一種高速永磁電機永磁體保護裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電機機械結構設計領域，更具體地，涉及一種高速永磁電機永磁體保護裝置。
【背景技術】
[0002]高速永磁電機常用的永磁體材料主要有釹鐵硼和釤鈷，這兩種材料能承受較大的壓應力，但不能承受大的拉應力，如果沒有保護措施，永磁體將無法承受轉子高速旋轉時產生的巨大離心力而破壞。目前比較常用的做法是采用碳纖維護套對永磁體進行保護。護套與永磁體之間通過過盈配合，給永磁體施加一定的預壓力，以抵消永磁體高速旋轉時由離心力產生的拉應力。永磁體與護套之間需要采用多大的過盈量，需要根據轉子結構，轉子運行速度范圍和材料特性，進行轉子強度分析后方可確定。但是經常會出現這種情況:理論計算需要的過盈量很大，但是由于碳纖維在低溫環境下的膨脹量很小，因此從裝配工藝上不能滿足理論需要的過盈量，只能通過反復修改電磁方案，直至同時滿足裝配工藝和機械強度的要求。這無疑會增加產品設計成本和開發周期。
【發明內容】
[0003]針對現有技術中存在的問題，本申請提供的是一種高速永磁電機永磁體保護裝置，其中通過對其關鍵組件碳纖維護套的具體結構及其設置方式進行研究和涉及，相應能夠在更為緊湊的結構上實現另外整個轉子的強度設計要求，同時具備配工藝的可行性等優點，因而尤其適用于高速永磁電機。
[0004]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種雙層護套的轉子結構，其特征在于，所述結構包括:導磁軸(I)、分段永磁體(2)、金屬護套(3)和碳纖維護套(4);
[0005]其中，所述永磁體(2)采用哈弗式，軸向分段，用膠水安裝在所述導磁軸(I)上；所述金屬護套(3)熱套在安裝有所述永磁體(2)的所述導磁軸(I)上構成金屬護套轉子組件；所述金屬護套轉子組件與所述碳纖維護套(4)冷套裝配。
[0006]優選地，所述轉子結構應用于高速永磁電機中。
[0007]按照本發明的另一個方面，可使用玻璃纖維護套代替碳纖維護套。
[0008]總體而言，按照本發明的上述技術構思與現有技術相比，主要具備以下的技術優占.V.
[0009]相比傳統的單層碳纖維護套轉子，本發明的保護裝置在不更改電磁方案的前提下，既滿足了整個轉子的強度設計要求，同時也滿足了裝配工藝的可行性。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明實施例提供的高速永磁電機雙層護套轉子結構圖；
[0011]圖2是本發明實施例的雙層護套轉子結構在高速永磁電機中的應用示意圖。
【具體實施方式】
[0012]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0013]本發明的雙層護套的永磁體保護結構設計可以應用于高速永磁電機中，如圖2所示為雙層護套轉子結構的高速永磁電機，由機殼6、定子5、軸承7、雙層護套轉子8組成；其中雙層護套轉子由哈弗式的永磁體粘結在導磁軸上，永磁體的外面是金屬護套，金屬護套的外面才是碳纖維套筒，彼此都是采用過盈配合。
[0014]當然，這種雙層護套的永磁體保護結構不僅限于高速永磁電動機，也可應用于高速永磁發電機。
[0015]高速永磁電機轉子設計必須滿足如下強度要求:
[0016]1、護套的最大應力小于其材料的許用值；
[0017]2、永磁體的最大拉應力小于材料的許用值；
[0018]3、永磁體與轉軸不發生松脫，即永磁體與轉軸之間始終保持壓應力；
[0019]為了滿足上述三個條件，必須通過強度計算確定合適的護套厚度以及護套和永磁體之間的過盈量。但是在實際設計過程中，經常會遇到理論計算需要的過盈量在實際的裝配工藝過程中是無法實現的，因為碳纖維的熱膨脹系數是負值，這意味著這種材料是遇冷膨脹的，所以一般的裝配工藝是將碳纖維套筒放置在液氮中使其膨脹，然后套在永磁體轉子上，護套在常溫環境下收縮后，對永磁體施加一定的預壓力，以抵消永磁體在高速旋轉過程中由離心力所產生的拉應力，起到保護永磁體的作用。但是為了滿足強度設計的要求，理論計算需要的過盈量往往很大，但是因為碳纖維的熱膨脹系數很小，碳纖維套筒在液氮冷卻下的膨脹量很有限，不能滿足理論計算需要的過盈量要求，所以很多情況下只能通過修改電磁方案，修改轉子尺寸，重新設計計算再校核。
[0020]本發明就是針對上述提到的目前這種單層護套轉子理論過盈量與實際裝配工藝之間的相互制約，提出了一種雙層護套的轉子結構，即在永磁體外面先是一層金屬護套用于保護永磁體，然后在金屬護套的外面再是碳纖維護套用于保護金屬護套。這種結構的原理和好處是:
[0021]1、充分利用了金屬護套熱膨脹系數大的特點。金屬護套與永磁體轉子采用熱套裝配，相比碳纖維護套，金屬護套的熱膨脹系數較大，熱套以后，金屬護套和永磁體之間的過盈量是可以滿足強度設計的要求；
[0022]2、充分利用了碳纖維機械特性好的優點。碳纖維護套與轉子采用冷套裝配，即對金屬護套轉子進行冷卻，再與碳纖維套筒裝配。為了不增加電機的有效氣隙，金屬護套要盡可能的薄，這意味著很薄的金屬護套在高速運轉過程中金屬材料滿足不了強度要求，因此采用碳纖維護套對其進行保護，由于碳纖維材料的抗拉強度特性非常優秀，即使轉子直徑很大、轉速很高，較薄的碳纖維套筒也能夠滿足強度要求。
[0023]通過上述本發明的方案，在不改變整個轉子尺寸的前提下，既滿足了整個轉子強度設計要求，另外，在實際裝配工藝上也是可行的，克服了傳統方案裝配工藝無法滿足設計要求的難題。
[0024]本發明的基本原理是:首先，采用金屬護套和永磁體轉子熱套配合對永磁體進行保護，因為金屬護套遇熱后的膨脹量很大，所以金屬護套和永磁體之間的過盈量，可以滿足對永磁體的保護；其次，采用碳纖維護套和金屬護套轉子冷套配合對金屬護套進行保護，因為金屬護套遇冷后的收縮量也很大，所以碳纖維護套和金屬護套轉子之間的過盈量也可以滿足對金屬護套的保護。相比傳統的單層碳纖維護套轉子，本發明在不更改電磁方案的前提下，既滿足了整個轉子的強度設計要求，同時也滿足了裝配工藝的可行性。
[0025]如圖1所示，本發明中涉及到的高速永磁電機轉子部分包括:導磁軸1、分段永磁體2、金屬護套3和碳纖維護套4。
[0026]首先，將永磁體2安裝在導磁軸I上。永磁體2采用哈弗式結構，并且，為了降低轉子的渦流損耗，將永磁體2軸向分段(分段數根據實際轉子長度而定)，用膠水安裝在導磁軸I的槽內，成為永磁體轉子組件。
[0027]然后，安裝金屬護套3。將金屬套筒3熱套在永磁體轉子組件上，成為金屬護套轉子組件，熱套溫度根據實際的轉子直徑、過盈量要求以及金屬護套的材質而定。
[0028]最后，安裝碳纖維護套4，可選的，本發明中碳纖維護套可采用玻璃纖維護套代替。將裝配好的金屬護套轉子組件與碳纖維套筒4冷套裝配。
[0029]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種雙層護套的轉子結構，其特征在于，所述結構包括:導磁軸(I)、分段永磁體(2)、金屬護套(3)和碳纖維護套⑷； 其中，所述永磁體(2)采用哈弗式，軸向分段，用膠水安裝在所述導磁軸(I)上；所述金屬護套(3)熱套在安裝有所述永磁體(2)的所述導磁軸(I)上構成金屬護套轉子組件；所述金屬護套轉子組件與所述碳纖維護套(4)冷套裝配。2.如權利要求1所述的轉子結構，其特征在于，所述轉子結構應用于高速永磁電機中。3.—種雙層護套的轉子結構，其特征在于，所述結構包括:導磁軸(I)、分段永磁體(2)、金屬護套(3)和玻璃纖維護套(4); 其中，所述永磁體(2)采用哈弗式，軸向分段，用膠水安裝在所述導磁軸(I)上；所述金屬護套(3)熱套在安裝有所述永磁體(2)的所述導磁軸(I)上構成金屬護套轉子組件；所述金屬護套轉子組件與所述玻璃纖維護套(4)冷套裝配。4.如權利要求3所述的轉子結構，其特征在于，所述轉子結構應用于高速永磁電機中。
【專利摘要】本發明公開了一種高速永磁電機雙層護套的轉子結構，屬于電機機械結構設計領域；現有技術中的永磁體與護套之間需要采用多大的過盈量，需反復修改電磁方案，直至同時滿足裝配工藝和機械強度的要求；本發明的轉子結構包括：導磁軸、永磁體、金屬護套和碳纖維護套；本發明一方面利用金屬護套熱膨脹系數大的特點，熱套后的過盈量滿足對永磁體轉子強度設計的要求，從而實現對永磁體的保護；另一方面充分利用了碳纖維護套輕薄且機械強度高的優點，通過與金屬護套轉子冷套過盈配合，實現了對轉子的保護。
【IPC分類】H02K1/27, H02K1/28
【公開號】CN105119408
【申請號】CN201510569388
【發明人】曲榮海, 吳震宇, 李健, 方海洋, 鄭沛, 范興綱, 付贊松
【申請人】華中科技大學
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月9日