转轴、转轴的装配方法、电机与流程

本发明涉及电机设备技术领域，具体而言，涉及一种转轴、转轴的装配方法、电机。

背景技术：

现有技术中的高速永磁电机转子结构，采用分段的环形磁钢，转子也采用分段式结构(参见图1)，通过一根两端带螺纹的导杆3先把分段磁钢2和两端的端件4、5联结在一起(加工到各组件外径尺寸一致)，再通过护套1一次性热装配完成。热装相对简单，但结构稍微复杂。

此外，现有技术中的另一种常见的高速永磁电机转子结构，电机转子采用整块环形磁钢(表贴式磁钢)，转子采用一根主轴，通过护套保护磁钢并传递扭矩。该类高速转子结构，虽然已采用隔磁挡板进行隔磁处理，但其主轴一般为导磁材料，因此电机转子处的环形磁钢所产生的磁场还会经过主轴与两侧的轴承转子形成耦合回路，对径向磁轴承的磁场产生干扰，增加两侧磁轴承的控制难度。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种转轴、转轴的装配方法、电机，以解决现有技术中转子漏磁的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种转轴，包括：轴套；第一轴段，第一轴段的第一端位于轴套内；第二轴段，第二轴段的第一端位于轴套内，第一轴段的第一端与第二轴段的第一端相连接；导磁轴段，套设于第一轴段和第二轴段上并位于轴套内。

进一步地，第一轴段的第一端的端面上设置有第一凸出部，第二轴段的第一端的端面上设置有第二凸出部，第一凸出部与第二凸出部相对设置并连接，导磁轴段套设于第一凸出部和/或第二凸出部上。

进一步地，第一凸出部与第二凸出部的其中一个的端面上设置有连接凸起，第一凸出部与第二凸出部的另一个的端面上设置有与连接凸起相配合的凹部。

进一步地，连接凸起包括：第一连接段，第一连接段的一端与第一轴段的端面相连接；第二连接段，第二连接段与第一连接段的第二端相连接，第一连接段和/或第二连接段的外周面上设置有外螺纹。

进一步地，第一连接段与第二连接段同轴设置。

进一步地，第一连接段的外径大于第二连接段的外径。

进一步地，凹部内设置有台阶，台阶将凹部的内壁分成螺纹孔段和定位孔段，定位孔段的孔壁与连接凸起的外周面相贴合。

进一步地，第一连接段的端面与台阶之间形成环形空腔。

进一步地，第二连接段的端面与凹部的底部之间具有距离。

进一步地，导磁轴段与第一凸出部和第二凸出部间隙配合。

进一步地，导磁轴段与第一凸出部和第二凸出部间隙为L1，其中，0.05mm≤L1≤0.1mm。

进一步地，轴套的内壁与第一轴段、第二轴段形成环形容纳腔，导磁轴段设置在环形容纳腔内。

进一步地，导磁轴段的端部与第一轴段和/或第二轴段的沿第一轴段轴向方向的端面具有距离。

进一步地，导磁轴段的端部与第一轴段和/或第二轴段的沿第一轴段轴向方向的端面具有距离L2，其中，0≤L2≤0.1mm。

进一步地，转轴还包括：磁钢，磁钢套设于导磁轴段上并位于环形容纳腔内，磁钢与导磁轴段间隙配合。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机，包括转轴，转轴为上述的转轴。

根据本发明的另一方面，提供了一种转轴的装配方法，装配方法用于对上述的转轴进行装配，装配方法包括：将导磁轴段装配至第二轴段上，将磁钢套装至导磁轴段上，再将第一轴段的第一端与第二轴段的第一端相连接以形成转轴组件；将轴套加热到预设温度后装入至转轴组件的外表面上；转轴组件经预设时间冷却后，对转轴组件做充磁处理，完成装配。

进一步地，预设温度为t，其中，400℃≤t≤500℃。

进一步地，磁钢套装至导磁轴段上之前，在磁钢的内壁和/或导磁轴段的外周面上涂覆磁钢胶。

应用本发明的技术方案，转轴包括轴套、第一轴段、第二轴段。第一轴段的第一端位于轴套内，第二轴段的第一端位于轴套内，第一轴段的第一端与第二轴段的第一端相连接。导磁轴段套设于第一轴段和第二轴段上并位于轴套内。该转轴采用三段式配合方式，其中，位于导磁轴段两端的第一轴段的第一端与第二轴段的第一端相连接，有效地阻断了转轴的轴向磁路，降低了轴向的漏磁。提高了转轴的刚度和转轴的结构强度，该结构简单降低了转轴加工难度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中转轴的结构示意图；

图2示出了根据本发明的转轴的实施例的结构示意图；

图3示出了图2中连接凸起的实施例一的结构示意图；以及

图4示出了图2中连接凸起的实施例二的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、轴套；20、第一轴段；21、第一凸出部；30、第二轴段；31、第二凸出部；40、导磁轴段；41、第一连接段；42、第二连接段；50、凹部；51、台阶；60、磁钢。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，提供了一种转轴。该转轴包括轴套10、第一轴段20、第二轴段30。第一轴段20的第一端位于轴套10内，第二轴段30的第一端位于轴套10内，第一轴段20的第一端与第二轴段30的第一端相连接。导磁轴段40套设于第一轴段20和第二轴段30上并位于轴套10内。

在本实施例中，该转轴采用三段式配合方式，其中，位于导磁轴段40两端的第一轴段20的第一端与第二轴段30的第一端相连接，有效地阻断了转轴的轴向磁路，降低了轴向的漏磁。提高了转轴的刚度和转轴的结构强度，该结构简单降低了转轴加工难度。

其中，第一轴段20的第一端的端面上设置有第一凸出部21，第二轴段30的第一端的端面上设置有第二凸出部31，第一凸出部21与第二凸出部31相对设置并连接，导磁轴段40套设于第一凸出部21和第二凸出部31上。当然，在保证转轴的连接强度和刚度的前提下，也可以将导磁轴段40只套设于第一凸出部21和第二凸出部31的其中之一上。优选地，第一凸出部21和第二凸出部31的外径相同，且当第一凸出部21和第二凸出部31相连接时第一凸出部21和第二凸出部31的端面相贴合。这样设置能够进一步地增加转轴的连接强度和转轴的刚度，使得转轴在高速转动的过程中具有更高的可靠性。

进一步地，第一凸出部21与第二凸出部31的其中一个的端面上设置有连接凸起，第一凸出部21与第二凸出部31的另一个的端面上设置有与连接凸起相配合的凹部50。即如图2所示，在第一凸出部21上设置了凹部50(如图3所示)，在第二凸出部31上设置了连接凸起，这样能够有效地增加了第一凸出部21与第二凸出部31之间的连接稳定性。

如图3和图4所示，连接凸起包括第一连接段41和第二连接段42。第一连接段41的一端与第一轴段20的端面相连接，第二连接段42与第一连接段41的第二端相连接，第一连接段41或第二连接段42的外周面上设置有外螺纹。这样设置能够进一步地增加第一轴段20与第二轴段30之间的稳定性，提高了第一轴段20与第二轴段30的之间的连接强度。当然，在保证第一轴段20与第二轴段30之间的连接强度和稳定性的情况下，也可以同时在第一连接段41和第二连接段42的外周面同时设置外螺纹(图中没示出)。

优选地，为了提高转轴的稳定性，将第一连接段41与第二连接段42同轴设置。

其中，第一连接段41的外径大于第二连接段42的外径。这样设置能够进一步起到提高转轴的可靠性。

进一步地，凹部50内设置有台阶51，台阶51将凹部50的内壁分成螺纹孔段和定位孔段，定位孔段的孔壁与连接凸起的外周面相贴合。其中，定位孔段起到对转轴的定心作用，这样设置能够提高转轴的装配精度。优选地，定位孔段的横截面为圆形，当然，在保证转轴的装配精度的前提下，定位孔段的横截面也可以为其他形状的结构。例如方形结构。

其中，第一连接段41的端面与台阶51之间形成环形空腔图3中的A处所示。这样设置使得连接凸起在旋进的过程中，能够保证连接凸起与台阶51的台面之间具有足够的让位空间以使第一轴段20的端面能够与磁钢60和导磁轴段40的端面相贴合、第一凸出部21与第二凸出部31的端面相贴合(图3、图4中的B处所示)。这样设置能够增加转轴的可靠性。其中，磁钢60套设于导磁轴段40上并位于环形容纳腔内，磁钢60与导磁轴段40间隙配合。

进一步地，为了保证连接凸起能够全部旋进凹部50内并使第一轴段20的端面能够与磁钢60和导磁轴段40的端面、第一凸出部21与第二凸出部31的端面相贴合，将第二连接段42的端面与凹部50的底部之间设置有距离图3中的C处所示，该距离的范围可以是0.5至1mm。

为了增加转轴的可靠性，导磁轴段40与第一凸出部21和第二凸出部31间隙配合。其中，间隙为L1，0.05mm≤L1≤0.1mm。

在本实施例中，轴套10的内壁与第一轴段20、第二轴段30形成环形容纳腔，导磁轴段40设置在环形容纳腔内。这样设置进一步的增加了转轴的可靠性和转轴的刚度。

其中，为保证第一轴段20和第二轴段30之间轴向贴合，导磁轴段40的端部与第一轴段20和第二轴段30的沿第一轴段20轴向方向的端面具有距离，其中，距离记为L2，其中，0≤L2≤0.1mm。这样设置提高了转轴的安全性，使得该转轴在高速转动的过程中具有更好的可靠性。

上述实施例中的转轴还可用于电机设备技术领域，即根据本发明的另一个方面，提供了一种电机，包括转轴，转轴为上述实施例中的转轴。

在本实施例中，该转轴的装配方法为：将导磁轴段40装配至第二轴段30上，将磁钢60套装至导磁轴段40上，再将第一轴段20的第一端与第二轴段30的第一端相连接以形成转轴组件，将轴套10加热到预设温度后装入至转轴组件的外表面上，转轴组件经预设时间冷却后，对转轴组件做充磁处理，完成装配。其中，记预设温度为t，其中，400℃≤t≤500℃。

在本实施例中，磁钢60、导磁轴段40为环形结构，由于环形磁钢与导磁芯即导磁轴段40之间具有间隙，需要填充磁钢胶以填充间隙，可以在磁钢内壁或导磁芯外周面涂覆磁钢胶，从而达到固定环形磁钢的目的。即磁钢60套装至导磁轴段40上之前，在磁钢60的内壁和导磁轴段40的外周面上涂覆磁钢胶。当然也可以只在其中之一上涂覆磁钢胶。

环形的导磁芯即导磁轴段40采用导磁材料，而第一轴段20与第二轴段30采用非导磁材料，这样就阻断了轴向磁路，降低了转轴的轴向漏磁。第一轴段20的左端面设置有凸部，第二轴段30左端面设置有与凸部配合的凹部，通过第一轴段20与第二轴段30的螺纹配合把环形磁钢和第一轴段20与第二轴段30连接在一起，提高转轴的装配性能及可加工性，同时提高了转轴的刚度和强度，并且不需要复杂装配设备工装的辅助，可以提高转轴的装配率。

利用合金护套即轴套10与三段组件(第一轴段20、第二轴段30、导磁轴段40)之间的过盈配合来传递扭矩，第一轴段20与第二轴段30采用非导磁材料，高速旋转时，由于护套的保护作用，使得永磁转子可以安全运行。

环形磁钢采用钕铁硼材料，并采用平行充磁，因为平行充磁的磁钢，所有磁力线由圆心均沿一个方向，相互平行，所以对于该环形磁钢，为保证磁钢产生的磁场正弦，需要采用平行充磁。环形磁钢套在导磁芯上，且其左右断面与导磁芯的左右端面均平齐。

第一轴段20的左端设置有凸部，凸部包括定位柱和螺柱。第二轴段30的右端面设置有与第一轴段20相配合的凹部，凹部包括定位孔和螺孔，定位柱位于定位孔内，螺柱位于螺孔内，即定位柱和螺柱相当于图3中的第一连接段41，螺柱相当于图3中的第二连接段42。反之，定位柱和螺柱相当于图4中的第二连接段42，螺柱相当于图3中的第一连接段41。

护套可采用镍基合金、钛合金或碳纤维等材料，护套与第一轴段20、环形磁钢、第二轴段30均为过盈配合。若护套采用镍基合金、钛合金等合金材料，采用过盈热装或冷缩装配，若护套采用碳纤维等非金属材料，宜采用冷缩装配或直接绑扎工艺。

具体地，装配时，先将导磁芯装到第二轴段30上，之后把环形磁钢套装到导磁芯上，然后将第一轴段20左端面的凸螺纹与第二轴段30右端面的螺纹孔连接，上述四个零件组成一个转子组件。通过螺纹的紧固连结，提高了上述转子组件的可加工性，然后把上述的转子组件精磨外圆至指定的尺寸。

若护套采用镍基合金、钛合金等合金材料，将加热到一定温度(400-500℃)的合金护套热装到上述精加工后的转子组件的外表面，自然冷却一段时间，完成转轴装配，最后做整体充磁处理，完成高速转轴制作。

由于碳纤维等非金属材料热膨胀系数很小，加热碳纤维护套内孔基本不会变化，因此只能冷却转子组件，降低转子组件的外径，把非金属护套装进去。

若护套为金属时，其热膨胀系数相对较大，通过加热使其内孔胀大，便可顺利把护套装进转子组件外表面。

若采用碳纤维等非金属材料，则需要对上述精加工后的转子组件做冷却处理，冷却至-200℃，实现碳纤维护套的冷缩装配。也可直接采用碳纤维绑扎工艺。

在本实施例中，凹部50为圆孔状结构，这样能够实现第一轴段20、第二轴段30与导磁芯的径向定位，尽可能避免转第一轴段20、第二轴段30和导磁芯发生偏心。环形空腔为轴向避让间隙，保证螺纹旋紧之后，导磁芯与磁钢和转轴端件(第一轴段20、第二轴段30)的接触面紧贴，没有间隙存在。若此处有间隙的存在，会导致转轴刚度的降低，同时在转轴高速旋转发生意外碰撞时，会轻易导致转轴弯曲等异常问题，降低转轴可靠性和使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。