永磁高速电机、及其转子磁钢固定结构和预紧方法技术

本发明专利技术公开一种永磁高速电机，其包括转子、定子、机座和端盖；所述转子通过轴承设在机座上，所述定子设在转子的外周；所述转子包括转轴和设在转轴外的磁钢，以及用于固定磁钢的碳纤维套筒，其特征在于：所述转轴包括用于设置磁钢的呈里大外小的锥形段，在所述的锥形段外设置有一与之匹配的带有锥孔的并与所述锥形段过盈配合的楔形锥套，所述磁钢设在楔形锥套的外表面，在磁钢外设有碳纤维套筒，用于固定磁钢；在所述楔形锥套上设有延伸至楔形锥套内表面的油孔。本发明专利技术解决了现有的永磁高速电机的磁钢采用碳纤维套筒绑扎式固定不牢的问题,能够消除转子高速旋转时磁钢与转轴之间产生离心间隙和振动的可能性。

【技术实现步骤摘要】
永磁高速电机、及其转子磁钢固定结构和预紧方法
本专利技术涉及一种永磁高速电机、该电机的转子磁钢固定结构及其预紧方法，属于电机

技术介绍
永磁高速电机可以应用在例如曝气机、压缩机、燃气轮机直驱发电系统等场合，用来代替之前常用的使用低速异步电机加齿轮箱的组合。有着功率密度高，体积小，重量轻，效率高，可靠性高的特点。在各方面性能中都体现出独有的优势。永磁高速电机的转子磁钢一般采用碳纤维缠绕进行固定，然而，在大功率情况下其存在以下几个技术难点：第一，磁钢固定问题：因转子线速度高，永磁体产生的离心力大，一方面需要转子防护使得永磁体不产生大的径向位移，以产生转子触碰定子的现象，另一方面也要保证转矩的传递，以及永磁体的机械强度的可靠性；目前采用的碳纤维套筒固定磁钢的方式存在压紧力不够，高速离心力作用下，其磁钢容易与转轴之间产生间隙，产生分离现象，进而导致振动特性劣化，平衡受到威胁；由于碳纤维热涨和冷缩特性均不理想，因此，采用热涨和冷缩法不能消除间隙，不能提供很好的预紧力，高速运转时容易产生离心间隙和振动。第二，电机散热问题，因转子损耗大，并且由于转子套筒的存在散热困难；很容易出现电机过热的情况，进而导致永磁体发生不可逆失磁。电机转速高，若电机转子设计成柔性转子，则可能存在跨越临界转速的问题，严重时，甚至会因为共振过大损坏电机。为了避免超高速永磁电机出现过热，本领域技术人员们相继开发出了多种冷却结构，可分为空冷结构、水冷结构、油冷结构及氢冷结构。目前，空冷结构最为普遍，主要因其冷却结构最为简单，而且冷却成本最低，但其冷却效果最为一般，特别是空冷方式还会增加风磨耗，同时还伴随着较大的噪声。对于水冷结构和油冷结构来说，冷却结构大体相同，主要区别在于冷却介质，但目前的水冷结构和油冷结构都只针对于定子的冷却，并未考虑转子的冷却，因此在冷却效果上仍有待提高。CN206712615U公开了一种超高速永磁电机空心转子冷却结构，转轴采用空心结构，其中心孔道为转子轴向冷却水道；机座外部套装有冷却水套，冷却水套内部设有定子周向螺旋冷却水道；冷却水套一端设有进水冷却端盖，进水冷却端盖套装在转轴一端；冷却水套另一端设有出水冷却端盖，出水冷却端盖套装在转轴另一端；定子周向螺旋冷却水道依次通过进水冷却端盖及转子轴向冷却水道与出水冷却端盖相连通；在冷却水套上设置有冷却水入口和冷却水出口，冷却水入口与定子周向螺旋冷却水道的进水端相通，冷却水出口与出水冷却端盖的出水端相通。该技术方案是将对定子进行冷却的水冷却引到转轴中心孔中进行冷却。其缺点是对转子和定子之间冷却液交流处制造精度要求高、密封要求高，因此，一种结构简单便于加工制造的具有良好的冷却效果的高速永磁电机成文本领域技术人员一直追求的目标。因此，能够使碳纤维套筒与磁钢、磁钢与转轴之间的达到理想预紧值，从而可以实现高速下转子运行平稳，无间隙和振动产生的；以及能够很好解决散热问题且易于制造生产的一种永磁高速电机，及其转子磁钢固定结构及预紧方法成为本领域技术人员追求的目标。
技术实现思路
本专利技术的目的解决现有的永磁高速电机，其转子结构中磁钢预紧固定的预紧力以及预紧值小，进而容易产生离心间隙和振动的技术问题。本专利技术的另一目的在于解决现有的永磁高速电机，现有超高速永磁电机定子和转子均采用水冷却，其结构复杂，对于转子的密封性要求过高的问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种永磁高速电机，其包括转子、定子、机座和端盖；所述转子通过轴承座设在机座上，定子设在转子的外周；所述转子包括转轴、设在转轴外的磁钢以及用于固定磁钢的碳纤维套筒，其特征在于：所述转轴包括用于设置磁钢的呈里大外小的锥形段，在所述的锥形段外设置有一与之匹配的带有锥孔的并与所述锥形段过盈配合的楔形锥套，所述磁钢设在楔形锥套的外表面，在磁钢外设有碳纤维套筒，用于固定磁钢；在所述楔形锥套上设有延伸至楔形锥套内表面的油孔。其中，为了很好冷却电机定子，所述机座包括两个设在端部的呈圆环盘状的端板；在两端板之间依次由内向外固定有内水套、外水套，在所述内水套的外表面或外水套的内表面上连续环绕设有水道壁，所述内水套和外水套插接后，相邻的所述水道壁之间形成环绕的水道。其中，为了很好冷却电机定子，作为优选，在所述机座的两端板之间、且位于外水套外并与之间隔地设有风套，所述风套与所述外水套、以及两端板之间形成封闭的风道，在所述风道内设置有风条，所述风条的两端至端板之间留有通道；所述风条为多个且沿圆周均布；所述机座两端设有连通机座内腔体和风道的两排风孔。其中，为了很好冷却电机转子和定子，所述转轴位于磁钢的前方位置设有扇叶，转轴的尾端中心位置设有呈盲孔状的冷却孔，在所述扇叶的前面的位置设有通向中心冷却孔的斜向风孔。所述的前方是指朝向驱动端一侧的方向。本专利技术提供一种永磁高速电机的转子磁钢固定结构，其包括转轴、磁钢、碳纤维套筒，其特征在于，所述转轴包括用于设置磁钢的呈里大外小的锥形段，在所述的锥形段外设置有一与之匹配的带有锥孔的并与所述锥形段过盈配合的楔形锥套，所述磁钢设在楔形锥套的外表面，在磁钢外设有碳纤维套筒，用于固定磁钢；在所述楔形锥套上设有延伸至楔形锥套内表面的油孔。其中，所述转轴锥形段和楔形锥套内表面的锥度为：1:50——1:150。其中，在所述楔形锥套的外端设有法兰，用于磁钢的轴向限位，所述法兰上设有限制所述磁钢周向运动的限位销；在所述转轴上位于所述楔形锥套的外端设有一挡环。其中，所述楔形锥套内表面与所述注油孔贯通处具有环形槽。一种永磁高速电机的转子磁钢预紧方法，其特征在于，首先将磁钢安装在楔形锥套的外表面，并通过楔形锥套端部法兰上的限位销使磁钢周向限位；用碳纤维在磁钢外表面进行绑扎形成碳纤维套筒，用于固定磁钢；将安装好磁钢的楔形锥套套在转轴的锥形段上，然后经楔形锥套的注油孔向楔形锥套和转轴之间注入液压油；待楔形锥套涨开后，将楔形锥套安装到位，然后停止注入高压油，完成楔形锥套与转轴之间的安装和预紧。本专利技术由于采用上述技术方案，在永磁高速电机的转子磁钢于转轴之间加设一个楔形锥套，转轴在设置磁钢的位置为锥形段，与楔形锥套配合，可以方便楔形锥套套装在转轴上，并且使两者之间为过盈配合，由此可以先将磁钢固定在楔形锥套的外表面，在楔形锥套外固定设置挡环，再通过液压油注入到楔形锥套和转轴配合面之间，在液压油的作用下，使楔形锥套膨胀，进而与转轴安装到位，因此，其提供了可靠的预紧力，能够消除转子高速旋转时磁钢与转轴之间产生离心间隙和振动的可能性。本专利技术进一步将机座设置为内外套嵌套的结构形式,在内水套的外表面或者外水套的内表面设置螺旋状的水道壁,从而使得水道壁之间形成水流通道,用于定子水冷却。进一步，在外水套的外面设有风套，外水套与风套之间形成风道，风道与电机的腔体连通，因此，电机腔体一侧的热风进入风道，经冷却水道冷却后，再循环汇到电机腔体的另一侧；因此机座的结构一方面保证了电机零件的固定安装的功能，同时对定子提供了有效的冷却,其加工制造简单,而对于转子是则采用风冷的结构形式,冷却转子后的热风经机座外的风道循环冷却后回到腔体内，因此其转子和定子均能够有效地散热，冷却效果甚好。附图说明图1A、1B是本专利技术的永磁高速电机的剖面示意图和端面视图；图2是本专利技术的永磁高速电机的转子磁钢固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁高速电机，其包括转子、定子、机座和端盖；所述转子通过轴承设在机座上，所述定子设在转子的外周；所述转子包括转轴和设在转轴外的磁钢，以及用于固定磁钢的碳纤维套筒，其特征在于：所述转轴包括用于设置磁钢的呈里大外小的锥形段，在所述的锥形段外设置有一与之匹配的带有锥孔的并与所述锥形段过盈配合的楔形锥套，所述磁钢设在楔形锥套的外表面，在磁钢外设有碳纤维套筒，用于固定磁钢；在所述楔形锥套上设有延伸至楔形锥套内表面的注油孔。

【技术特征摘要】
1.一种永磁高速电机，其包括转子、定子、机座和端盖；所述转子通过轴承设在机座上，所述定子设在转子的外周；所述转子包括转轴和设在转轴外的磁钢，以及用于固定磁钢的碳纤维套筒，其特征在于：所述转轴包括用于设置磁钢的呈里大外小的锥形段，在所述的锥形段外设置有一与之匹配的带有锥孔的并与所述锥形段过盈配合的楔形锥套，所述磁钢设在楔形锥套的外表面，在磁钢外设有碳纤维套筒，用于固定磁钢；在所述楔形锥套上设有延伸至楔形锥套内表面的注油孔。2.根据权利要求1所述的永磁高速电机，其特征在于：所述机座包括两个设在端部的呈圆环盘状的端板；在两端板之间依次由内向外固定设有内水套、外水套，在所述内水套的外表面或外水套的内表面上连续环绕设有水道壁，所述内水套和外水套插接后，相邻的所述水道壁之间形成环绕在内水套、外水套之间的水道。3.根据权利要求2所述的永磁高速电机，其特征在于：在所述机座的两端板之间、且位于外水套外并与之间隔地设有风套，所述风套与所述外水套、以及两端板之间形成封闭的风道，在所述风道内设置有风条，所述风条的两端至端板之间留有通道；所述风条为多个且沿圆周均布；所述机座两端设有连通机座内腔体和风道的两排风孔。4.根据权利要求1-3其中任一项所述的高速永磁电机,其特征在于:所述转轴位于磁钢的前方位置设有扇叶，转轴的尾端中心位置设有呈盲孔状的冷却孔在所述扇叶的前面的位置设有通向中心冷却孔的斜向风孔。5.根据权利要求1所述的永磁高速电机，其特征在于，在所述楔形锥套的外端设有法兰，用于磁钢的轴向限位，所述法兰上设有限制所述磁钢周向...

【专利技术属性】
技术研发人员：马贤好，尚栋，饶靖，王春彦，王华军，
申请(专利权)人：苏州保邦电气有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32