转轴、转轴的装配方法、电机与流程

本发明涉及电机设备技术领域，具体而言，涉及一种转轴、转轴的装配方法、电机。

背景技术：

现有技术中的高速永磁电机转子结构，采用分段的环形磁钢，转子也采用分段式结构(参见图1)，通过一根两端带螺纹的导杆3先把分段磁钢2和两端的端件4、5联结在一起(加工到各组件外径尺寸一致)，再通过护套1一次性热装配完成。热装相对简单，但结构稍微复杂。

此外，现有技术中的另一种常见的高速永磁电机转子结构，电机转子采用整块环形磁钢(表贴式磁钢)，转子采用一根主轴，通过护套保护磁钢并传递扭矩。该类高速转子结构，虽然已采用隔磁挡板进行隔磁处理，但其主轴一般为导磁材料，因此电机转子处的环形磁钢所产生的磁场还会经过主轴与两侧的轴承转子形成耦合回路，对径向磁轴承的磁场产生干扰，增加两侧磁轴承的控制难度。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种转轴、转轴的装配方法、电机，以解决现有技术中转子漏磁的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种转轴，包括：轴套；第一轴段，第一轴段的一端位于轴套内；第二轴段，第二轴段的一端位于轴套内，轴套的内壁与第一轴段、第二轴段之间形成容纳腔；导磁轴段，位于容纳腔内；磁钢，套设于导磁轴段上，磁钢的至少一端的内壁与导磁轴段的端部形成容纳凹部，与容纳凹部对应的一侧的第一轴段或第二轴段通过容纳凹部与磁钢和导磁轴段相配合。

进一步地，导磁轴段的轴向长度小于磁钢的轴向长度。

进一步地，容纳凹部包括第一容纳凹部，导磁轴段的第一端与磁钢的第一端形成第一容纳凹部，第一轴段设置有与第一容纳凹部相配合的第一连接凸台。

进一步地，容纳凹部包括第二容纳凹部，导磁轴段的第二端与磁钢的第二端形成第二容纳凹部，第二轴段设置有与第二容纳凹部相配合的第二连接凸台。

进一步地，第一轴段和/或第二轴段的端面与导磁轴段的端面相贴合。

进一步地，磁钢与导磁轴段、第一轴段以及第二轴段中的至少一个的径向通过间隙配合。

进一步地，磁钢与导磁轴段、第一轴段及第二轴段的径向均通过间隙配合。

进一步地，间隙为L1，其中，0.05mm≤L1≤0.1mm。

进一步地，第一轴段和第二轴段与导磁轴段的端面通过间隙配合。

进一步地，第一轴段与导磁轴段的第一端的间隙为L2，其中，0≤L2≤0.1mm，和/或，第二轴段与导磁轴段的第二端的间隙为L3，其中，0≤L3≤0.1mm。

进一步地，第一轴段包括大径端和小径端，第一轴段的大径端部分的设置于轴套内，和/或，第二轴段包括大径端和小径端，第二轴段的大径端部分的设置于轴套内。

进一步地，第一轴段的大径端部分的设置于轴套内，第二轴段的大径端部分的设置于轴套内，轴套的外表面与第一轴段的大径端的外表面及第二轴段的大径端的外表面相平齐。

进一步地，第一轴段包括大径端和小径端，第一轴段的大径端设置于轴套内，和/或，第二轴段包括大径端和小径端，第二轴段的大径端设置于轴套内。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机，包括转轴，转轴为上述的转轴。

根据本发明的另一方面，提供了一种转轴的装配方法，装配方法用于对上述的转轴进行装配，包括：将磁钢装配至第一轴段上，将导磁轴段装入磁钢的内腔中以形成转轴组件，此时，导磁轴段的端部与磁钢的内壁形成容纳凹部；将轴套加热到预设温度后将其装入至转轴组件的外表面上；将第二轴段装至轴套内以使第二轴段通过容纳凹部与第一轴段、磁钢相抵接；转轴组件经预设时间冷却后，对转轴组件做充磁处理，完成装配；或者，装配方法包括：将磁钢装配至第一轴段上，将导磁轴段装入磁钢的内腔中，此时，导磁轴段的端部与磁钢的内壁形成容纳凹部，将第二轴段与容纳凹部相配合以形成转轴组件；将轴套加热到预设温度后将其装入至转轴组件的外表面上；转轴组件经预设时间冷却后，对转轴组件做充磁处理，完成装配。

进一步地，在冷却的过程中对第一轴段和第二轴段施加轴向预紧力，直至轴套冷却至常温后去掉轴向预紧力。

进一步地，预设温度为t，其中，400℃≤t≤500℃。

进一步地，磁钢套装至导磁轴段上之前，在磁钢的内壁和/或导磁轴段的外周面上涂覆磁钢胶。

应用本发明的技术方案，转轴包括轴套、第一轴段、第二轴段和导磁轴段。第一轴段的一端位于轴套内，第二轴段的一端位于轴套内，轴套的内壁与第一轴段、第二轴段之间形成容纳腔，导磁轴段位于容纳腔内。磁钢套设于导磁轴段上，磁钢的至少一端的内壁与导磁轴段的端部形成容纳凹部，与容纳凹部对应的一侧的第一轴段或第二轴段通过容纳凹部与磁钢和导磁轴段相配合。该转轴采用三段式连接方式，有效地阻断了转轴的轴向磁路，降低了轴向的漏磁。该转轴不需要复杂的装配设备工装的辅助安装，有效地提高该转轴的装配速率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中转轴的结构示意图；

图2示出了根据本发明的转轴的实施例一的结构示意图；以及

图3示出了根据本发明的转轴的实施例二的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、轴套；20、第一轴段；21、第一连接凸台；30、第二轴段；31、第二连接凸台；40、导磁轴段；51、小径端；52、小径端；53、小径端；54、小径端；60、磁钢；61、第一容纳凹部；62、第二容纳凹部。

具体实施方式

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组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，提供了一种转轴。该转轴包括轴套10、第一轴段20、第二轴段30和导磁轴段40。第一轴段20的一端位于轴套10内，第二轴段30的一端位于轴套10内，轴套10的内壁与第一轴段20、第二轴段30之间形成容纳腔，导磁轴段40位于容纳腔内。磁钢60套设于导磁轴段40上，磁钢60的至少一端的内壁与导磁轴段40的端部形成容纳凹部，与容纳凹部对应的一侧的第一轴段20或第二轴段30通过容纳凹部与磁钢60和导磁轴段40相配合。

在本实施例中，该转轴采用三段式连接方式，有效地阻断了转轴的轴向磁路，降低了轴向的漏磁。该转轴不需要复杂的装配设备工装的辅助安装，有效地提高该转轴的装配速率。

其中，导磁轴段40的轴向长度小于磁钢60的轴向长度。即当磁钢60套设于导磁轴段40上时，由于磁钢60的长度大于导磁轴段40的长度，所以导磁轴段40的一端必定会与磁钢60的内壁之间形成容纳凹部，该容纳凹部可以用来与转轴的第一轴段20或第二轴段30相配合从而完成转轴的装配制作。采用该种配合方式有效地降低了转轴的加工难度和装配难度。

具体地，如图2和图3所示，容纳凹部包括第一容纳凹部61，导磁轴段40的第一端与磁钢60的第一端形成第一容纳凹部61，第一轴段20设置有与第一容纳凹部61相配合的第一连接凸台21。在本实施例中，第一连接凸台21的外径与导磁轴段40的外径相同，第一连接凸台21的端面与导磁轴段40的端面相贴合。这样设置能够有效地增加转轴的可靠性。

容纳凹部包括第二容纳凹部62。导磁轴段40的第二端与磁钢60的第二端形成第二容纳凹部62，第二轴段30设置有与第二容纳凹部62相配合的第二连接凸台31。第一轴段20和第二轴段30的端面与导磁轴段40的端面相贴合。这样设置能够有效地进一步地增加转轴的可靠性。

磁钢60与导磁轴段40、第一轴段20以及第二轴段30中的至少一个的径向通过间隙配合。优选地，磁钢60与导磁轴段40、第一轴段20及第二轴段30的径向均通过间隙配合。间隙为L1，其中，0.05mm≤L1≤0.1mm。

进一步地，第一轴段20和第二轴段30与导磁轴段40的端面通过间隙配合。其中，第一轴段20与导磁轴段40的第一端的间隙为L2，0≤L2≤0.1mm。第二轴段30与导磁轴段40的第二端的间隙为L3，0≤L3≤0.1mm。

如图3所示，第一轴段20包括大径端和小径端53，第一轴段20的大径端部分的设置于轴套10内。第二轴段30包括大径端和小径端54，第二轴段30的大径端部分的设置于轴套10内。这样设置能够有效地提高转轴的刚度。

优选地，第一轴段20的大径端部分的设置于轴套10内，第二轴段30的大径端部分的设置于轴套10内，轴套10的外表面与第一轴段20的大径端的外表面及第二轴段30的大径端的外表面相平齐。

为了进一步的提高转轴的刚度和可靠性，如图2所示，第一轴段20包括大径端和小径端51，第一轴段20的大径端设置于轴套10内，第二轴段30包括大径端和小径端52，第二轴段30的大径端设置于轴套10内。

上述实施例中的转轴还可用于电机设备技术领域，即根据本发明的另一个方面，提供了一种电机，包括转轴，转轴为上述实施例中的转轴。

在本实施例中，该转轴的装配方法为：将磁钢60装配至第一轴段20上，将导磁轴段40装入磁钢60的内腔中以形成转轴组件，此时，导磁轴段40的端部与磁钢60的内壁形成容纳凹部；将轴套10加热到预设温度后将其装入至转轴组件的外表面上；将第二轴段30装至轴套10内以使第二轴段30通过容纳凹部与第一轴段20、磁钢60相抵接；转轴组件经预设时间冷却后，对转轴组件做充磁处理，完成装配。其中，在冷却的过程中对第一轴段20和第二轴段30施加轴向预紧力，直至轴套10冷却至常温后去掉轴向预紧力。预设温度为t，其中，400℃≤t≤500℃。磁钢60套装至导磁轴段40上之前，在磁钢60的内壁和导磁轴段40的外周面上涂覆磁钢胶。当然也可以只在其中之一上涂覆磁钢胶。

在本实施例中，第一轴段20和第二轴段30采用非导磁材料，这样就阻断了轴向磁路，降低了轴向漏磁。第一轴段20和第二轴段30两端面均与环形磁钢、导磁芯和护套轴套10配合的结构，去除螺纹连结结构，省去整个转子组件即转轴组件在热装护套前的外圆精车等机加工过程,。此外该转子带有后充磁设计，有效避免该类转轴装配磁钢时的热退磁问题，降低了热装温度，该转轴在装配的过程中不需要复杂装配设备工装进行辅助，有效地提高了装配率。

其中磁钢60为环形磁钢，环形磁钢套在导磁芯即导磁轴段40上，转子由三段组成第一轴段20、第二轴段30、导磁轴段40，利用合金护套与三段之间的过盈配合来传递扭矩，第一轴段20和第二轴段30采用非导磁材料，转轴高速旋转时，由于护套的保护作用，使得永磁转子可以安全运行。环形磁钢采用钕铁硼材料。由于平行充磁的磁钢，所有磁力线由圆心均沿一个方向，相互平行，所以对于该环形磁钢，为保证磁钢产生的磁场正弦，需要采用平行充磁。护套采用镍基合金、钛合金等合金材料，过盈装配至上述转子组件的外表面。

如图2中的转轴装配时，先把环形磁钢装到第一轴段20的右端面上，两者形成一个定位孔，然后依次将导磁芯装入上述形成的定位孔中，且使导磁芯一端面与第一轴段20的右端面贴合，之后把第二轴段30也放进上述定位孔中，并且第二轴段30左端面要与导磁芯右端贴合，至此，上述四个零件组成一个转子组件。

将加热到一定温度(400-500℃)的合金护套一次性热装在第一轴段20、第二轴段30、环形磁钢的外表面，自然冷却一段时间，完成转轴装配，最后做整体充磁处理，完成高速转轴制作。

如图3中的转轴装配时，先把环形磁钢装到第一轴段20的右端面上，两者形成一个定位孔，然后依次将导磁芯装入上述形成的定位孔中，且使导磁芯一端面与第一轴段20的右端面贴合(可以在磁钢内壁或导磁芯外圆面涂覆磁钢胶)，上述三个零件组成一个转子组件。然后将加热到一定温度(400-500℃)的合金护套迅速装入到转子组件的外表面，并迅速将第二轴段30装到上述合金护套和磁钢内，自然冷却一段时间，完成转轴装配，最后做整体充磁处理，完成高速转轴制作。整个冷却过程要求对第一轴段20、第二轴段30施加轴向预紧力，直至转轴冷却至常温后，方可去掉轴向预紧力。

进一步地，环形磁钢与第一轴段20、导磁芯、第二轴段30之间径向配合均为间隙配合，单边间隙量宜取0.05-0.1mm。为保证导磁芯与第一轴段20、第二轴段30之间轴向贴合、压紧，需要使环形磁钢与第一轴段20、导磁芯、第二轴段30的轴向接触为间隙接触，间隙大小控制在0-0.1mm为宜。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。