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，轴套的内壁与第二轴段、第一轴段之间形成容纳腔；导磁轴段，位于容纳腔内；其中，第一轴段与第二轴段的端面上均设置有用于与导磁轴段连接的连接部。

进一步地，连接部为设置于第一轴段的端面上的连接凸起。

进一步地，连接凸起包括第一轴段凸起和第二轴段凸起，第一轴段凸起设置于第一轴段上，导磁轴段的第一端上开设有与第一轴段凸起相适配的第一凹部，第二轴段凸起设置于第二轴段上，导磁轴段的第二端上开设有与第二轴段凸起相适配的第二凹部。

进一步地，第一轴段凸起包括：第一连接段，第一连接段的一端与第一轴段的端面相连接；第二连接段，第二连接段与第一连接段的第二端相连接，第一连接段和/或第二连接段的外周面上设置有外螺纹。

进一步地，第一连接段与第二连接段同轴设置。

进一步地，第一连接段的外径大于第二连接段的外径。

进一步地，第一凹部内设置有台阶，台阶将第一凹部的内壁分成螺纹孔段和定位孔段，定位孔段的孔壁与连接凸起的外周面相贴合。

进一步地，第一连接段的端面与台阶之间形成环形空腔。

进一步地，第二连接段的端面与第一凹部的底部之间具有距离。

进一步地，转轴还包括：磁钢，磁钢套设与导磁轴段上并位于轴套内，磁钢与导磁轴段的径向通过间隙配合。

进一步地，磁钢与导磁轴段的径向间隙为L1，其中，0.05mm≤L1≤0.1mm。

进一步地，磁钢端面与导磁轴段的端面相平齐。

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，第一轴段与第二轴段为非导磁材料制成。

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，装配方法包括：将导磁轴段的一端与第一轴段上的连接凸起相配合并装配至第一轴段上，将磁钢套设于导磁轴段上，再通过第二轴段上的连接凸起装配至导磁轴段的另一端上以形成转轴组件；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，轴套的内壁与第二轴段、第一轴段之间形成容纳腔，导磁轴段位于容纳腔内。其中，第一轴段与第二轴段的端面上均设置有用于与导磁轴段连接的连接部。分别在第一轴段与第二轴段的端面上设置连接部，有效地增加了转轴的可靠性。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的结构示意图；

图3示出了图2中连接凸起的实施例一的结构示意图；以及

图4示出了图2中连接凸起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、第一轴段凸起；30、第二轴段；31、第二轴段凸起；40、导磁轴段；41、第一连接段；42、第二连接段；50、凹部；51、台阶；52、第一凹部；53、第二凹部；60、磁钢。

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的内壁与第二轴段30、第一轴段20之间形成容纳腔，导磁轴段40位于容纳腔内。其中，第一轴段20与第二轴段30的端面上均设置有用于与导磁轴段40连接的连接部。

在本实施例中，分别在第一轴段20与第二轴段30的端面上设置连接部，有效地增加了转轴的可靠性。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。

连接部为设置于第一轴段20和第二轴段30的端面上的连接凸起。转轴两端的轴段之间通过连接凸起与导磁轴段40连接，能够有效地增加了第一轴段20与导磁轴段40的连接强度。

其中，连接凸起包括第一轴段凸起21和第二轴段凸起31，第一轴段凸起21设置于第一轴段20上，导磁轴段40的第一端上开设有与第一轴段凸起21相适配的第一凹部52，第二轴段凸起31设置于第二轴段30上，导磁轴段40的第二端上开设有与第二轴段凸起31相适配的第二凹部53。这样设置能够增加转轴的在高速转动的过程中的稳定性。

第一轴段凸起21包括第一连接段41和第二连接段42。第一连接段41的一端与第一轴段20的端面相连接。第二连接段42与第一连接段41的第二端相连接，第一连接段41或第二连接段42的外周面上设置有外螺纹如(图3和图4所示)。当然，在保证第一轴段20、第二轴段30与导磁轴段40之间的连接强度和稳定性的情况下，也可以同时在第一连接段41和第二连接段42的外周面设置外螺纹(图中没示出)。这样设置能够进一步地增加第一轴段20、第二轴段30与导磁轴段40之间的稳定性，提高了第一轴段20与导磁轴段40的之间的连接强度。

优选地，为了提高转轴的稳定性，将第一连接段41与第二连接段42同轴设置。

其中，第一连接段41的外径大于第二连接段42的外径。这样设置能够进一步起到提高转轴的可靠性。

如图3所示，第一凹部52和第二凹部53内设置有台阶51，台阶51将第一凹部52和第二凹部53的内壁分成螺纹孔段和定位孔段，定位孔段的孔壁与对应的连接凸起的外周面相贴合，这样能够增加转轴的可靠性和连接强度。其中，定位孔段起到对转轴的定心作用，这样设置能够提高转轴的装配精度。优选地，定位孔段的横截面为圆形，当然，在保证转轴的装配精度的前提下，定位孔段的横截面也可以为其他形状的结构。例如方形结构。

每一个第一连接段41的端面与台阶51之间形成环形空腔图3中的A处所示。这样设置使得连接凸起在旋进的过程中，能够保证连接凸起与台阶51的台面之间具有足够的让位空间以使第一轴段20、第二轴段30的端面能够与磁钢60和导磁轴段40的端面相贴合(图3中的B处所示)。这样设置能够增加转轴的可靠性。

为了保证连接凸起能够全部旋进凹部50(包括第一凹部52、第二凹部53)内并使第一轴段20、第二轴段30的端面能够与磁钢60和导磁轴段40的端面相贴合，将每一个第二连接段42的端面与凹部50的底部之间设置有距离(图3中的C处所示)，该距离的范围可以是0.5至1mm。

转轴还包括磁钢60。磁钢60套设与导磁轴段40上并位于轴套10内，磁钢60与导磁轴段40的径向通过间隙配合。磁钢60为环形磁钢，环形磁钢与导磁芯即导磁轴段40之间径向配合为间隙配合。其中，单边间隙量为L1，0.05mm≤L1≤0.1mm。

优选地，为了降低转轴的加工难度，将磁钢60端面与导磁轴段40的端面设置成相平齐。

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

优选地，第一轴段20与第二轴段30为非导磁材料制成。第一轴段20与第二轴段30高速旋转时，由于轴套10的保护作用，使得永磁转子即转轴可以安全运行。

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：将导磁轴段40的一端与第一轴段20上的连接凸起相配合并装配至第一轴段20上，将磁钢60套设于导磁轴段40上，再通过第二轴段30上的连接凸起装配至导磁轴段40的另一端上以形成转轴组件；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；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。第二轴段30在装配时，导磁芯与第二轴段30轴向压紧，主要靠高强度轴套10过盈连接，把第二轴段30连接起来。

导磁芯采用导磁材料，导磁芯的两端的断面分别设置有凹部50，凹部50包括螺纹孔和定位孔，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。环形磁钢套在导磁芯上，且其左右断面与导磁芯的左右两端的端面均平齐。

第一轴段20的左端部带有圆凸部，凸部包括定位圆柱和螺柱，用于与导磁芯左端面的螺孔和定位孔连接配合。同理，第二轴段30的右端同样带有圆凸部，凸部同样包括定位圆柱和螺柱，用于与导磁芯右端面的螺孔和定位孔连接配合。

护套即轴套10采用镍基合金、钛合金等材料，护套与第一轴段20、环形磁钢、第二轴段30均为过盈配合且与第一轴段20的右端面贴合、与第二轴段30的左端面贴合。若护套采用镍基合金、钛合金等合金材料，采用过盈热装或冷缩装配。若护套采用碳纤维等非金属材料，宜采用冷缩装配或直接绑扎工艺。

装配时，先将导磁芯装到第一轴段20上，之后把环形磁钢装到导磁芯上可以在磁钢内壁或导磁芯外圆面涂覆磁钢胶，然后将第二轴段30装到导磁芯上，第一轴段20、第二轴段30与导磁芯均采用螺纹连结、紧固，通过螺纹的紧固连结，提高了转轴组件的可加工性，然后把组装好的转轴组件精磨外圆至指定的尺寸。

若护套采用镍基合金、钛合金等合金材料再将加热到一定温度(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。

若采用碳纤维等非金属材料，则需要对上述转子组件做冷却处理，冷却至-200℃，实现碳纤维护套的冷缩装配。也可直接采用碳纤维绑扎工艺。

在本实施例中，凹部50为圆孔状结构，这样能够实现第一轴段20、第二轴段30与导磁芯的径向定位，尽可能避免第一轴段20、第二轴段30和导磁芯发生偏心。环形空腔为轴向避让间隙，保证螺纹旋紧之后，导磁芯与磁钢和转轴端件(第一轴段20、第二轴段30)的接触面紧贴，没有间隙存在。若此处有间隙的存在，会导致转轴刚度的降低，同时在转轴高速旋转发生意外碰撞时，会轻易导致转轴弯曲等异常问题，降低转轴可靠性和使用寿命。

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。