一种充磁线圈分段式内支撑加固装置

1.本实用新型属于永磁电机转子整体充磁领域，更具体地，涉及一种充磁线圈分段式内支撑加固装置。


背景技术：

2.整体充磁技术是一种将未带磁性的磁极与电机转子装配完成后，通过特殊的充磁线圈对磁极进行充磁的方式。由于磁极组装时不带磁性，整体充磁技术规避了传统预充磁方式中磁极组装时的磁斥力问题，大幅度提高了电机安装精度及生产效率。同时，一些特殊应用场景中的问题，如高速电机“热套”工艺中的磁极退磁问题、常规电机退磁后重新充磁问题，也能通过整体充磁技术来解决。因此，作为一种优势显著的充磁方式，整体充磁技术近年来受到了广泛的关注。
3.为了获取较高的磁化场，整体充磁技术通常采用脉冲磁场进行充磁。在较高的脉冲电流作用下，充磁线圈受到极大的电磁应力，由于线圈自身的结构强度不够，需要在其内部加入贴合线圈内层的同轴心高强度合金筒作为内支撑加固结构，以限制线圈的变形，保证充磁装置受力安全。然而，由于高强度合金筒本身具有导电性，在脉冲磁场作用下会感应涡流，涡流产生的附加磁场不仅会削弱充磁区域的磁场峰值，造成磁极的不饱和磁化，还会导致充磁区域磁场扭曲，严重影响充磁效果。
4.因此，需要开发一种新型的充磁线圈内支撑加固结构，能够在提供足够支撑强度、约束线圈变形的同时，有效降低结构内的涡流效应。


技术实现要素：

5.针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种充磁线圈分段式内支撑加固装置，设计分段式的高强度合金筒，并采用绝缘间隔层将高强度合金筒分割开，其能提供足够支撑强度、约束线圈变形的同时，有效降低结构内的涡流效应。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了一种充磁线圈分段式内支撑加固装置，其包括绝缘间隔层和多个高强度合金筒，绝缘间隔层呈圆环状，高强度合金筒为圆筒状，所有的高强度合金筒的内外径相同，绝缘间隔层和多个高强度合金筒的直径以及厚度相匹配，以能在工作时，保证绝缘间隔层间隔嵌装于相邻两个高强度合金筒之间，实现相邻的高强度合金筒间的绝缘，嵌装好绝缘间隔层后，高强度合金筒和绝缘间隔层组成内外壁面均光滑平整的一体式圆筒，该一体式圆筒设置于充磁线圈内，用作充磁线圈内支撑结构，防止充磁过程中线圈变形。
7.以上发明构思中，将高强度合金筒进行轴向分段，在分段后的合金筒之间安装同心的绝缘间隔层，将涡流限制在每段合金筒的狭长回路内，有效增大了涡流回路的阻值，降低了涡流的强度，从而减小了涡流对磁化场的削弱作用。分段绝缘的结构，切断了涡流流通路径，降低了涡流对线圈中心磁场的影响。外径光滑便于铺设充磁线圈，更好的对充磁线圈起内支撑作用，内径光滑便于放置待充磁转子。
8.进一步的，高强度合金筒的两个端口呈台阶状，绝缘间隔层的两端口也呈台阶状，绝缘间隔层端口和高强度合金筒端口采用同心台阶的方式相互紧密轴向连通为一体。
9.进一步的，绝缘间隔层的轴向宽度为高强度合金筒宽度的1/50～1/15。
10.进一步的，绝缘间隔层的轴向宽度为高强度合金筒宽度的1/50～1/25。
11.进一步的，高强度合金筒及绝缘间隔层内径稍大于待充磁转子半径，同时以不与待充磁转子发生机械摩擦的最小半径为最佳，从而减小气隙对充磁效果的影响。
12.进一步的，每段高强度合金筒的长度相同。
13.进一步的，每段高强度合金筒的长度不相同。
14.进一步的，采用轴心、内径均与高强度合金筒相同的法兰盘和螺杆对所述一体式圆筒的端部进行固定。
15.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
16.本实用新型能降低涡流效应，具体的，本实用新型将高强度合金筒进行轴向分段，在分段后的高强度合金筒之间安装同心的绝缘间隔层，将涡流限制在每段高强度合金筒的狭长回路内，有效增大了涡流回路的阻值，降低了涡流的强度，从而减小了涡流对磁化场的削弱作用。
17.本实用新型装置安装及使用方便，其在绝缘间隔层与高强度合金筒端部设计了相吻合的不同内径的同心台阶来保证组装后加固结构的同心度，便于放置待充磁的转子。同时，同心台阶的组装方式对各段筒的径向位置进行了限定，使组装完成后的筒体轴向固定也更为简单，通过法兰盘和螺杆进行端部固定即可。
18.本实用新型装置保证支撑强度，其将高强度合金筒轴向分段后仍保留了足够的机械强度，能够为充磁线圈提供满足要求的应力支撑，保证了充磁装置的运行可靠性。
19.本实用新型装置分段灵活，可根据所需充磁磁场强度及分布要求，调整高强度合金筒轴向分段的段数，直至将涡流效应对磁化场的影响程度降至所需水平。同时，可根据充磁过程中涡流的分布特性，调整每段高强度合金筒的轴向长度，即在涡流强度大的位置减小高强度合金筒的轴向长度，在涡流强度小的位置增大高强度合金筒的轴向长度，从而最大程度地削弱涡流效应。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例中内支撑加固装置的分段结构工装图。
21.图2是本实用新型实施例中内支撑加固结构的分段数与磁场衰减率sc及涡流强度峰值的关系图。
22.图3是本实用新型实施例中内支撑加固结构内涡流强度沿轴向分布示意图。
23.图4是本实用新型实施例中均匀分段式内支撑加固结构示意图。
24.图5是本实用新型实施例非均匀分段式内支撑加固结构示意图。
具体实施方式
25.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释
本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.本实用新型提供一种在保证足够支撑强度、约束线圈变形的同时，能有效降低结构内涡流效应的分段式内支撑加固结构(或者称为装置)。本实用新型的一种充磁线圈分段式内支撑加固装置，其包括高强度合金筒和绝缘间隔层，所述高强度合金筒为分段结构，各段筒间插入所述绝缘间隔层。所述高强度合金筒必须选用抗压强度高、不导磁、电阻率较大的材料，如不锈钢等；高强度合金筒紧贴于充磁线圈内层；所述绝缘间隔层与高强度合金筒内外径相同，采用同心台阶的方式紧贴于高强度合金筒端面，并沿高强度合金筒轴向间隔组装。通常，绝缘间隔层的轴向宽度为高强度合金筒宽度的1/50～1/15。
27.高强度合金筒的作用是为充磁线圈提供足够的应力支撑，使得在线圈直边受到电磁应力发生横向扩张从而导致线圈中心发生塌陷时，其作为内支撑结构限制线圈的变形。同时，选用不导磁、电阻率大的材料可以减小导体内的涡流效应对充磁磁场的影响。
28.绝缘间隔层的作用是隔绝各段筒间涡流，阻断导体内的涡流通路。由于充磁方向垂直于永磁电机转子轴线，高强度合金筒内的感应涡流沿筒体纵截面分布。因此，将高强度合金筒进行轴向分段并在各段间插入绝缘间隔层可有效阻断涡流的轴向通路，将涡流限制在每段高强度合金筒的狭长回路内，从而增加涡流回路的阻值，达到降低涡流强度，最终能减小涡流对磁化场的削弱作用。
29.绝缘间隔层与高强度合金筒之间采用同心台阶的轴向组装方式，可以保证组装后加固结构的同心度，便于放置待充磁的转子。同时，同心台阶的组装方式对各段筒的径向位置进行了限定，使组装完成后的筒体轴向加固也更为简单，通过轴心、内径均与高强度合金筒相同的法兰盘和螺杆进行端部固定即可。
30.优选的，绝缘间隔层的轴向宽度为高强度合金筒宽度的1/50～1/25，高强度合金筒及绝缘间隔层内径稍大于待充磁转子半径，以不与转子发生机械摩擦的最小半径为优，减小气隙对充磁效果的影响。
31.图1是本实用新型实施例中内支撑加固装置的分段结构工装图，由图可知，其应用场景以为马鞍形充磁线圈提供内支撑加固为例，该实施例中分段式内支撑加固结构包括：不锈钢筒1和绝缘间隔层2。不锈钢筒1紧贴于充磁线圈内层；绝缘间隔层2与不锈钢筒1内、外径均相同，采用同心台阶的方式紧贴于不锈钢筒1端面，沿轴向间隔组装。不锈钢筒1材料选用aisi304不锈钢。
32.本实用新型的原理为：
33.贴合线圈内层的、同轴心的高强度aisi304不锈钢筒型结构能够为充磁线圈提供足够的应力支撑，使得在线圈直边受到电磁应力发生横向扩张而导致线圈中心发生塌陷时，作为内支撑结构限制线圈的变形。绝缘间隔层与不锈钢筒之间同心台阶的轴向组装方式可以保证组装后加固结构的同心度，便于放置待充磁的转子。同时，对各段筒的径向位置进行了限定，使组装完成后的筒体轴向加固也更为简单，通过法兰盘和螺杆进行端部固定即可。由于充磁方向垂直于永磁电机转子轴线，不锈钢筒型结构内的感应涡流沿筒体纵截面分布。因此，将不锈钢筒进行轴向分段可有效隔绝各段筒间涡流，阻断导体内涡流的轴向通路。在局限涡流区域的同时降低涡流强度，有效限制结构内的涡流效应对磁化场的影响。
34.作为一个实施案例，对于长度300mm的充磁区域，不锈钢筒型内支撑加固结构的轴向长度设定为600mm，多余长度部分用于支撑线圈端部结构。为降低不锈钢筒内涡流效应对
充磁磁场的削弱作用，对不锈钢筒进行分段。采用有限元方法进行分段测试，测试结果如图2所示，图2是本实用新型实施例中内支撑加固结构的分段数与磁场衰减率sc及涡流强度峰值的关系图，由图2可知，当不锈钢筒分段数达到12段时，涡流强度峰值下降至完整支撑筒结构的近1/8，对磁化场峰值的削弱程度由2.089％降低至0.068％，涡流效应的影响达到可以忽略的程度。因此，将不锈钢筒分为12段，每段轴向长度49mm，绝缘间隔层轴向厚度1mm，如图4所示，图4是本实用新型实施例中均匀分段式内支撑加固结构示意图，每一段的高强度合金筒的长度均相同。
35.图3是本实用新型实施例中内支撑加固结构轴向涡流强度分布示意图，为最大程度地削弱涡流效应，也可根据图3所示充磁过程中涡流强度的轴向分布特性，调整每段高强度合金筒的长度，以非均匀方式将不锈钢筒分段，如图5所示，图5是本实用新型实施例中非均匀分段式内支撑加固结构示意图，由图可知，其每段高强度合金筒的长度不同，中心位置涡流强度大，可以适当减小高强度合金筒的轴向长度；端部位置涡流强度小，可以适当增大高强度合金筒的轴向长度。试验结果表明，这种分段形式下的充磁区域磁场分布与未添加内支撑加固结构时近乎无异，达到了在提供足够支撑强度、约束线圈变形的同时，有效降低结构内涡流效应的要求。
36.本实用新型中，待充磁转子和充磁线圈两个不同的事物，分段式内支撑加固装置设置在充磁线圈内，用于支撑充磁线圈，充磁线圈用于给待充磁转子充磁。
37.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。