端和所述后转轴的前端，且所述保护轴套分别与所述永磁体、所述前转轴及所述后转轴过盈配合。
优选地，所述前转轴后端设置有围绕所述前转轴轴线的环形安装槽，所述永磁体安装于所述环形安装槽内。
优选地，多个所述瓦片式磁体沿所述前转轴的轴向和周向方向依次排列安装于所述安装槽内。
优选地，所述前转轴的中部设置有第一限位台阶，所述后转轴的前端设置有第二限位台阶，所述保护轴套的两端分别与所述第一限位台阶及所述第二限位台阶相抵，且安装完成后所述前转轴、所述后转轴和所述保护轴套的外周位于同于圆周面。
优选地，所述前转轴外周套装有前箔片空气轴承，所述前箔片空气轴承位于所述离心式叶轮和所述保护轴套之间。
优选地，所述后转轴外周设置有挡板，所述挡板的前侧安装有径向止推联合箔片空气轴承，所述挡板的后侧安装有止推箔片空气轴承。
优选地，所述轴承为静压空气轴承、箔片动压空气轴或刚性轴瓦动压空气轴承。
优选地，所述前转轴中空设置，且所述前转轴内部设置有前安装板，所述离心式叶轮通过叶轮拉杆和叶轮锁紧螺母安装于所述前安装板；所述后转轴中空设置，且所述后转轴内部设置有后安装板，所述冷却风扇通过风扇拉杆和风扇锁紧螺母安装于所述后安装板。
本发明提供一种高速鼓风机，包括机架以及安装于所述机架的磁性转子，所述磁性转子具体为上述任意一项所述的磁性转子。
本发明提供一种高速鼓风机的磁性转子，包括同轴设置且同步转动的前转轴、永磁体和后转轴，永磁体包括多个瓦片式磁体，沿前转轴的轴向和周向方向依次排列安装于前转轴后端的外周面，前转轴和后转轴外均套装有轴承，前转轴的前端安装有离心式叶轮，后转轴的后端安装有冷却风扇。结构简单轻便，且具有足够的刚度满足使用需求，转轴旋转带动冷却风扇同步旋转，向永磁体扇风，通过冷却风扇实现了对永磁体的冷却，降低了永磁体高温退磁的风险。而且，冷却风扇与离心式叶轮分置在不同的悬伸端，使转子质量分布更为合理，静平衡更易于保证，优化磁性转子的动力学特性，降低永磁体涡流损耗。
本发明还提供一种包括上述磁性转子的高速鼓风机，由于上述磁性转具有上述技术效果，上述高速鼓风机也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。
附图说明
图1为本发明所提供的磁性转子的一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本发明所提供的磁性转子的一种具体实施方式中永磁体安装位置的剖视图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种高速鼓风机的磁性转子，结构简单轻便，且刚度满足使用需求，并能够散热。本发明的另一核心是提供一种包括上述磁性转子的高速鼓风机，结构简单轻便，且刚度满足使用需求，并能够散热。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1和图2，图1为本发明所提供的磁性转子的一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供的磁性转子的一种具体实施方式中永磁体安装位置的剖视图。
本发明具体实施方式提供一种高速鼓风机的磁性转子，包括同轴设置且同步转动的前转轴5、永磁体7和后转轴8，永磁体7位于前转轴5和后转轴8之间，前转轴5和后转轴8外均套装有轴承，前转轴5的前端安装有离心式叶轮3，后转轴8的后端安装有冷却风扇11。即前转轴5、永磁体7和后转轴8连接在一起形成一个转轴，离心式叶轮3和冷却风扇11分别设置于这一转轴的两端。定义各部件靠近离心式叶轮3的一端为前端，靠近冷却风扇11的一端为后端。
结构简单轻便，且具有足够的刚度满足使用需求，转轴旋转带动冷却风扇11同步旋转，向永磁体7扇风，通过冷却风扇11实现了对永磁体7的冷却，降低了永磁体7高温退磁的风险。而且，冷却风扇11与离心式叶轮3分置在不同的悬伸端，使转子质量分布更为合理，静平衡更易于保证，优化磁性转子的动力学特性，降低永磁体7涡流损耗。
可以通过多种方式实现转轴5、永磁体7和后转轴8的稳定连接，可以在永磁体7外套装保护轴套6，且保护轴套6的两端分别套装于前转轴5的后端和后转轴8的前端，且保护轴套6分别与永磁体7、前转轴5及后转轴8过盈配合，即保护轴套6的前端紧密包裹前转轴5的后端，保护轴套6的后端紧密包裹后转轴8的前端，保护轴套6的中部紧密包裹永磁体7。借助保护轴套6与前转轴4、永磁体7、后转轴8之间的过盈配合联接实现扭矩的向前、向后传递，同时过盈配合避免了永磁体7在高速离心拉应力作用下的破坏。保护轴套6可以采用不锈钢、钛合金或碳纤维等材料，具有足够的强度，也可采用螺栓连接或螺纹连接等方式进行连接，均在本发明的保护范围之内。
在本发明具体实施方式提供的磁性转子中，前转轴5后端设置有围绕前转轴5轴线的环形安装槽，永磁体7安装于环形安装槽内，环形安装槽沿前转轴5轴向两侧设置有端面，与永磁体7相抵，对永磁体进行限位，同时使永磁体7嵌入前转轴5内，使两者上表面平齐。
永磁体7为多个瓦片式磁体，沿前转轴5的轴向和周向方向依次排列安装于安装槽内，即永磁体7为多块分体式设计，依次排列紧密安装在安装槽内，可以通过高强度胶水粘贴在环形安装槽的底面，降低了永磁体7产生的涡流损耗。如采用先充磁再拼接的充磁方案，还可以避免整体充磁带来的工艺难度和高成本。
在本发明具体实施方式提供的磁性转子中，前转轴5的中部设置有第一限位台阶，使前转轴5前端的直径大于后端的直径，后转轴8的前端设置有第二限位台阶，使后转轴8后端的直径大于前端的直径，保护轴套6的两端分别与第一限位台阶及第二限位台阶相抵，且安装完成后前转轴5、后转轴8和保护轴套6的外周位于同于圆周面，即通过对各部件尺寸的限定，使安装完后形成了一个表面无台阶的转轴。
轴承可以为静压空气轴承或刚性轴瓦动压空气轴承，当然也可采用箔片空气轴承，前转轴5外周套装有前箔片空气轴承4，前箔片空气轴承4位于离心式叶轮3和保护轴套6之间。后转轴8外周设置有挡板，挡板的前侧安装有径向止推联合箔片空气轴承9，挡板的后侧安装有止推箔片空气轴承10。也可根据情况调整轴承的安装位置，均在本发明的保护范围之内。
依靠前箔片空气轴承4和径向止推联合箔片空气轴承9实现径向载荷的承载，后转轴8的挡板作为推力面，在径向止推联合箔片空气轴承9和止推箔片空气轴承10的联合作用下实现对轴向载荷的承载。设计了推力面结构，既能承受轴向载荷，也能降低推力面相对于转轴中心线垂直度的加工工艺难度。
在上述各具体实施方式提供的磁性转子的基础上前转轴5中空设置，且前转轴5内部设置有前安装板，离心式叶轮3通过叶轮拉杆1和叶轮锁紧螺母2安装于前安装板；后转轴8中空设置，且后转轴8内部设置有后安装板，冷却风扇11通过风扇拉杆12和风扇锁紧螺母13安装于后安装板。前转轴5内的安装板通过叶轮拉杆1与叶轮锁紧螺母2连接离心式叶轮3，即叶轮拉杆1位于前转轴5内部的前端，其一端连接前转轴5内的安装板，另一端连接离心式叶轮3，通过叶轮锁紧螺母2锁紧，并借助它们之间的端面摩擦将扭矩传递给离心式叶轮3，从而实现离心式叶轮3对空气做功。离心式叶轮3及叶轮拉杆1之间的螺纹旋向应能够避免在高速惯性力作用下产生的蠕动松脱，冷却风扇11同理。前转轴5、后转轴8尽可能地采用了空心式结构以减轻转轴质量，弥补了空气轴承承载能力低的不足。同时后转轴8采用锻造工艺，以提高材料利用率。
具体制造过程为：
步骤一：
准备和制作各零部件，其中，分块的永磁体7粘贴在前转轴5的安装槽内；前转轴5和后转轴8均制作成空心式结构；加工各部件满足安装要求，使前转轴5上能够依次安装叶轮锁紧拉杆2、离心式叶轮3和叶轮锁紧螺母1；使后转轴8上能够依次安装了冷却风扇11、风扇拉杆12及风扇锁紧螺母13。
步骤二：
将保护轴套6套装在前转轴4、永磁体7和后转轴8上；保护轴套6与永磁体7、前转轴5及后转轴8之间的连接方式均为过盈配合；
将前箔片空气轴承4安装在前转轴5前端；将径向止推联合箔片空气轴承9和止推箔片空气轴承10安装在后转轴8后端；
将冷却风扇11、风扇拉杆12及风扇锁紧螺母13依次安装在后转轴8的后端，使冷却风扇11通过风扇拉杆12与后转轴8连为一体，并通过风扇锁紧螺母13锁紧；
将叶轮锁紧拉杆2、离心式叶轮3和叶轮锁紧螺母1依次安装在前转轴5的前端，使离心式叶轮3通过叶轮拉杆2与前转轴5连为一体，并通过叶轮锁紧螺母1锁紧。
除了上述磁性转子，本发明的具体实施方式还提供一种包括上述磁性转子的高速鼓风机，该高速鼓风机其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
具体地，上述磁性转子适用于卧式鼓风机的直驱式高速电机。
以上对本发明所提供的高速鼓风机及其磁性转子进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。