CN103269142A - 分子泵用高速永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分子泵用高速永磁电机，属于永磁电机，本发明采用一种无齿槽定子结构和新型的绕组材料，实现定子损耗以及转子温升的降低，提高了电机的效率，并且有效地防止了高温带来永磁体退磁及转子结构改变；同时采用磁悬浮轴承，有效降低了采用机械轴承在高速运行时带来的机械损耗与轴承磨损，进一步提高效率和延长设备的使用寿命。

Description

分子泵用高速永磁电机
技术领域
本发明涉及一种永磁电机，特别是一种分子泵用高速永磁电机，适用于磁悬浮分子泵的驱动场合。
背景技术
随着IT技术的飞速发展，在半导体制造等领域，对超高真空系统的要求越来越高，分子泵作为获得真空的重要组成部分，其性能对能否获得超高真空起决定性的作用。磁悬浮分子泵是应国家16项重大专项课题之一——神光Ⅲ的要求而产生的高真空、高洁净环境、高精度、低振动低噪声的无油分子泵，正是由于磁悬浮分子泵具有轴承无需润滑、无需保养、轴承无接触，低振动、低噪声、且控制参数易于调节等优点，被广泛应用于半导体的制造等领域。但是磁悬浮分子泵是一种真空泵，以高速旋转的转子和定子相互配合来工作，泵转子的速率越高，分子泵的抽速和压缩比越大，即工作效率越高，因此通常要求分子泵的转速每分钟高达几万转并且转速可调，但是，现有电机的转子采用机械轴承，在高速旋转的情况下损耗大，且会产生大量的热和轴承磨损，在真空条件下只能通过辐射散热，散热速度慢，高速运转的可靠性低，这不仅影响电机的效率，而且易损坏轴承，缩短设备的使用寿命。这些缺点严重阻碍了分子泵的普及和推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有电机的转子采用机械轴承，在高速旋转的情况下损耗大，且会产生大量的热和轴承磨损，在真空条件下只能通过辐射散热，散热速度慢，高速运转的可靠性低，这不仅影响电机的效率，而且易损坏轴承，缩短设备的使用寿命等缺陷，提供一种无齿槽定子结构、新型的绕组材料及连接方式以及采用磁轴承替代常规机械轴承，实现定子铁耗、绕组附加损耗、转子机械损耗以及转子温升的降低，有效地防止了高温带来永磁体退磁及转子结构改变等现象，延长设备的使用寿命分子泵用高速永磁电机。
为此，本发明的分子泵用高速永磁电机，包括定子部分和位于定子部分内侧的转子部分，其特征是：
所述的定子部分包括机壳、定子铁心、绕组线圈、径向磁轴承定子、轴向磁轴承定子；
所述的定子铁心固定在所述机壳内侧，所述的定子铁心的内壁上粘贴所述的绕组线圈；
所述的径向磁轴承定子为固定在所述机壳内侧的两个且分别位于所述定子铁心和绕组线圈的两侧；
所述的轴向磁轴承定子为固定在所述机壳内侧的相邻的两个，该两个轴向磁轴承定子之间保持有轴向间隙；
所述的转子部分包括永磁体、转子护套、径向磁轴承转子叠片、轴向磁轴承推力盘、轴；
所述的转子护套固定在所述的轴上，所述的永磁体位于护套的中间；
所述的径向磁轴承转子叠片为固定在所述轴上的两组且分别位于所述转子护套的两侧，该两组径向磁轴承转子叠片在径向分别与所述的两个径向磁轴承定子一一对应；
所述的轴向磁轴承推力盘固定在所述的轴上并位于所述的轴向间隙与所述的两个轴向磁轴承定子在轴向重合；
所述的绕组线圈和转子护套之间、所述的径向磁轴承定子和径向磁轴承转子叠片之间均留有径向间隙，形成空气隙。
作为优选技术手段：所述的护套与轴焊接连成一体。所述的定子铁心为实心结构，其内壁为圆周面。所述的转子护套由导电、不导磁的高强度合金材料制成。所述的绕组线圈采用截面为方形的多砸litz导线绕制而成，并且通过并联连接粘贴在所述定子铁心的内壁上。所述的径向磁轴承和轴向磁轴承均采用磁悬浮轴承。
本发明与现有技术相比的优点在于：高速电机采用一种无齿槽定子结构和新型的绕组材料，实现定子损耗以及转子温升的降低，提高了电机的效率，并且有效地防止了高温带来永磁体退磁及转子结构改变。同时采用磁悬浮轴承，有效降低了采用机械轴承在高速运行时带来的机械损耗与轴承磨损，进一步提高效率和延长设备的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的分子泵用高速永磁电机的半剖结构示意图；
图2为图1的A-A向截面示意图；
图中标号说明：1-机壳，2-永磁体，3-定子铁心，4-转子护套，5-绕组线圈，6-径向磁轴承转子叠片，7-径向磁轴承定子，8-轴向磁轴承推力盘，9-轴向磁轴承定子，10-轴，11-空气隙。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。
本发明的分子泵用高速永磁电机，如图1所示，其包括定子部分和位于定子部分内侧的转子部分：
定子部分包括机壳1、定子铁心3、绕组线圈5、径向磁轴承定子7、轴向磁轴承定子9；
定子铁心3固定在机壳1内侧，定子铁心3的内壁上粘贴所述的绕组线圈5；
径向磁轴承定子7为固定在机壳1内侧的两个且分别位于所述定子铁心3和绕组线圈5的两侧；
轴向磁轴承定子9为固定在机壳1内侧的相邻的两个，该两个轴向磁轴承定子9之间保持有轴向间隙；
转子部分包括永磁体2、转子护套4、径向磁轴承转子叠片6、轴向磁轴承推力盘8、轴10；
转子护套4固定在轴10上，永磁体2位于护套4的中间；
径向磁轴承转子叠片6为固定在轴10上的两组且分别位于转子护套4的两侧，该两组径向磁轴承转子叠片6在径向分别与两个径向磁轴承定子7一一对应；
轴向磁轴承推力盘8固定在轴10上并位于轴向间隙与两个轴向磁轴承定子9在轴向重合；
绕组线圈5和转子护套4之间、径向磁轴承定子7和径向磁轴承转子叠片6之间均留有径向间隙，形成空气隙11。
具体的，护套4与轴10焊接连成一体。定子铁心3为实心结构，其内壁为圆周面。转子护套4由导电、不导磁的高强度合金材料制成。绕组线圈5采用截面为方形的多砸litz导线绕制而成，并且通过并联连接粘贴在定子铁心3的内壁上。径向磁轴承7和轴向磁轴承9均采用磁悬浮轴承。
本发明 为了消除电机的齿槽效应所带来的高次谐波以及高速旋转磁场在定子齿部引起的交变铁耗，定子铁心采用无槽结构，从而降低转子温升及定子铁耗。
本发明为了减少由于永磁体旋转产生的绕组涡流损耗，将由多股litz导线绕制而成的绕组线圈粘贴在定子铁心的内壁上，两极三相的绕组线圈并联连接粘贴在定子内壁上也能满足低电压的需求。
在超高速的情况下，传统的机械轴承由于机械摩擦噪声大，损耗大，磨损严重，寿命短。为了解决该问题，本发明轴上设两个磁悬浮轴承。
绕组线圈的内侧是转子护套，对于永磁电机来讲，转子最大的挑战是能否在超高速情况下克服离心力保证永磁体的强度，为了解决上述问题，本发明所采用的永磁体是实心结构，放入转子护套中。同时将护套同轴通过焊接连成一体。
本发明 的原理是：永磁磁路为：磁通从永磁体N极出发，通过转子护套、气隙、绕组线圈、定子铁心、绕组线圈、气隙、转子护套回到永磁体S极，如图2实线所示。
本发明产生转矩的原理是：永磁体为电机提供激磁磁通，激磁磁通始终存在且方向不变，但是随着转子位置的变化，激磁磁通变换其路径，使得定子绕组内的磁链发生变化，从而在电机的集中绕组中产生反电势，通过根据转子位置适时控制定子绕组通断，从而产生恒定方向的转矩，驱动电机高速旋转。
本发明方案所用的机壳1是用非导磁材料铝制成；轴用机械强度良好的材料制成，如高强度合金钢、1Cr18Ni9Ti等材料等；永磁体的材料为磁性能良好的钕-铁-硼永磁体，永磁体2为实心结构，沿径向充磁；转子护套的材料为导电、不导磁的高强度合金材料，如1Cr18Ni9Ti等。

Claims (6)

1.分子泵用高速永磁电机，包括定子部分和位于定子部分内侧的转子部分，其特征是：
所述的定子部分包括机壳（1）、定子铁心（3）、绕组线圈（5）、径向磁轴承定子（7）、轴向磁轴承定子（9）；
所述的定子铁心（3）固定在所述机壳（1）内侧，所述的定子铁心（3）的内壁上粘贴所述的绕组线圈（5）；
所述的径向磁轴承定子（7）为固定在所述机壳（1）内侧的两个且分别位于所述定子铁心（3）和绕组线圈（5）的两侧；
所述的轴向磁轴承定子（9）为固定在所述机壳（1）内侧的相邻的两个，该两个轴向磁轴承定子（9）之间保持有轴向间隙；
所述的转子部分包括永磁体（2）、转子护套（4）、径向磁轴承转子叠片（6）、轴向磁轴承推力盘（8）、轴（10）；
所述的转子护套（4）固定在所述的轴（10）上，所述的永磁体（2）位于护套（4）的中间；
所述的径向磁轴承转子叠片（6）为固定在所述轴（10）上的两组且分别位于所述转子护套（4）的两侧，该两组径向磁轴承转子叠片（6）在径向分别与所述的两个径向磁轴承定子（7）一一对应；
所述的轴向磁轴承推力盘（8）固定在所述的轴（10）上并位于所述的轴向间隙与所述的两个轴向磁轴承定子（9）在轴向重合；
所述的绕组线圈（5）和转子护套（4）之间、所述的径向磁轴承定子（7）和径向磁轴承转子叠片（6）之间均留有径向间隙，形成空气隙（11）。
2.根据权利要求1所述的分子泵用高速永磁电机，其特征是：所述的护套（4）与轴（10）焊接连成一体。
3. 根据权利要求1所述的分子泵用高速永磁电机，其特征是：所述的定子铁心（3）为实心结构，其内壁为圆周面。
4. 根据权利要求1所述的分子泵用高速永磁电机，其特征是：所述的转子护套（4）由导电、不导磁的高强度合金材料制成。
5. 根据权利要求1所述的分子泵用高速永磁电机，其特征是：所述的绕组线圈（5）采用截面为方形的多砸litz导线绕制而成，并且通过并联连接粘贴在所述定子铁心（3）的内壁上。
6. 根据权利要求1所述的分子泵用高速永磁电机，其特征是：所述的径向磁轴承（7）和轴向磁轴承（9）均采用磁悬浮轴承。
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