CN102148592A - 一种用于垂直轴盘式电机的磁悬浮支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于垂直轴盘式电机的磁悬浮支撑结构。该磁悬浮支撑装置包括至少两个磁悬浮部件，其中，第一磁悬浮部件由环形的上、下永磁体组件组成，上永磁体组件安装于转子上端盖下面，下永磁体组件安装于定子上面，上、下永磁组件磁化方向相反，相互推斥，形成推力；第二磁悬浮支撑部件由上、下永磁体组件组成，上永磁体组件安装于转子下端盖上面，下永磁体组件安装于定子下面，上、下永磁组件磁化方向相反，相互推斥，形成推力。

Description

一种用于垂直轴盘式电机的磁悬浮支撑结构

 

技术领域

本发明涉及一种用于垂直轴盘式电机的磁悬浮支撑结构，同时也涉及采用该磁悬浮支撑结构的垂直轴盘式电机，属于电机技术领域。

背景技术

盘式电机是一种应用广泛的电机，如电动自行车电动机，无齿轮曳引电动机，风力发电机等。在应用中，盘式电机的旋转轴经常被垂直放置，称为垂直轴（立式）盘式电机。

盘式电机的转子部分的重量，需要通过推力轴承克服重力来进行支撑。当电机转子的重量较大时，通过推力轴承来进行支撑会使得摩擦力较大，摩擦制动扭矩增大，轴承的使用寿命降低。另一方面，盘式电机扁平化后，定子的厚度很薄，导致当圆盘很大时，外侧在重力的作用下向下弯曲，使得定转子之间的机械气隙较大，进而使得电机的效率降低。这样，阻碍了盘式电机的大型化的发展。为了解决这一问题，人们提出了利用磁斥力实现支撑，消除了机械摩擦力。例如：在专利号为ZL 200820126507.1的中国实用新型专利中，公开了一种用于垂直轴风力发电机的磁悬浮装置，其中发电机转子主轴设置在支座内，主轴底部设置上磁体，支座上与主轴底部围成的空腔内设置下磁体，下磁体设置在上磁体下方并与上磁体同极性相对设置。由于磁悬浮装置设置在发电机主轴底部，所以上磁体以及上磁体上方的发电机主轴受到由于同极磁铁相斥所产生的相上的磁场力，部分抵消了轴承上所受压力，使发电机的转动阻力矩减小，发电效率得到提高、风轮的启动风速降低，同时也会延长轴承的使用寿命。

另外，在专利号为ZL 200820024546.0的中国实用新型专利中，公开了一种磁悬浮自调桨距垂直轴风力发电机。它包括磁悬浮风力发电机，磁悬浮风力发电机的发电机轴与叶轮的叶轮轴一体制成，发电机轴穿入电机壳体内，在发电机轴上安装发电机转子，与之对应的电机壳体上设有发电机定子，同时在发电机轴上和电机壳体内还安装轴向磁悬浮装置和径向磁悬浮装置，进行磁悬浮定位。轴向磁悬浮装置包括设置在电机壳体内部顶端的固定盘，固定盘与发电机轴固联，在固定盘上设有至少一个环形的轴向上磁体，与之对应的电机壳体上设有相应的轴向下磁铁。径向磁悬浮装置包括设置在发电机轴上的至少一个径向内磁铁，与之对应的电机壳体上设有相应的径向外磁体。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种用于垂直轴盘式电机的磁悬浮支撑结构。

本发明还要解决的另外一个技术问题在于提供一种采用上述磁悬浮支撑结构的垂直轴盘式电机。

为实现上述发明之目的，本发明采用下述的技术方案。

一种用于垂直轴盘式电机的磁悬浮支撑结构，其特征在于：

所述磁悬浮支撑结构至少包括两个磁悬浮支撑部件，其中第一磁悬浮部件由环形的第一上永磁体组件、第一下永磁体组件组成，第一上永磁体组件安装于转子上端盖下侧，第一下永磁体组件安装于定子内侧上面，第一上永磁组件和第一下永磁组件磁化方向相反，相互推斥，形成推力；第二磁悬浮支撑组件由环形第二上永磁体组件和第二下永磁体组件组成，第二上永磁体组件安装于转子下端盖外侧上面，第二下永磁体组件安装于定子外侧下面，第二上永磁组件和第二下永磁组件磁化方向相反，相互推斥，形成推力。

所述上、下永磁体组件均由轭铁和永磁体组成，沿径向由一块以上永磁体按照极性交错排列布置于环形轭铁上面或者下面，形成沿径向永磁体极性交错排列的永磁体多层环。

所述上、下永磁磁组件分别安装于定、转子侧，上、下永磁体上下对齐，磁化方向相反，形成斥力。

所述的永磁体多层环的每层永磁体环沿周向由一块以上的永磁体按照相同的极性排列，附接到环形轭铁。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，在附图中，对同样的部件给出了相同的附图标记。

图1 为采用根据本发明的一个实施例的磁悬浮支撑结构的垂直轴盘式电机的剖视图；

图2 为本发明中的磁悬浮支撑部件的径向剖视图；

图3至图9是根据本发明的另外几种实施方式的磁悬浮支撑结构的垂直轴盘式电机的剖视图；

图10是采用根据本发明的一个实施例的磁悬浮支撑结构的垂直轴盘式电机的剖视图；

图11是采用根据本发明的又一个实施例的磁悬浮支撑结构的垂直轴盘式电机的剖视图。

具体实施方式

本发明所述的垂直轴盘式电机，可以是无铁心的盘式外转子永磁发电机。如图1所示，该发电机主要由转轴1，定子2，转子上端盖3，转子下端盖4，第一磁悬浮部件5，第二磁悬浮部件6，上轴承7，下轴承8，轭铁9，永磁体10构成。在转子上端盖的下面安装有轭铁9和永磁体10，在转子下端盖的上面安装有轭铁9和永磁体10。上、下端盖上的永磁体为轴向励磁，沿圆周极性交错排列，上、下端盖相对的永磁体，磁化方向相同，相互吸引。定子2内固定有沿圆周方向分布的电枢线圈，该电枢线圈绕制的轴线也为垂直轴线。磁路通过上端盖轭铁、上端盖永磁体、上端盖与定子之间气隙、定子、下端盖与定子之间气隙、下端盖永磁体、下端盖轭铁形成闭合磁路。转子转动后，电枢线圈包围的磁通发生交变，电枢线圈产生电动势，再连接外电路后即可向外输出电能。

图1所示的无铁心的盘式外转子永磁发电机只是垂直轴盘式电机的一种实现形式。实际上，该垂直轴盘式电机即可以作发电机运行，也可以作电动机运行；其定子、转子结构可以是有铁心有齿槽的径向磁路结构；其励磁形式可以是永磁的，也可以是电励磁的；其定子、转子也是相对的，其结构可以是外部端盖为定子、内部线圈为转子。类似的实现形式还有很多，在此就不一一赘述。

现有技术中采用的磁悬浮结构大多是满足小型，轻型垂直轴电机的支撑需要，因此磁悬浮结构一般采用单环支撑，产生的推力较小，而对于大型垂直轴电机的推力支撑而言，需要结合该种电机的结构特点，采用多环支撑方式，由两个以上（包括两个）的磁悬浮部件共同实现磁悬浮推力支撑。

本发明所述磁悬浮支撑结构包含至少两个磁悬浮支撑部件。其中第一磁悬浮部件由环形的上、下永磁体组件5组成，上永磁体组件安装于转子上端盖3内侧下面，下永磁体组件安装于定子2内侧上面，上、下永磁组件磁化方向相反，相互推斥，使上端盖、下端盖构成的转子克服重力而悬浮；第二磁悬浮支撑组件由上、下永磁体组件6组成，上永磁体组件安装于转子下端盖4外侧上面，下永磁体组件安装于定子2外侧下面，上、下永磁组件磁化方向相反，相互推斥，形成推力，使定子外侧在此磁浮力的作用下克服重力而不向下弯曲。这两个磁悬浮支撑部件使得整个转子的旋转部分工作克服重力的悬浮状态，上轴承7和轴承8仅受到径向载荷，显著减小了旋转阻力矩。

图2为图1中的磁悬浮支撑部件的径向剖视图。该剖视图由经过中心轴线的平面所剖。该磁悬浮支撑部件由上永磁体组件、下永磁体组件组成，形成环状结构，上、下永磁体组件之间是气隙。图中带箭头的实体为磁悬浮永磁体12，可由稀土永磁材料制成，如钕铁硼永磁体。图中阴影部分为磁悬浮轭铁11，使得同一永磁体组件上相邻的永磁体的磁场通过一侧轭铁构成磁阻较小磁路，增强磁场的磁感应强度，进而增强上、下永磁体组件之间的推斥力。图2中只是表示了2块永磁体交错排列布置的一种实现方式。实际上，上、下永磁体组件由轭铁和永磁体组成，沿径向由一块以上永磁体按照极性交错排列布置于环形轭铁上面或者下面，形成沿径向永磁体极性交错排列的永磁体多层环。上、下永磁磁组件分别安装于定、转子侧，上、下永磁体上下对齐，磁化方向相反，形成斥力。永磁体多层环的每层永磁体环沿周向由一块以上的永磁体按照相同的极性排列布置于环形轭铁上面或者下面。磁悬浮永磁体12可通过胶水粘接或者其他机械的方式附接于轭铁上。轭铁可通过胶水粘接或者通过其他机械的方式附接于上、下端盖或者定子。

在图3至图9是根据本发明的磁悬浮支撑结构的其他几种实施方式。

在图3中，采用了四个分别由上、下永磁体组件组成的磁悬浮部件，其中，第一个磁悬浮支撑部件的下永磁体组件位于定子内侧上面，上永磁体组件位于上端盖内侧下面；第二个磁悬浮支撑部件的上永磁体组件位于定子内侧下面，下永磁体组件位于下端盖内侧上面；第三个磁悬浮支撑部件的上永磁体组件位于定子外侧下面，下永磁体组件位于下端盖外侧上面；第四个磁悬浮支撑部件的上永磁体组件位于定子外侧上面，下永磁体组件位于上端盖外侧下面。第一个磁悬浮支撑部件和第二个磁悬浮支撑部件的上、下永磁组件磁化方向相反，相互推斥，使上端盖、下端盖构成的转子克服重力而悬浮；第三个磁悬浮支撑部件和第四个磁悬浮支撑部件上、下永磁组件磁化方向相反，相互推斥，形成推力，使定子外侧在此磁浮力的作用下克服重力而不向下弯曲。

在图4中，省略了图3中的第三和第四磁悬浮支撑部件。

在图5中，省略了图3中的第三磁悬浮支撑部件。

在图6中，省略了图3中的第四磁悬浮支撑部件。

在图7中，在图3的基础上，在转子下端盖邻近轴的地方处额外地增加了一个磁悬浮支撑部件，作为对转子盖克服重力的补充。

在图8中，省略了图3中的第一磁悬浮支撑部件。

在图9中，省略了图3中的第一和第四磁悬浮部件。

图10示出了根据本发明的磁悬浮支撑部件的另外一种形式。在图10中，垂直轴盘式电机采用的是内转子，上定子盖和下定子盖固定于轴上，在转子和下定子盖之间采用一个磁悬浮支撑部件，用于克服转子的重力。

图11示出了根据本发明的磁悬浮支撑部件的又一种形式。图11和图10一样，其中的垂直轴盘式电机采用的也是内转子，上定子盖和下定子盖固定于轴上，在转子和下定子盖之间采用了两个磁悬浮支撑部件，用于克服转子的重力。

以上对本发明所提供的用于垂直轴盘式电机的磁悬浮支撑结构进行了详细的说明。对本领域的技术人员而言，在不背离发明实质精神的前提下对本发明做出多种的改动，很明显，这些改动都将落入本发明专利权的范围内。

Claims (8)

1. 一种用于垂直轴盘式电机的磁悬浮支撑结构，其特征在于：

所述磁悬浮支撑结构至少包括两个磁悬浮部件，其中第一磁悬浮部件由环形的第一上永磁体组件和环形的第一下永磁体组件组成，第一上永磁体组件安装于转子上端盖下面，第一下永磁体组件安装于定子上面，上、下永磁组件磁化方向相反，相互推斥，形成推力；第二磁悬浮支撑组件由环形的第二上永磁体组件和环形的第二下永磁体组件组成，第二上永磁体组件安装于转子下端盖上面，第二下永磁体组件安装于定子下面，第二上永磁体组件和第二下永磁组件磁化方向相反，相互推斥，形成推力。

2. 根据权利要求1所述的磁悬浮支撑结构，其特征在于：

第一上永磁体组件安装于转子上端盖内侧下面，第一下永磁体组件安装于定子内侧上面。

3. 根据权利要求1所述的磁悬浮支撑结构，其特征在于：

第一上永磁体组件安装于转子上端盖外侧下面，第一下永磁体组件安装于定子外侧上面。

4. 根据权利要求1所述的磁悬浮支撑结构，其特征在于：

第二上永磁体组件安装于转子下端盖内侧上面，第二下永磁体组件安装于定子内侧下面。

5. 根据权利要求1所述的磁悬浮支撑结构，其特征在于：

第二上永磁体组件安装于转子下端盖外侧上面，第二下永磁体组件安装于定子外侧下面。

6. 根据权利要求1所述的磁悬浮支撑结构，其特征还在于：

所述磁悬浮支撑结构还可以包括一个磁悬浮支撑部件，该磁悬浮支撑部件的上永磁体组件安装在下端子盖内侧下面，下永磁体组件附接到安装在轴上的支撑体上面。

7. 根据权利要求1所述的磁悬浮支撑结构，其特征在于：

上、下永磁体组件由轭铁和永磁体组成，沿径向由一块以上永磁体按照极性交错排列布置于环形轭铁上面或者下面，形成沿径向永磁体极性交错排列的永磁体多层环；

上、下永磁磁组件分别安装于定、转子侧，上、下永磁体上下对齐，磁化方向相反，形成斥力；

永磁体多层环的每层永磁体环沿周向由一块以上的永磁体按照相同的极性排列，附接到环形轭铁。

8. 一种垂直轴盘式电机，其特征在于：

所述垂直轴盘式电机采用如权利要求1至7所述的磁悬浮支撑结构。

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