[发明专利]磁悬浮超高速永磁电机的转子结构

说明书

技术领域

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。

发明内容

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