CN101521432A - 永磁抗震磁悬浮轴承电机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种具有抗震功能的磁悬浮轴承电机，该电机利用固定在定子上的大磁环对固定在转子上的小半径磁环进行对称挤压，使其产生斜方向合力，利用其向心分力实现转子径向磁悬浮，利用其轴向分力实现转子轴向磁悬浮，同时还具有较好的抗震性。本电机的磁悬浮配件还可以独立成为磁悬浮轴承。

Description

永磁抗震磁悬浮轴承电机

所属技术领域

本发明涉及一种永磁抗震磁悬浮轴承电机，该电机是用磁悬浮轴承实现对定子和转子的径向轴向固定，使转子能够完全依靠永磁场磁力悬浮起来，其磁力悬浮系统可以使转子偏心程度维持在控制范围内，使该电机能够在整机剧烈翻转状态下保持正常磁悬浮运转。属于磁悬浮技术领域。

背景技术

目前，传统的电机绝大部分都是依靠滚动轴承实现对转子的支撑，所以限制了电机的转速，提高了能耗。现在设计的磁悬浮电机大都是需要通过复式充磁磁环实行对转子的径向磁悬浮。但是由于复式充磁磁环生产质量不过关，导致轴承径向悬浮力较低，不能实对转子进行高刚性径向悬浮。从而最终导致悬浮不稳定甚至悬浮失败，根本无法大规模生产。

发明内容

为了克服现有的复式充磁磁环磁力较弱的问题，本发明提供一种利用轴向充磁磁环磁力，使转子整体悬浮起来的抗偏心磁悬浮电机。该设备在整体翻转时仍然可以保证转子在全磁悬浮状态下运转，是一种适应动态运动的永磁抗震磁悬浮轴承电机。

本发明原理解决的问题所采用的技术方案是：在电机的两端各安装两组磁场极性相对的磁环，其中安装在定子上的大半径磁环组，与安装在转子上的小半径磁环组成一对，使其形成对面极性相同，再在电机的另外一端一对场的方式安装一对相同的磁环组。这样每两个磁环之间都会产生一个斜角力F，其分力F1对转子实现轴向稳定，其分力F2对转子实现径向稳定。使用两组磁环从两端进行相对挤压(也可以磁极相反，使其相吸)，就能够实现转子被稳定的悬浮在中间。使其能够承载更多的径向载荷。再在外侧安装两对整磁环，可以提高转子的轴向载荷。

实验证明两个极性相同的轴向充磁磁环其两端表面之间的张力最大。所以我们根据这个特性结合力学中合力与分力的原理，设计出完全利用轴向充磁磁环两端表面张力，使固定在电机转子上的磁环受到均衡向心力(或离心力)悬浮起来，带动电机转子实现全磁悬浮。

另外转子上安装有抗震机械轴承，在定子上安装有限位套，使得轴承外侧与限位套之间不接触，但是它们之间的间距小于磁环之间的间距。当电机在受到震动时，机械轴承首先与限为套接触，防止转子磁环与定子之间撞击，这样就使电机具有抗震性。限位套和轴承的安装位置可以互换，该机械轴承还可以更换为其它能够润滑转动的装置。

本发明的磁悬浮配件还可以独立成为磁悬浮轴承，并且可以进行增强和简化，使轴承的使用范围更加广泛。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的磁悬浮电机的径向剖面构造图。

图2是本发明的简化磁悬浮电机的径向剖面构造图。

图3是本发明的可承载较大轴向压力磁悬浮电机的径向剖面构造图。

图4是本发明的磁悬浮轴承的径向剖面构造图。

图5是本发明的适用于水轮发电机转子的磁悬浮轴承的径向剖面构造图。

图6是本发明的简化磁悬浮轴承的径向剖面构造图。

图7是本发明的径向抗偏心磁悬浮轴承的径向剖面构造图。

图1中.转子主轴1，端盖2，外壳3，固定在转子上的大磁环4，固定在定子上的大磁环5，固定在转子上的磁环组6，固定在定子上的磁环组7，电机转子磁体8，电机定子绕组9，机械轴承10，限位套11。

上下两个固定在转子主轴1上的大磁环4和上下两个固定在定子外壳3上的大磁环5相互挤压，产生两个合力F-，这样两个分力F-1就可以上下平衡，就可以实现对转子主轴1的轴向悬浮，固定在定子外壳3上的磁环组7对固定在转子主轴1上的磁环组6产生一个斜方向合力F，其向轴心方向的分力为F2，转子主轴1通过向心力F2实现径向悬浮。这样转子主轴1就实现了全磁悬浮。机械轴承10与限位套11配合实现机械抗震。

图2是本发明的简化磁悬浮电机的径向剖面构造图。其与图1的区别就是省去了上下两对固定在转子上和固定在定子上的大磁环，其余结构与图一完全相同。

图3是本发明的可承载较大轴向压力磁悬浮电机的径向剖面构造图。其与图2的不同之处就在于图3在其中的转子主轴1一端安装了轴向顶推的圆形磁块10，与固定在端盖上的轴向顶推的圆形磁块11实现轴向顶推。使转子主轴1能够承载较大的轴向压力。

图4是在图1的基础上简化形成的磁悬浮轴承的径向剖面构造图。其中上下两个固定在定子壳4上的大磁环6和上下两个固定在转子壳1上的大磁环7主要实现对转子壳的轴向悬浮；上下两组固定在定子壳4上的磁环组8与上下两组固定在转子壳1上的磁环组9进行相互挤压，产生合力F，其中向心分力F2可以实现对转子壳1的径向悬浮。这样转子壳1就实现了全悬浮并且能够承受较大的轴向压力。

图5是本发明的适用于立式水轮机转子，具有超大轴向承载力磁悬浮轴承。该轴承只能立式安装，其全磁悬浮原理与图4完全相同，在轴承转子壳1的底部安装了一个圆形磁块9，与固定在端盖上的圆形磁块10实现相互顶推，以支撑大型水轮机转子的重量。该轴承可以采用分体安装的方式组装上去。该轴承还适应旋转门等需要承载超大轴向力的设备。

图6是本发明的简化磁悬浮轴承的径向剖面构造图。其中上下两个固定在转子壳1上的磁环5对一个固定在定子壳2上中心磁环6进行相互挤压，产生合力F，其中分力F1实现对转子壳1的轴向悬浮，分力F2实现对转子壳1的径向磁悬浮。机械轴承4和限位套3实现机械抗震。

图7是本发明的径向抗偏心磁悬浮轴承的径向剖面构造图。其中中心磁环6固定在转子壳1上，两个侧向挤压磁环5固定在定子壳2上，这两个磁环对转子中心磁环6进行挤压，使其悬浮在轴承的中间。另外在两个侧向挤压磁环5的上部安装两个牵拉磁块7，对中心磁环进行牵拉，产生两个相等的力FI和F2，其对磁环6的合力F为一个向上的力，用于抵消轴承载荷的重力。其它装置不变。这样该轴承就可以实现卧式径向抗偏心磁悬浮轴承。该原理利用在电机上就形成卧式径向抗偏心磁悬浮电机。

在以上实施例中的限位轴承及轴套可以根据实际情况进行删减或变形。只要能够满足用户对磁悬浮的需要，甚至可以去除。成为没有机械抗震功能的磁悬浮电机或轴承。

在以上实施例中，磁环的固定位置可以任意对调。磁环组的组合方式也可以任意排列组合，每一组磁环之间的间隙可以任意调整，磁环的数量可以任意增减。另外配对相斥磁环组合的数量也可以任意增减。无论是使用磁环组的向心力还是离心力，磁环之间是相吸还是相斥，只要能够实现转子被轴向充磁磁环的均衡磁场力悬浮在中间，即为本发明实施方案。

除以上实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换、等效变形形成的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种永磁抗震磁悬浮轴承电机，主要包括转子主轴、端盖、外壳、两个固定在转子上的大磁环和两个固定在定子上的大磁环配对，两个固定在转子上的磁环组和两个固定在定子上的磁环组配，电机转子，电机定子绕组，机械轴承、限位套等结构。其特征是：在电机两端最外侧各有一对有相斥大磁环，其产生的分力F-1主要承受转子的轴向载荷；其内侧的两对相斥磁环组产生的向心分力F2主要承受转子的径向载荷。机械轴承和限位套之间的轴向径向间距均小于磁环之间的间距，组成抗震结构。

2.根据权利要求1所述的永磁抗震磁悬浮轴承电机，其特征是：磁环全部是轴向充磁磁环。

3.根据权利要求1所述的永磁抗震磁悬浮轴承电机，其特征是：磁环的对数(两个相斥磁环为一对)可以任意增减，磁环组中环的数量、排列方式以及环之间的间隙可以任意调整。磁环之间均衡力既可以均衡相斥，也可以均衡相吸。既可以是向心力，也可以是离心力。在一对磁环中，其中的一个磁环也可以由对称磁块替代。

4.根据权利要求1所述的永磁抗震磁悬浮轴承电机，其特征是：去掉电机部分，其余部分不变，该装置就是一个永磁抗震磁悬浮轴承。

5.根据权利要求4所述的抗震磁悬浮轴承，其特征是：在立式安放时，在其一端安装一对极性相对的圆形磁块，使其产生相斥力，就可以承载较大的轴向压力。

6.根据权利要求4所述的抗震磁悬浮轴承，其特征是：在卧式安放时，利用两个牵拉磁块对转子上的磁环进行对称牵拉，就可以产生向上的合力F，可以承载较大的转子径向载荷，其它结构不变，就成为一种卧式径向抗偏心轴承。

7.根据权利要求1所述的永磁抗震磁悬浮轴承电机，其特征是：机械轴承和限位套的安装位置可以任意调换，也可以去除。

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