本發(fā)明涉及一種磁懸浮超高速技術領域，具體的是涉及一種磁懸浮超高速永磁電機的轉子結構。

背景技術：

目前的磁懸浮超高速永磁電機的主流結構的剖面圖如圖1所示，其主要缺點為：

(1)軸為實心結構，必須采用非導磁材料，比如非導磁不銹鋼等，才能避免永磁體與軸的接觸部分產生磁場短路，當磁場出現短路時，會產生巨大漏磁，從而削弱了永磁體的有效磁場；

(2)軸為實心結構，重量大，導致磁軸承的承載力過大，體積重量偏高；

(3)推力盤必須采用導磁材料制成，其材質和軸的材質不同，因此推力盤只能做成中空的圓盤，通過過盈利配合套裝在非導磁軸上。由于離心力的作用，中空的圓盤內徑為最大應力位置，該應力與線速度的平方成正比，制約了轉子的最高線速度。

磁懸浮高速永磁電機轉子上，其產生軸向力的推力盤，往往是最大直徑的部件，其線速度最高，所受的離心力最大，推力盤的材料強度制約了轉子的最高線速度。除了采取更高強度的材料，如何通過設計來降低推力盤的應力，變得非常關鍵。

技術實現要素：

本發(fā)明針對現有技術中材料、轉速受限，自重量大的不足，提供一種磁懸浮超高速永磁電機的轉子結構，包括推力盤軸，護套、永磁體、軸、第一磁軸承組件、第二磁軸承組件，所述推力盤軸由左側軸和推力盤組成，所述推力盤為實心結構；推力盤軸與永磁體接觸的部分為中空結構；所述永磁體為圓柱形結構。推力盤和左側軸一體成型為推力盤軸，由高屈服強度導磁金屬材料制成，其中推力盤對應的部分必須為實心結構，可以降低最大離心應力一半，推力盤軸與永磁體接觸的部分必須為中空結構，可以降低對永磁體磁場的短路作用。推力盤軸的其余部分可以做成中空結構，降低軸的重量。本發(fā)明是一種磁懸浮超高速電機的轉子結構，其推力盤和局部空心軸(即推力軸盤)一體化設計，可以顯著降低推力盤中心的最大應力，提升磁懸浮超高速電機轉子線速度和轉子動力學特性，同時降低磁軸承的承載力。

優(yōu)選的是，所述的推力盤軸的一側套裝徑向磁軸承的第一磁軸承組件，所述推力盤軸與第一磁軸承組件接觸部位、第一磁軸承組件為圓環(huán)結構，第一磁軸承組件與推力盤軸通過過盈配合來裝配，保證在高速旋轉下不會松脫。

優(yōu)選的是，所述第一磁軸承組件由硅鋼片疊成，以便降低渦流損耗。

優(yōu)選的是，所述第一磁軸承組件與第二磁軸承組件的結構相同，第二磁軸承組件為徑向磁軸承組件，所述第二磁軸承組件與永磁體通過過盈配合進行連接，第二磁軸承組件上還包括有限位結構，這個限位結構是用于在套裝的時候進行定位的。

優(yōu)選的是，所述的永磁體為釤鈷或者釹鐵硼，充磁方向與永磁體的軸線垂直。永磁體既可以在裝配之前充磁，也可以在裝配之后充磁。

優(yōu)選的是，所述護套為圓環(huán)柱形，材料為不導磁材料，比如鈦合金、inconel718或者碳纖維。

優(yōu)選的是，上述軸的材料可以是導磁也可以是不導磁材料做成。如果為非導磁材料既可以做成中空結構降低重量，也可以是實心結構。如果為導磁材料，則與永磁體接觸的一端必須做成中空結構，這是因為如果是導磁實心結構，會將相近的永磁體磁路短路，造成極大的漏磁，導致轉子與定子耦合的有效磁通降低。

優(yōu)選的是，所述推力盤軸為高屈服強度導磁金屬材料制成。

本發(fā)明的主要特點在于：1、推力盤和軸合為一體的，均為高強度的導磁金屬材料；2、推力盤為實心圓盤，相比中空的圓盤結構，最大應力降低近一半；3、軸除了推力盤對應的部分，其余部分可以中間挖空，尤其是靠近永磁體端必須為中空結構，該種結構可以避免磁場短路導致的漏磁，同時有效的降低了轉子重量。

本發(fā)明相對于現有技術，具有以下優(yōu)點：1、實心推力盤的最大應力相比中空結構降低一半，因此線速度可以提高40％左右；2、軸其余部分可以中空，降低了轉子的重量，降低了磁軸承的承載力要求；3、中空部分對軸的剛度降低影響較小，但可以有效降低轉子重量，因此如果設計合理，可以提高轉子的一階彎曲臨界轉速。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是對本發(fā)明的實施例的描述，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據技術方案進行簡單變形或者名稱變化，或者是采取慣用手段，也可以實現發(fā)明目的。

圖1為現有技術中磁懸浮超高速永磁電機的剖面圖

圖2為一種磁懸浮超高速永磁電機的轉子結構示意圖

圖3為一種一端軸為實心的磁懸浮超高速永磁電機的轉子結構示意圖

圖4為一種軸為實心的磁懸浮超高速永磁電機的轉子結構示意圖

標號說明：1-推力盤軸；2-護套；3-永磁體；4-軸；5-第一磁軸承組件；

6-第二磁軸承組件

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以下實施例是對本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實施例。

實施例1

如圖2所示，本實施例公開了一種磁懸浮超高速永磁電機的轉子結構，整體為經典的三段軸結構。推力盤和左側軸合二為一，為推力盤軸1，為高屈服強度導磁金屬材料制成，其中推力盤對應的部分必須為實心結構，可以降低最大離心應力一半，推力盤軸1與永磁體3接觸的部分必須為中空結構，可以降低對永磁體3磁場的短路作用。推力盤軸1的其余部分可以做成中空結構，降低軸4的重量。推力盤軸1的右側套裝徑向磁軸承的第一磁軸承組件5，均為圓環(huán)結構，通常是由硅鋼片疊成，以便降低渦流損耗，第一磁軸承組件5與推力盤軸1通過過盈配合來裝配，保證在高速旋轉下不松脫。

永磁體3為圓柱形結構，為釤鈷材質制成，充磁方向與圓柱形永磁體3的軸線垂直，可以裝配之前充磁或者裝配之后充磁。護套2為圓環(huán)柱形，采用抗拉強度高的鈦合金這種不導磁材料做成。

軸4主要是指轉子結構的右軸，該段軸材料可以是導磁也可以是不導磁材料做成，本實施例采用不導磁材料制成，軸4與永磁體3接觸的部位做成中空結構，這樣可以降低重量。

第二磁軸承組件6的結構與第一磁軸承組件5相同，也是通過過盈配合進行裝配。第二磁軸承組件6左側與永磁體連接的一端有限位的臺階，用于套裝時候的定位，臺階在軸4上面。

護套2為圓環(huán)柱形，材料為不導磁材料鈦合金。

整體裝配順序為：第一磁軸承組件5通過過盈配合裝配到推力盤軸1上，第二磁軸承組件6通過過盈配合裝配到軸4上。推力盤軸1的裝配端外徑、永磁體3外徑和軸4裝配端的外徑尺寸比護套2的內徑大，具體的過盈量根據旋轉產生的離心力導致的變形量和工作時候的熱膨脹來計算，保證最高轉速下，護套2依然是緊緊箍住推力盤軸1、永磁體3和軸4。裝配時候，護套2可以加熱到內徑大于推力盤軸1的外徑、永磁體3外徑和軸4的外徑的溫度，然后依次將軸4、永磁體3和推力盤軸1裝配到位，等護套2的溫度降低后收縮，即可把推力盤軸1、永磁體3和軸4緊緊的箍住，使之成為一個整體，其中軸4的定位臺階起到了裝配的限位作用。除了護套2加熱之外，也可以通過降溫將推力盤軸1、永磁體3和軸4降溫，使之縮小來進行裝配。

實施例2

如圖3所示，本實施例公開了一種磁懸浮超高速永磁電機的轉子結構，與實施例1不同的地方在于，本實施例中軸4是采用導磁材料制成，軸4與永磁體3接觸的部分為中空結構，而遠離永磁體3的一端采用封閉的結構。軸4是軸伸端，需要連接負載，有些實用場合需要采用實心的比較好，同時還可以兼有中空結構減輕質量的優(yōu)點。

此外，護套2為碳纖維復合材料，因為碳纖維復合材料的熱膨脹系數基本為0，無法通過加熱來裝配，在裝配的時候只能采取降溫裝配。

實施例3

如圖4所示，本實施例公開了一種磁懸浮超高速永磁電機的轉子結構，與實施例1不同的地方在于，本實施例中軸4采用非導磁材料制成，其整體為實心結構。軸4采用非導磁材料，可以使永磁體漏磁更小。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍內。雖然本發(fā)明已以實施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明的保護范圍，任何熟悉該項技術的技術人員，在不脫離本發(fā)明的構思和范圍內所作的變動與潤飾，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。