磁悬浮超高速永磁电机的转子结构的制作方法

本发明涉及一种磁悬浮超高速技术领域，具体的是涉及一种磁悬浮超高速永磁电机的转子结构。

背景技术：

目前的磁悬浮超高速永磁电机的主流结构的剖面图如图1所示，其主要缺点为：

(1)轴为实心结构，必须采用非导磁材料，比如非导磁不锈钢等，才能避免永磁体与轴的接触部分产生磁场短路，当磁场出现短路时，会产生巨大漏磁，从而削弱了永磁体的有效磁场；

(2)轴为实心结构，重量大，导致磁轴承的承载力过大，体积重量偏高；

(3)推力盘必须采用导磁材料制成，其材质和轴的材质不同，因此推力盘只能做成中空的圆盘，通过过盈利配合套装在非导磁轴上。由于离心力的作用，中空的圆盘内径为最大应力位置，该应力与线速度的平方成正比，制约了转子的最高线速度。

磁悬浮高速永磁电机转子上，其产生轴向力的推力盘，往往是最大直径的部件，其线速度最高，所受的离心力最大，推力盘的材料强度制约了转子的最高线速度。除了采取更高强度的材料，如何通过设计来降低推力盘的应力，变得非常关键。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中材料、转速受限，自重量大的不足，提供一种磁悬浮超高速永磁电机的转子结构，包括推力盘轴，护套、永磁体、轴、第一磁轴承组件、第二磁轴承组件，所述推力盘轴由左侧轴和推力盘组成，所述推力盘为实心结构；推力盘轴与永磁体接触的部分为中空结构；所述永磁体为圆柱形结构。推力盘和左侧轴一体成型为推力盘轴，由高屈服强度导磁金属材料制成，其中推力盘对应的部分必须为实心结构，可以降低最大离心应力一半，推力盘轴与永磁体接触的部分必须为中空结构，可以降低对永磁体磁场的短路作用。推力盘轴的其余部分可以做成中空结构，降低轴的重量。本发明是一种磁悬浮超高速电机的转子结构，其推力盘和局部空心轴(即推力轴盘)一体化设计，可以显著降低推力盘中心的最大应力，提升磁悬浮超高速电机转子线速度和转子动力学特性，同时降低磁轴承的承载力。

优选的是，所述的推力盘轴的一侧套装径向磁轴承的第一磁轴承组件，所述推力盘轴与第一磁轴承组件接触部位、第一磁轴承组件为圆环结构，第一磁轴承组件与推力盘轴通过过盈配合来装配，保证在高速旋转下不会松脱。

优选的是，所述第一磁轴承组件由硅钢片叠成，以便降低涡流损耗。

优选的是，所述第一磁轴承组件与第二磁轴承组件的结构相同，第二磁轴承组件为径向磁轴承组件，所述第二磁轴承组件与永磁体通过过盈配合进行连接，第二磁轴承组件上还包括有限位结构，这个限位结构是用于在套装的时候进行定位的。

优选的是，所述的永磁体为钐钴或者钕铁硼，充磁方向与永磁体的轴线垂直。永磁体既可以在装配之前充磁，也可以在装配之后充磁。

优选的是，所述护套为圆环柱形，材料为不导磁材料，比如钛合金、inconel718或者碳纤维。

优选的是，上述轴的材料可以是导磁也可以是不导磁材料做成。如果为非导磁材料既可以做成中空结构降低重量，也可以是实心结构。如果为导磁材料，则与永磁体接触的一端必须做成中空结构，这是因为如果是导磁实心结构，会将相近的永磁体磁路短路，造成极大的漏磁，导致转子与定子耦合的有效磁通降低。

优选的是，所述推力盘轴为高屈服强度导磁金属材料制成。

本发明的主要特点在于：1、推力盘和轴合为一体的，均为高强度的导磁金属材料；2、推力盘为实心圆盘，相比中空的圆盘结构，最大应力降低近一半；3、轴除了推力盘对应的部分，其余部分可以中间挖空，尤其是靠近永磁体端必须为中空结构，该种结构可以避免磁场短路导致的漏磁，同时有效的降低了转子重量。

本发明相对于现有技术，具有以下优点：1、实心推力盘的最大应力相比中空结构降低一半，因此线速度可以提高40％左右；2、轴其余部分可以中空，降低了转子的重量，降低了磁轴承的承载力要求；3、中空部分对轴的刚度降低影响较小，但可以有效降低转子重量，因此如果设计合理，可以提高转子的一阶弯曲临界转速。

附图说明

为了更清楚地说明本发明，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是对本发明的实施例的描述，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据技术方案进行简单变形或者名称变化，或者是采取惯用手段，也可以实现发明目的。

图1为现有技术中磁悬浮超高速永磁电机的剖面图

图2为一种磁悬浮超高速永磁电机的转子结构示意图

图3为一种一端轴为实心的磁悬浮超高速永磁电机的转子结构示意图

图4为一种轴为实心的磁悬浮超高速永磁电机的转子结构示意图

标号说明：1-推力盘轴；2-护套；3-永磁体；4-轴；5-第一磁轴承组件；

6-第二磁轴承组件

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

如图2所示，本实施例公开了一种磁悬浮超高速永磁电机的转子结构，整体为经典的三段轴结构。推力盘和左侧轴合二为一，为推力盘轴1，为高屈服强度导磁金属材料制成，其中推力盘对应的部分必须为实心结构，可以降低最大离心应力一半，推力盘轴1与永磁体3接触的部分必须为中空结构，可以降低对永磁体3磁场的短路作用。推力盘轴1的其余部分可以做成中空结构，降低轴4的重量。推力盘轴1的右侧套装径向磁轴承的第一磁轴承组件5，均为圆环结构，通常是由硅钢片叠成，以便降低涡流损耗，第一磁轴承组件5与推力盘轴1通过过盈配合来装配，保证在高速旋转下不松脱。

永磁体3为圆柱形结构，为钐钴材质制成，充磁方向与圆柱形永磁体3的轴线垂直，可以装配之前充磁或者装配之后充磁。护套2为圆环柱形，采用抗拉强度高的钛合金这种不导磁材料做成。

轴4主要是指转子结构的右轴，该段轴材料可以是导磁也可以是不导磁材料做成，本实施例采用不导磁材料制成，轴4与永磁体3接触的部位做成中空结构，这样可以降低重量。

第二磁轴承组件6的结构与第一磁轴承组件5相同，也是通过过盈配合进行装配。第二磁轴承组件6左侧与永磁体连接的一端有限位的台阶，用于套装时候的定位，台阶在轴4上面。

护套2为圆环柱形，材料为不导磁材料钛合金。

整体装配顺序为：第一磁轴承组件5通过过盈配合装配到推力盘轴1上，第二磁轴承组件6通过过盈配合装配到轴4上。推力盘轴1的装配端外径、永磁体3外径和轴4装配端的外径尺寸比护套2的内径大，具体的过盈量根据旋转产生的离心力导致的变形量和工作时候的热膨胀来计算，保证最高转速下，护套2依然是紧紧箍住推力盘轴1、永磁体3和轴4。装配时候，护套2可以加热到内径大于推力盘轴1的外径、永磁体3外径和轴4的外径的温度，然后依次将轴4、永磁体3和推力盘轴1装配到位，等护套2的温度降低后收缩，即可把推力盘轴1、永磁体3和轴4紧紧的箍住，使之成为一个整体，其中轴4的定位台阶起到了装配的限位作用。除了护套2加热之外，也可以通过降温将推力盘轴1、永磁体3和轴4降温，使之缩小来进行装配。

实施例2

如图3所示，本实施例公开了一种磁悬浮超高速永磁电机的转子结构，与实施例1不同的地方在于，本实施例中轴4是采用导磁材料制成，轴4与永磁体3接触的部分为中空结构，而远离永磁体3的一端采用封闭的结构。轴4是轴伸端，需要连接负载，有些实用场合需要采用实心的比较好，同时还可以兼有中空结构减轻质量的优点。

此外，护套2为碳纤维复合材料，因为碳纤维复合材料的热膨胀系数基本为0，无法通过加热来装配，在装配的时候只能采取降温装配。

实施例3

如图4所示，本实施例公开了一种磁悬浮超高速永磁电机的转子结构，与实施例1不同的地方在于，本实施例中轴4采用非导磁材料制成，其整体为实心结构。轴4采用非导磁材料，可以使永磁体漏磁更小。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的变动与润饰，均应属于本发明的保护范围。