专利名称：一种高速永磁同步电机及其装配方法
技术领域：
本发明涉及电机设备，尤其涉及一种高速永磁同步电机及其装配方法。
背景技术：
永磁同步电机由于结构紧凑、功率密度高、工作效率高、节能降耗效益显著，在电动机、发电机等领域得到了广泛应用。近年来，工业领域对利用永磁同步电机直接驱动负载工作的设备的需求越来越迫切，如永磁电机直接驱动叶轮工作的空气压缩机、永磁电机直接驱动砂轮或刀具的数控机床电主轴、涡轮直接驱动永磁电机发电的高速涡轮发电机等等。这些永磁电机直驱设备的广泛应用，将产生不可估量的节能效益。上述设备利用永磁电机直接驱动原理工作，只有在永磁电机工作转速很高的条件下才能发挥作用，而现有的永磁电机转子结构难以满足高速运转的需要。现有电机转子结构，主要可分为两类，一类是电机转子为空心圆柱整体结构，直接套装在主轴上；另一类是电机转子永磁体表帖或镶嵌在主轴外圆上。这两种方式共同的不足在于，转子永磁体分布的空间被主轴所占用，空间利用效率低。在高转速条件下，转子离心力很大，电机转子会发生膨胀变形。该变形导致转子内孔与主轴之间的实际过盈量减小，连接刚度降低，容易发生转子在主轴上的周向滑动，甚至发生安全事故。如果增大转子内孔与主轴之间的过盈量，会导致安装困难，因采用转子加热套装容易导致永磁体退磁，而不通过热套工艺，由于永磁体脆性大，又容易在装配阶段就发生损坏。考虑到高速时离心力对转子本身机械强度的影响，转子外径应尽可能小。但为了提高主轴系统的强度，转子内孔往往又要求尽可能大。在转子内孔要求大，外径要求小的约束条件下，电机转子电磁设计十分困难，可以调整的空间十分有限。如果设计电机功率密度过大，容易发生磁饱和，导致电机性能下降；如果增大转子轴向长度增加功率，又导致主轴跨距增加，主轴系统临界转速降低，不利于实现高速化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、空间利用充分、径向尺寸小、特别适合于高转速需要的高速永磁同步电机及其装配方法。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种高速永磁同步电机，包括电机壳体、电机定子、主轴转子组件和一对分设于壳体前后两端的轴承总成，所述电机定子固定于电机壳体内，所述主轴转子组件套装于电机定子内，主轴转子组件两端通过轴承总成支承于电机壳体上，所述主轴转子组件包括转子前半轴、转子永磁体、转子套筒和转子后半轴，所述转子永磁体套装于转子套筒内，所述转子套筒一端与转子前半轴固接，另一端与转子后半轴固接。所述转子永磁体为圆柱状的永磁体。所述转子永磁体外圆周面与转子套筒内圆周面紧密接触。
所述转子前半轴和转子后半轴上均设有定位止口，所述转子套筒两端通过定位止口定位。所述转子前半轴和转子后半轴均设有延伸至转子套筒内、并与转子永磁体端部相抵的延伸段。所述转子前半轴的外圆周面、转子后半轴的外圆周面以及所述转子套筒的外圆周面设于同一圆柱面上。一种上述高速永磁同步电机的装配方法，包括以下步骤:
1)将电机定子装入电机壳体内；
2)组装主轴转子组件；
3)将主轴转子组件装入电机定子内，并通过轴承总成将主轴转子组件支承于电机壳体
上；
在进行步骤2)时，先将转子永磁体套装于转子套筒内，再将转子前半轴和转子后半轴分别固定于转子套筒两端，然后对转子永磁体充磁。在进行步骤2)时，转子前半轴和转子后半轴均与转子套筒焊接固定。与现有技术相比，本发明的优点在于:
本发明的高速永磁同步电机，转子永磁体与电机的主轴集成为一体，并封装在主轴内部，充分利用了电机内部空间，使得电机转子的结构更加紧凑，可大大减小电机的径向尺寸，轴系的临界转速相对于传统结构显著提高，满足高转速电机的需要，并且转子外径减小，外圆面积减小，有利于降低转子涡流损耗和磁滞损耗，提高电机效率，可更充分地利用转子空间进行电机电磁设计，有效避免了传统结构设计中转子磁饱和难题，降低了因磁饱和导致的功率损耗，有利于提高电机效率；本发明的高速永磁同步电机与现有永磁同步电机相比，在相同的功率和转速扭矩条件下，本发明的电机体积缩小20%左右，在相同的许用离心应力条件下，可实现更高的转速，在相同的体积条件下，本发明的电机可实现功率提高20%左右；本发明的高速永磁同步电机由于具备以上特性，因此特别适合用于对转速要求极高，而空间又受到限制的场合；电机转子体积减小有利于节省永磁体材料的使用量，且圆柱形永磁体更易于制造，上述结构可显著降低电机转子的制造成本。本发明高速永磁同步电机的装配方法，在组装主轴转子组件时，先将转子永磁体套装于转子套筒内，再将转子前半轴和转子后半轴分别固定于转子套筒两端，然后对转子永磁体充磁，可避免采用传统套装式结构过盈联结导致的永磁体装配损坏、高温退磁和高速旋转时转子相对于主轴的周向滑动；装配好之后再对永磁体充磁，可避免传统装配工序中永磁体先充磁再装配带来的因为永磁体强吸力导致的装配难题。
图1是本发明高速永磁同步电机实施例的结构示意图。图2是本发明装配方法实施例的流程示意图。图中各标号表不:
1、电机壳体；2、电机定子；3、主轴转子组件；4、轴承总成；5、定位止口 ；31、转子前半轴；32、转子永磁体；33、转子套筒；34、转子后半轴。
具体实施例方式图1示出了本发明的一种高速永磁同步电机实施例，该高速永磁同步电机包括电机壳体1、电机定子2、主轴转子组件3和一对分设于电机壳体I前后两端的轴承总成4,电机定子2固定于电机壳体I内，主轴转子组件3套装于电机定子2内，主轴转子组件3两端通过轴承总成4支承于电机壳体I上，主轴转子组件3包括转子前半轴31、转子永磁体32、转子套筒33和转子后半轴34，转子永磁体32套装于转子套筒33内，转子套筒33 —端与转子前半轴31固接，另一端与转子后半轴34固接，转子永磁体32与电机的主轴集成为一体，并封装在主轴内部，充分利用了电机内部空间，使得电机转子的结构更加紧凑，可大大减小电机的径向尺寸，可显著提高轴系的临界转速，从而满足高转速电机的需要，并且转子外径减小，外圆面积减小，有利于降低转子涡流损耗和磁滞损耗，提高电机效率，同时，可更充分地利用转子空间进行电机电磁设计，有效避免了传统结构设计中转子磁饱和难题，降低了因磁饱和导致的功率损耗，有利于提高电机效率；电机转子体积减小还有利于节省永磁体材料的使用量，可显著降低电机转子的制造成本。本发明的高速永磁同步电机与现有永磁同步电机相比，在相同的功率和转速扭矩条件下，本发明的电机体积缩小20%左右，在相同的许用离心应力条件下，可实现更高的转速，在相同的体积条件下，本发明的电机可实现功率提高20%左右；本发明的高速永磁同步电机由于具备以上特性，因此特别适合用于对转速要求极高，而空间又受到限制的场合。本实施例中，转子永磁体32为圆柱状的永磁体，圆柱状的永磁体更易于制造，转子永磁体32外圆周面与转子套筒33内圆周面紧密接触，转子前半轴31和转子后半轴34上均设有定位止口 5，转子套筒33两端通过定位止口 5定位，并在定位止口 5处与转子前半轴31和转子后半轴34焊接，转子前半轴31和转子后半轴34均设有延伸至转子套筒33内、并与转子永磁体32端部相抵的延伸段，以保证主轴的整体刚度。图2示出了本发明高速永磁同步电机的装配方法实施例的流程，该方法包括以下步骤:
1)将电机定子2装入电机壳体I内；
2)组装主轴转子组件3；
3)将主轴转子组件3装入电机定子2内，并通过轴承总成4将主轴转子组件3支承于电机壳体I上；
在进行步骤2)时，先将转子永磁体32套装于转子套筒33内，再将转子前半轴31和转子后半轴34分别固定于转子套筒33两端，然后对转子永磁体32充磁。在进行步骤2)时，转子前半轴31和转子后半轴34均与转子套筒33焊接固定。本发明的装配方法，可避免采用传统套装式结构过盈联结导致的永磁体装配时损坏、高温退磁，还可避免高速旋转时转子相对于主轴的周向滑动；装配好之后再对转子永磁体32充磁，可避免传统装配工序中永磁体先充磁再装配带来的因为永磁体强吸力导致的装配难题。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种高速永磁同步电机,包括电机壳体(I)、电机定子(2 )、主轴转子组件(3 )和一对分设于电机壳体(I)前后两端的轴承总成(4)，所述电机定子(2)固定于电机壳体(I)内，所述主轴转子组件(3)套装于电机定子(2)内，主轴转子组件(3)两端通过轴承总成(4)支承于电机壳体(I)上，其特征在于:所述主轴转子组件(3)包括转子前半轴(31)、转子永磁体(32)、转子套筒(33)和转子后半轴(34)，所述转子永磁体(32)套装于转子套筒(33)内，所述转子套筒(33) —端与转子前半轴(31)固接,另一端与转子后半轴(34)固接。
2.根据权利要求1所述的高速永磁同步电机，其特征在于:所述转子永磁体(32)为圆柱状的永磁体。
3.根据权利要求2所述的高速永磁同步电机，其特征在于:所述转子永磁体(32)外圆周面与转子套筒(33)内圆周面紧密接触。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的高速永磁同步电机，其特征在于:所述转子前半轴(31)和转子后半轴(34)上均设有定位止口(5)，所述转子套筒(33)两端通过定位止口(5)定位。
5.根据权利要求4所述的高速永磁同步电机，其特征在于:所述转子前半轴(31)和转子后半轴(34)均设有延伸至转子套筒(33 )内、并与转子永磁体(32 )端部相抵的延伸段。
6.根据权利要求5所述的高速永磁同步电机，其特征在于:所述转子前半轴(31)的外圆周面、转子后半轴(34)的外圆周面以及所述转子套筒(33)的外圆周面设于同一圆柱面上。
7.—种如权利要求1至6中任一项所述高速永磁同步电机的装配方法，包括以下步骤: 1)将电机定子(2)装入电机壳体(I)内； 2)组装主轴转子组件(3); 3)将主轴转子组件(3)装入电机定子(2)内，并通过轴承总成(4)将主轴转子组件(3)支承于电机壳体(I)上； 其特征在于:在进行步骤2)时，先将转子永磁体(32)套装于转子套筒(33)内，再将转子前半轴(31)和转子后半轴(34 )分别固定于转子套筒(33 )两端，然后对转子永磁体(32 )充磁。
8.根据权利要求7所述的装配方法，其特征在于:在进行步骤2)时，转子前半轴(31)和转子后半轴(34)均与转子套筒(33)焊接固定。
全文摘要
一种高速永磁同步电机及其装配方法，该电机包括电机壳体、电机定子、主轴转子组件和一对分设于壳体前后两端的轴承总成，电机定子固定于电机壳体内，主轴转子组件套装于电机定子内，主轴转子组件两端通过轴承总成支承于电机壳体上，主轴转子组件包括转子前半轴、转子永磁体、转子套筒和转子后半轴，转子永磁体套装于转子套筒内，转子套筒一端与转子前半轴固接，另一端与转子后半轴固接，其结构紧凑、空间利用充分、径向尺寸小、特别适合于高转速需要。该方法包括以下步骤1)将电机定子装入电机壳体内；2)组装主轴转子组件，组装完后对其中的转子永磁体充磁；3)将主轴转子组件装入电机定子内，并通过轴承总成支承于电机壳体上。
文档编号H02K15/00GK103117633SQ201310093789
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者熊万里, 吕浪, 蒋旭光 申请人:湖南大学