CN100568672C - 高温超导磁悬浮变频电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温超导磁悬浮变频电机。包括机壳、固定于机壳内腔的变频电机定子、处于变频电机定子中心的电机转子、与电机转子构成一体的转子主轴和支撑转子主轴两端的径向轴承和推力轴承，其特征在于所述的径向轴承为径向高温超导磁悬浮轴承，所述的推力轴承为轴向高温超导磁悬浮轴承。本发明提供的是一种高温超导磁悬浮变频电机，它具有极高的极限转速、极小的摩擦和超长的使用寿命，并且具有无需润滑、无污染等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温超导磁悬浮变频电机，特别是一种高温超导磁悬浮轴承支承主轴的变频电动机。
背景技术
随着科学技术的发展，在当今的航空航天、汽车和摩托车、模具等领域需要发展高速高精度长寿命的旋转机械。用高温超导磁悬浮轴承来支承电机主轴转子，可以满足电机主轴转子的高速高精度长寿命要求。
高温超导磁悬浮轴承(High Temperature Superconductor Magnetic Bearing简称HTSMB)由永磁体PM和高温超导体HTS构成，由于高温超导体存在磁通钉扎，因此本身具有自稳定性。与主动磁悬浮轴承相比，高温超导磁悬浮轴承是无需主动电子控制系统的被动磁悬浮轴承，不仅节省了电力消耗，更重要的是还减少了可能失效的复杂控制部件，使系统更加可靠，使用寿命更长，更适用于航天领域和其它高速高精度长寿命机械所需要的摩擦系数接近于零、转速超过数万转、寿命超过数万、数十万小时的超低摩擦、高速高精度超长寿命等条件。高温超导磁悬浮轴承在工业领域有着非常广泛的应用前景，将其应用到变频电机中可以使电机主轴转子的转速和寿命得到极大的提高。
目前，国内外已有技术中对变频电机的轴承支承技术中，全部采用滚动轴承、滑动轴承、气悬浮轴承或主动磁悬浮轴承等，还没有采用高温超导磁悬浮轴承支承的变频电机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温超导磁悬浮变频电机，它具有极高的极限转速、极小的摩擦和非常长的寿命，并且具有无需润滑、无污染等优点。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种高温超导磁悬浮变频电机，包括机壳、固定于机壳内腔的变频电机定子、处于变频电机定子中心的电机转子以及与电机转子构成一体的转子主轴，所述的支撑转子主轴两端均各有一个径向轴承和一个推力轴承，其特征在于所述的径向轴承为径向高温超导磁悬浮轴承，所述的推力轴承为轴向高温超导磁悬浮轴承。
上述的径向高温超导磁悬浮轴承的结构是：在转子主轴的两端分别各固定套装一个径向磁化永磁转动轴套，该径向磁化永磁转动轴套分别各与一径向高温超导磁轴承圈转动匹配，所述的径向高温超导磁轴承圈分别各固定安装在一个铜轴承座上；所述的轴向高温超导磁悬浮轴承的结构是：在转子主轴的两端分别各固定套装一个轴向磁化永磁转动推力盘，所述的轴向磁化永磁转动推力盘各与一个轴向高温超导磁轴承推力盘平行转动匹配；所述的轴向高温超导磁轴承推力盘固定安装在所述的铜轴承座上。
上述的铜轴承座固定连接在液氮冷却装置上，而液氮冷却装置、铜轴承座以及其上的径向高温超导磁轴承圈和轴向高温超导磁轴承推力盘被密封在一个密封罩内。
上述的转子主轴两端从密封罩的穿孔伸出而支撑在两个辅助支承上，辅助支承固定安装在左右电机机座上，并与电机外壳连接。
上述的变频电机定子与机壳间有水层，接通外界冷却水管。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出特点和显著优点：本发明中的变频电机主轴径向轴承和推力轴承均采用高温超导磁悬浮轴承，省去了主动控制磁悬浮轴承的控制系统，减少了出现故障的可能，对电机定子进行冷却，从而达到与现有技术相比较极大提高转速、减小摩擦、延长寿命的目的，并具有无需润滑、无污染等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
本发明的一个优选实施例是：参见图1，其示出的是本高温超导磁悬浮变频电机的机械结构图：铜轴承座3下面是液氮冷却装置2，铜轴承座3上分别装有径向高温超导磁轴承圈8和轴向高温超导磁轴承推力盘9，而且它们都是固接在铜轴承座3上，高温超导磁轴承圈8和推力盘9通过铜轴承座3来冷却，其超导体所用的材料为现在常用的钇钡铜氧，钇钡铜氧通过铜轴承座3冷却到一定的温度就会变为超导体，将具有超导体的各种性能，径向高温超导磁轴承圈8和轴向高温超导磁轴承推力盘9主要是利用超导体的抗磁性来悬浮径向磁化永磁转动轴套7和轴向磁化永磁转动推力盘10的。液氮冷却装置2和铜轴承座3以及径向高温超导磁轴承圈8和轴向高温超导磁轴承推力盘9都是由密封罩1密封起来的，使其跟外界绝热，而其它部分如转子主轴6、径向磁化永磁转动轴套7、轴向磁化永磁转动推力盘10、电机转子12、变频电机定子13和机壳11等则是与外界相连在室温下工作的。径向磁化永磁强磁体转动轴套7、轴向磁化永磁转动推力盘10和电机转子12分别固定在转子主轴6上面，电机转子12由变频电机定子13线圈中的旋转磁场驱动，与转子主轴6一起旋转。转子主轴6两端从密封罩1的穿孔伸出而支撑在两个辅助支承5上，辅助支承5固定安装在左右两端电机机座4上，并与电机外壳11连接。通过变频器调节变频电机定子13中的旋转磁场速度来驱动电机转子12并带动电机转子主轴6一起转动。
铜轴承座3通过液氮冷却装置2冷却，然后钇钡铜氧再通过铜轴承座3的冷却变成超导体磁轴承；钇钡铜氧变为超导体磁轴承后，通过其抗磁性，径向高温超导磁轴承圈8在径向磁化永磁转动轴承套7的强磁场作用下使整个转子悬浮起来，并且有一定的径向刚度，而轴向超导磁轴承推力盘9在轴向磁化永磁转动推力盘10的强磁场的作用下，可以控制转子的轴向移动，于是就可以使转子稳定浮起，通过变频电机定子13驱动电机转子12转动，无级改变转子主轴6的转速。
由于高温超导磁悬浮轴承具有传统机械轴承和主动磁悬浮轴承所无法比拟的许多优越性能，本发明与现有传统机械轴承和主动磁悬浮轴承支承的变频电机相比具有如下有益效果：
(1)高温超导磁悬浮轴承支承的电机主轴转速比滚动轴承支承的电机主轴转速大约高1～4倍，比滑动轴承支承的电机主轴转速大约高2.5倍，与主动磁悬浮轴承支承的电机主轴转速相当，实现了电机的高速化。
(2)维护成本低，寿命长。由于高温超导磁悬浮轴承是靠磁场力来悬浮轴颈，相对运动表面之间没有接触，不存在摩擦、磨损和接触疲劳产生的寿命问题，所以高温超导磁悬浮轴承支承的电机寿命和可靠性均远高于传统机械轴承支承的变频电机主轴。
(3)与主动磁悬浮轴承相比，高温超导磁悬浮轴承是无需主动电子控制系统的被动磁悬浮轴承，不仅节省了电力消耗，更重要的是还减少了可能失效的复杂控制部件，使系统更加可靠，使用寿命更长，重量更轻，更适用于航天领域和其它高速长寿命机械所需要的摩擦系数接近于零、转速超过数万转、寿命超过数万数十万小时的超低摩擦、高速超长寿命等条件。
(4)高温超导磁悬浮轴承支承的电机主轴不需润滑，对环境无污染。
(5)高温超导磁悬浮轴承支承的电机主轴其动力学参数(如刚度、阻尼等)可以通过调节超导体冷却温度进行调节，其回转精度可以达到微米级，刚度可以根据实际要求来设计。因此高温超导磁悬浮轴承支承的电机主轴的回转精度比传统机械轴承支承的电主轴高，实现了电机主轴的高精度化。
Claims (5)
1.一种高温超导磁悬浮变频电机，包括机壳(11)、固定于机壳(11)内腔的变频电机定子(13)、处于变频电机定子(13)中心的电机转子(12)以及与电机转子(12)构成一体的转子主轴(6)，所述的转子主轴(6)两端均各有一个径向轴承和一个推力轴承，其特征在于所述的径向轴承为径向高温超导磁悬浮轴承，所述的推力轴承为轴向高温超导磁悬浮轴承。
2.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮变频电机，其特征在于所述的径向高温超导磁悬浮轴承的结构是：在转子主轴(6)的两端分别各固定套装一个径向磁化永磁转动轴套(7)，该径向磁化永磁转动轴套(7)分别各与一径向高温超导磁轴承圈(8)转动匹配，所述的径向高温超导磁轴承圈(8)分别各固定安装在一个铜轴承座(3)上；所述的轴向高温超导磁悬浮轴承的结构是：在转子主轴(6)的两端分别各固定套装一个轴向磁化永磁转动推力盘(10)，所述的轴向磁化永磁转动推力盘(10)各与一个轴向高温超导磁轴承推力盘(9)平行转动匹配；所述的轴向高温超导磁轴承推力盘(9)固定安装在所述的铜轴承座(3)上。
3.根据权利要求2所述的高温超导磁悬浮变频电机，其特征在于所述的铜轴承座(3)固定连接在液氮冷却装置(2)上，而液氮冷却装置(2)、铜轴承座(3)以及其上的径向高温超导磁轴承圈(8)和轴向高温超导磁轴承推力盘(9)被密封在密封罩(1)内。
4.根据权利要求3所述的高温超导磁悬浮变频电机，其特征在于所述的转子主轴(6)两端从密封罩(1)的穿孔伸出而支撑在两个辅助支承(5)上，辅助支承(5)固定安装在左右两端电机机座(4)上，电机机座(4)与电机外壳(11)连接。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的高温超导磁悬浮变频电机，其特征在于所述的变频电机定子(13)与机壳(11)间有水层(14)，接通外界冷却水管。
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| 用于数控机床的磁悬浮支承系统及其控制技术. 吴国庆.上海大学工学博士学位论文. 2006 |
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| 高温超导混合磁悬浮轴承系统的研究与试验. 方家荣.中国科学院博士学位研究生学位论文. 2001 |
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