一種高速永磁電機永磁體保護(hù)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高速永磁電機永磁體保護(hù)裝置。
【背景技術(shù)】
[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(yīng)力，但不能承受大的拉應(yīng)力，如果沒有保護(hù)措施，永磁體將無法承受轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)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(hù)套對永磁體進(jìn)行保護(hù)。護(hù)套與永磁體之間通過過盈配合，給永磁體施加一定的預(yù)壓力，以抵消永磁體高速旋轉(zhuǎn)時由離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力。永磁體與護(hù)套之間需要采用多大的過盈量，需要根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子運行速度范圍和材料特性，進(jìn)行轉(zhuǎn)子強度分析后方可確定。但是經(jīng)常會出現(xiàn)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(huán)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(fù)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(chǎn)品設(shè)計成本和開發(fā)周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本申請?zhí)峁┑氖且环N高速永磁電機永磁體保護(hù)裝置，其中通過對其關(guān)鍵組件碳纖維護(hù)套的具體結(jié)構(gòu)及其設(shè)置方式進(jìn)行研究和涉及，相應(yīng)能夠在更為緊湊的結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)另外整個轉(zhuǎn)子的強度設(shè)計要求，同時具備配工藝的可行性等優(yōu)點，因而尤其適用于高速永磁電機。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種雙層護(hù)套的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包括:導(dǎo)磁軸(I)、分段永磁體(2)、金屬護(hù)套(3)和碳纖維護(hù)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(dǎo)磁軸(I)上；所述金屬護(hù)套(3)熱套在安裝有所述永磁體(2)的所述導(dǎo)磁軸(I)上構(gòu)成金屬護(hù)套轉(zhuǎn)子組件；所述金屬護(hù)套轉(zhuǎn)子組件與所述碳纖維護(hù)套(4)冷套裝配。
[0006]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高速永磁電機中。
[0007]按照本發(fā)明的另一個方面，可使用玻璃纖維護(hù)套代替碳纖維護(hù)套。
[0008]總體而言，按照本發(fā)明的上述技術(shù)構(gòu)思與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)占.V.
[0009]相比傳統(tǒng)的單層碳纖維護(hù)套轉(zhuǎn)子，本發(fā)明的保護(hù)裝置在不更改電磁方案的前提下，既滿足了整個轉(zhuǎn)子的強度設(shè)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(fā)明實施例提供的高速永磁電機雙層護(hù)套轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖2是本發(fā)明實施例的雙層護(hù)套轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)在高速永磁電機中的應(yīng)用示意圖。
【具體實施方式】
[0012]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0013]本發(fā)明的雙層護(hù)套的永磁體保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計可以應(yīng)用于高速永磁電機中，如圖2所示為雙層護(hù)套轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的高速永磁電機，由機殼6、定子5、軸承7、雙層護(hù)套轉(zhuǎn)子8組成；其中雙層護(hù)套轉(zhuǎn)子由哈弗式的永磁體粘結(jié)在導(dǎo)磁軸上，永磁體的外面是金屬護(hù)套，金屬護(hù)套的外面才是碳纖維套筒，彼此都是采用過盈配合。
[0014]當(dāng)然，這種雙層護(hù)套的永磁體保護(hù)結(jié)構(gòu)不僅限于高速永磁電動機，也可應(yīng)用于高速永磁發(fā)電機。
[0015]高速永磁電機轉(zhuǎn)子設(shè)計必須滿足如下強度要求:
[0016]1、護(hù)套的最大應(yīng)力小于其材料的許用值；
[0017]2、永磁體的最大拉應(yīng)力小于材料的許用值；
[0018]3、永磁體與轉(zhuǎn)軸不發(fā)生松脫，即永磁體與轉(zhuǎn)軸之間始終保持壓應(yīng)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(hù)套厚度以及護(hù)套和永磁體之間的過盈量。但是在實際設(shè)計過程中，經(jīng)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(xiàn)的，因為碳纖維的熱膨脹系數(shù)是負(fù)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(zhuǎn)子上，護(hù)套在常溫環(huán)境下收縮后，對永磁體施加一定的預(yù)壓力，以抵消永磁體在高速旋轉(zhuǎn)過程中由離心力所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，起到保護(hù)永磁體的作用。但是為了滿足強度設(shè)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(shù)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(zhuǎn)子尺寸，重新設(shè)計計算再校核。
[0020]本發(fā)明就是針對上述提到的目前這種單層護(hù)套轉(zhuǎn)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(hù)套的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，即在永磁體外面先是一層金屬護(hù)套用于保護(hù)永磁體，然后在金屬護(hù)套的外面再是碳纖維護(hù)套用于保護(hù)金屬護(hù)套。這種結(jié)構(gòu)的原理和好處是:
[0021]1、充分利用了金屬護(hù)套熱膨脹系數(shù)大的特點。金屬護(hù)套與永磁體轉(zhuǎn)子采用熱套裝配，相比碳纖維護(hù)套，金屬護(hù)套的熱膨脹系數(shù)較大，熱套以后，金屬護(hù)套和永磁體之間的過盈量是可以滿足強度設(shè)計的要求；
[0022]2、充分利用了碳纖維機械特性好的優(yōu)點。碳纖維護(hù)套與轉(zhuǎn)子采用冷套裝配，即對金屬護(hù)套轉(zhuǎn)子進(jìn)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(hù)套要盡可能的薄，這意味著很薄的金屬護(hù)套在高速運轉(zhuǎn)過程中金屬材料滿足不了強度要求，因此采用碳纖維護(hù)套對其進(jìn)行保護(hù)，由于碳纖維材料的抗拉強度特性非常優(yōu)秀，即使轉(zhuǎn)子直徑很大、轉(zhuǎn)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(fā)明的方案，在不改變整個轉(zhuǎn)子尺寸的前提下，既滿足了整個轉(zhuǎn)子強度設(shè)計要求，另外，在實際裝配工藝上也是可行的，克服了傳統(tǒng)方案裝配工藝無法滿足設(shè)計要求的難題。
[0024]本發(fā)明的基本原理是:首先，采用金屬護(hù)套和永磁體轉(zhuǎn)子熱套配合對永磁體進(jìn)行保護(hù)，因為金屬護(hù)套遇熱后的膨脹量很大，所以金屬護(hù)套和永磁體之間的過盈量，可以滿足對永磁體的保護(hù)；其次，采用碳纖維護(hù)套和金屬護(hù)套轉(zhuǎn)子冷套配合對金屬護(hù)套進(jìn)行保護(hù)，因為金屬護(hù)套遇冷后的收縮量也很大，所以碳纖維護(hù)套和金屬護(hù)套轉(zhuǎn)子之間的過盈量也可以滿足對金屬護(hù)套的保護(hù)。相比傳統(tǒng)的單層碳纖維護(hù)套轉(zhuǎn)子，本發(fā)明在不更改電磁方案的前提下，既滿足了整個轉(zhuǎn)子的強度設(shè)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(fā)明中涉及到的高速永磁電機轉(zhuǎn)子部分包括:導(dǎo)磁軸1、分段永磁體2、金屬護(hù)套3和碳纖維護(hù)套4。
[0026]首先，將永磁體2安裝在導(dǎo)磁軸I上。永磁體2采用哈弗式結(jié)構(gòu)，并且，為了降低轉(zhuǎn)子的渦流損耗，將永磁體2軸向分段(分段數(shù)根據(jù)實際轉(zhuǎn)子長度而定)，用膠水安裝在導(dǎo)磁軸I的槽內(nèi)，成為永磁體轉(zhuǎn)子組件。
[0027]然后，安裝金屬護(hù)套3。將金屬套筒3熱套在永磁體轉(zhuǎn)子組件上，成為金屬護(hù)套轉(zhuǎn)子組件，熱套溫度根據(jù)實際的轉(zhuǎn)子直徑、過盈量要求以及金屬護(hù)套的材質(zhì)而定。
[0028]最后，安裝碳纖維護(hù)套4，可選的，本發(fā)明中碳纖維護(hù)套可采用玻璃纖維護(hù)套代替。將裝配好的金屬護(hù)套轉(zhuǎn)子組件與碳纖維套筒4冷套裝配。
[0029]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種雙層護(hù)套的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包括:導(dǎo)磁軸(I)、分段永磁體(2)、金屬護(hù)套(3)和碳纖維護(hù)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(dǎo)磁軸(I)上；所述金屬護(hù)套(3)熱套在安裝有所述永磁體(2)的所述導(dǎo)磁軸(I)上構(gòu)成金屬護(hù)套轉(zhuǎn)子組件；所述金屬護(hù)套轉(zhuǎn)子組件與所述碳纖維護(hù)套(4)冷套裝配。2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高速永磁電機中。3.—種雙層護(hù)套的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包括:導(dǎo)磁軸(I)、分段永磁體(2)、金屬護(hù)套(3)和玻璃纖維護(hù)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(dǎo)磁軸(I)上；所述金屬護(hù)套(3)熱套在安裝有所述永磁體(2)的所述導(dǎo)磁軸(I)上構(gòu)成金屬護(hù)套轉(zhuǎn)子組件；所述金屬護(hù)套轉(zhuǎn)子組件與所述玻璃纖維護(hù)套(4)冷套裝配。4.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高速永磁電機中。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速永磁電機雙層護(hù)套的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，屬于電機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域；現(xiàn)有技術(shù)中的永磁體與護(hù)套之間需要采用多大的過盈量，需反復(fù)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(fā)明的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括：導(dǎo)磁軸、永磁體、金屬護(hù)套和碳纖維護(hù)套；本發(fā)明一方面利用金屬護(hù)套熱膨脹系數(shù)大的特點，熱套后的過盈量滿足對永磁體轉(zhuǎn)子強度設(shè)計的要求，從而實現(xiàn)對永磁體的保護(hù)；另一方面充分利用了碳纖維護(hù)套輕薄且機械強度高的優(yōu)點，通過與金屬護(hù)套轉(zhuǎn)子冷套過盈配合，實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)子的保護(hù)。
【IPC分類】H02K1/27, H02K1/28
【公開號】CN105119408
【申請?zhí)枴緾N201510569388
【發(fā)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(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月9日