CN103296934A - 一种磁悬浮电机与转子磁偏置减重方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮电机与转子磁偏置减重方法，它是将两个电磁吸引型径向磁悬浮轴承(1和2)对称地设置在径向气隙的旋转电机(3)的两端而成；所述径向磁悬浮轴承的初级定子部通过电机的外壳(4)做支撑，所述初级定子部由一个在内部带有部分喇叭口锥斜面的环形线圈(5、6)设置在由两个轴向长度不等的内、外环形磁极(7、8)构成的轴向口环形凹槽磁轭当中所构成；所述两个轴向长度不等的内、外环形磁极通过轴向工作气隙与设置在电机转子轴杆(9)上的转子铁心部(10、11)相对应，所述转子铁心部径向铁心磁极(12)的外径与所述初级定子部上较长的外环形磁极的外径一致，所述转子铁心部的轴向铁心磁极(13)与所述初级定子部上较短的内环形磁极的磁极极面积保持高度对称。

Description

一种磁悬浮电机与转子磁偏置减重方法

技术领域：

本发明涉及一种磁悬浮电机，尤其是涉及到磁悬浮电机当中的磁悬浮轴承，本发明还涉及水平轴用磁悬浮转子和垂直轴用磁悬浮转子的磁偏置减重方法。 

背景技术：

目前，国内外现有技术的磁悬浮电机，由于采用的径向和轴向磁悬浮轴承缺乏多功能复合机制导致结构复杂，体积庞大以及在磁悬浮电机设计当中，对动双减强化型磁阻尺寸组和转子重力危害的认识不足，造成现有技术磁悬浮电机的磁阻敏感性不高，磁悬浮荷载刚度至少减少二分之一和磁悬浮转子不能达到在微重力或零重力状态下运行的技术缺陷。 

发明内容：

本发明就是要提供结构简单，性能可靠的磁悬浮电机，尤其是增强磁悬浮轴承磁阻转矩敏感性和提高磁悬浮荷载刚度与具备双向自平衡恢复保持力的电磁吸引型磁悬浮轴承；同时，还可以赋予电磁吸引型和永磁吸引型磁悬浮轴承减少转子重力危害的功能；本发明所指的动双减强化型磁阻尺寸组是针对动单减弱化型磁阻尺寸而言，动单减弱化型磁阻尺寸是指：当通过气隙相对的定转子磁极沿垂直方向移动错位时，定转子的磁阻变化只能在定转子的一侧体现，由于它只包含一个直径尺寸，所以它的磁悬浮荷载刚度最低，下面将围绕本发明磁悬浮电机和磁悬浮电机所用电磁吸引型磁悬浮轴承的技术方案以及磁悬浮转子的磁偏置减重方法进行描述。 

1、一种磁悬浮电机，它是将两个单边式电磁吸引型径向磁悬浮轴承(1 和2)对称地设置在具有径向气隙的旋转电机(3)的两端而成；所述单边式电磁吸引型径向磁悬浮轴承的初级定子部通过电机的外壳(4)做支撑，所述单边式电磁吸引型径向磁悬浮轴承的初级定子部由一个在内部带有部分喇叭口锥斜面的环形线圈(5、6)设置在由两个轴向长度不等的内外环形磁极(7、8)构成的轴向口环形凹槽磁轭当中所构成；所述两个轴向长度不等的内外环形磁极通过轴向工作气隙与设置在电机转子轴杆(9)上的转子铁心部(10、11)相对应，所述转子铁心部具有径轴向两个铁心磁极，其中的径向铁心磁极(12)的外径与所述初级定子部上较长的外环形磁极的外径一致，其余的轴向铁心磁极(13)与所述初级定子部上较短的内环形磁极的磁极极面积保持高度对称；所述初级定子部环形线圈的非工作气隙侧全部被铁心磁轭所覆盖；所述初级定子部较短的内环形磁极与电机转子轴杆之间还留有设置现有技术磁悬浮电机用于径轴向气隙限位保护的非接触机械轴承或停断电转子防跌落机械保护机构或是内外两个均被轴向充磁的空心圆柱永磁体通过径向气隙对置形成的径向相斥型磁力轴承的空间(14、15)。 

在本发明磁悬浮电机当中，所述转子铁心部径向磁极的外径也可以小于所述初级定子部上较长的外环形磁极(13)的内径，但这时所述径向磁极背离工作气隙侧的轴向截至线应于初级定子部上较长外环形磁极的轴向截至线等齐。 

2、一种磁悬浮电机，它是将两个电磁吸引型径轴向磁悬浮轴承(17和18)对称地设置在具有径向气隙的旋转电机(19)的两端而成；所述电磁吸引型径轴向磁悬浮轴承的初级定子部通过电机的外壳(20)做支撑；所述电磁吸引型径轴向磁悬浮轴承的初级定子部是一个带有径轴向磁极的初级定子部；所述初级定子部是将一个在内部带有部分喇叭口锥斜面的环形线圈(21、22)设置在带径轴向缩口式环形凹槽磁轭当中所构成；所述初级定子部上的径轴向磁 极各自通过气隙与设置在电机转子轴杆(23)上转子铁心部(24、25)相对应；所述转子铁心部：可以是同时带有与初级定子部径轴向磁极极面高度对称的两个径轴向环形磁极的转子铁心部；也可以是只带一个与初级定子部轴向磁极极面高度对称的轴向环形磁极的转子铁心部(26、27)；还可以是只带一个与初级定子部轴向磁极极面高度对称的轴向环形磁极并在轴向磁极外圆周面上设有径向缩减部(28、29)的转子铁心部，所述转子铁心径向缩减部的轴向截至线(30、31)与所述初级定子部径向磁极背离环形线圈一侧的轴向截至线等齐。所述转子铁心部还可以是采用一个外径与初级定子部轴向磁极外径一致的圆柱形铁心(32、33)来替代；所述初级定子部轴向磁极与电机转子轴杆之间还留有设置现有技术磁悬浮电机用于径轴向气隙限位保护的非接触机械轴承或停断电转子防跌落机械保护机构或是内外两个均被轴向充磁的空心圆柱永磁体通过径向气隙对置形成的径向相斥型磁力轴承的空间。 

综合上述，在本发明的磁悬浮电机当中，所述转子铁心部可以是一个独立的部件固定于转子轴杆，也可以和电机的转子部铁心复合成一体使用。 

3、一种磁悬浮电机的转子磁偏置减重方法，在本发明的磁悬浮电机当中，凡是采用具有径轴向气隙的电磁吸引型径轴向磁悬浮轴承时，均可将所述初级定子部径向磁极与转子部铁心磁极之间的环形气隙空间，设置成转子部铁心轴心线上下气隙空间不对等的磁偏置形式，即：转子部铁心轴心线下部的气隙空间(34)大于转子部铁心轴心线上部(35)总的气隙空间，使转子部的部分或全部重力被磁偏置所导致的向上磁拉力所抵消以及保持所述初级定子部径向磁极与转子部铁心磁极之间的环形气隙在转子铁心部中心铅垂线两侧的对称性；所述大小气隙之间可以通过渐变过渡，也可以采用大小内径阶梯式突变的方式进行；该种水平轴用转子磁偏减重方法，同样适用于将一个环形线圈设置在径 向口环形凹槽磁轭当中作为初级定子部，然后，通过径向气隙与转子铁心部相对应而构成的现有技术电磁吸引型轴向磁悬浮轴承当中使用以及通过将两个被内外单极型辐射充磁的环套式永磁体各自设置在径向口环形凹槽当中所构成具有径向气隙的永磁径向吸引性轴向磁悬浮轴承当中使用或是内外两个均被轴向充磁的空心圆柱永磁体通过径向气隙相互对正所形成的现有技术径向吸引型轴向磁悬浮轴承当中使用。但基本前提是：在磁悬浮电机当中应当具备通过轴向气隙使轴承的定转子磁极构成相互对正并使两者的磁极面成为高度对称的吸引型径向磁悬浮轴承的存在。 

4、一种磁悬浮电机的转子磁偏置减重方法，当本发明的磁悬浮电机为垂直使用时，所采用的转子磁偏置方法是；将位于电机上方的轴向吸引型径向磁悬浮轴承或径轴向吸引型磁悬浮轴承定转子部之间的轴向气隙设置成大于电机下方的轴向吸引型径向磁悬浮轴承或径轴向吸引型磁悬浮轴承的定转子部之间轴向气隙的方法来实现；该种垂直轴用转子磁偏减重方法，同样适用于将一个环形线圈设置在轴向口环形凹槽磁轭当中作为初级定子部，然后，通过轴向气隙与转子铁心部相对应而构成的现有技术电磁吸引型径向磁悬浮轴承当中使用以及将两个被轴向充磁的环形永磁体分别设置在定转子部轴向口环形凹槽磁轭当中，再通过轴向气隙使定转部形成相互吸引的而构成的现有技术永磁径向磁悬浮轴承当中使用，所述永磁径向磁悬浮轴承的转子部也可以是一个与定子部轴向口环形凹槽磁轭壁厚相等的轴向凸起的环形导磁材料体；另外，这种垂直轴用转子磁偏减重方法，也可以在采用将线圈设置在轴向缩口式径向口环形凹槽磁轭当中所构成的初级定子部，然后，通过轴向气隙与转子部铁心上的轴向环形磁极极面相互对正并使转子部铁心上方的轴向气隙小于下部气隙所组成的现有技术轴向吸引型径向磁悬浮轴承的磁悬浮电机当中使用。但它的 前提同样是，在磁悬浮电机当中应具备通过径向气隙使轴承的定转子磁极构成相互对正并使两者的磁极面成为高度对称的径向吸引型轴向磁悬浮轴承的存在。 

通过阅读以上文件，本发明磁悬浮电机及其所使用具有轴向气隙的电磁吸引型径向磁悬浮轴承以及磁悬浮转子的磁偏置减重方法的技术方案和实施方式已经明了，在这些技术方案与实施方式的指引提示下，若本领域技术人员对一些部件进行不体现技术进步与实质突破的等同实施方式，如；将本发明描述的内转子磁悬浮电机改为外转子磁悬浮电机或将所述定转子技术特征相互易位的等同等效实施方式，均属于本发明的技术保护范围 。

Claims (10)

1.一种磁悬浮电机，它是将两个单边式电磁吸引型径向磁悬浮轴承(1和2)对称地设置在具有径向气隙的旋转电机(3)的两端而成；所述单边式电磁吸引型径向磁悬浮轴承的初级定子部通过电机的外壳(4)做支撑，所述单边式电磁吸引型径向磁悬浮轴承的初级定子部由一个在内部带有部分喇叭口锥斜面的环形线圈(5、6)设置在由两个轴向长度不等的内、外环形磁极(7、8)构成的轴向口环形凹槽磁轭当中所构成；所述两个轴向长度不等的内、外环形磁极通过轴向工作气隙与设置在电机转子轴杆(9)上的转子铁心部(10、11)相对应，所述转子铁心部同时具有径、轴向两个铁心磁极，其中所述转子铁心部的径向铁心磁极(12)的外径与所述初级定子部上较长的外环形磁极的外径一致，所述转子铁心部的轴向铁心磁极(13)与所述初级定子部上较短的内环形磁极的磁极极面积保持高度对称；所述初级定子部环形线圈的非工作气隙侧全部被铁心磁轭所覆盖；所述初级定子部较短的内环形磁极与电机转子轴杆之间还留有设置现有技术磁悬浮电机用于径轴向气隙限位保护的非接触机械轴承或停断电转子防跌落机械保护机构或是内外两个均被轴向充磁的空心圆柱永磁体通过径向气隙对置形成的径向相斥型磁力轴承的空间(14、15)。

2.按照权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征是：所述转子铁心部径向磁极的外径小于所述初级定子部上较长的外环形磁极(16)的内径，所述径向磁极背离工作气隙侧的轴向截至线于初级定子部上较长外环形磁极的轴向截至线等齐。

3.一种磁悬浮电机，它是将两个电磁吸引型径轴向磁悬浮轴承(17和18)对称地设置在具有径向气隙的旋转电机(19)的两端而成；所述电磁吸引型径轴向磁悬浮轴承的初级定子部通过电机的外壳(20)做支撑；所述电磁吸引型径轴向磁悬浮轴承的初级定子部是一个同时具有径、轴向磁极的初级定子部；所述初级定子部是将一个在内部带有部分喇叭口锥斜面的环形线圈(21、22)设置在带径轴向缩口式环形凹槽磁轭当中所构成；所述初级定子部上的径轴向磁极各自通过气隙与设置在电机转子轴杆(23)上转子铁心部(24、25)相对应；所述初级定子部轴向磁极与电机转子轴杆之间还留有设置现有技术磁悬浮电机用于径轴向气隙限位保护的非接触机械轴承或停断电转子防跌落机械保护机构或是内外两个均被轴向充磁的空心圆柱永磁体通过径向气隙对置形成的径向相斥型磁力轴承的空间；所述转子铁心部可以是一个独立的部件固定于转子轴杆，也可以和电机的转子部铁心复合成一体使用。

4.按照权利要求3所述的磁悬浮电机，其特征是：所述转子铁心部可以是只带一个与初级定子部轴向磁极极面高度对称的轴向环形磁极的转子铁心部(26、27)。

5.按照权利要求3所述的磁悬浮电机，其特征是：所述转子铁心部可以是只带一个与初级定子部轴向磁极极面高度对称的轴向环形磁极并在所述轴向磁极外圆周面上设有径向缩减部(28、29)的转子铁心部，所述转子铁心径向缩减部的轴向截至线(30、31)与所述初级定子部径向磁极背离环形线圈一侧的轴向截至线等齐。

6.按照权利要求3所述的磁悬浮电机，其特征是：所述转子铁心部可以是一个外径与初级定子部轴向磁极外径一致的圆柱形铁心(32、33)。

7.一种水平轴磁悬浮电机的转子磁偏置减重方法，它是将具有径轴向气隙的电磁吸引型径轴向磁悬浮轴承或具有径向气隙的电磁吸引型径轴向磁悬浮轴承的磁悬浮电机当中存在于初级定子部径向磁极与转子部铁心磁极之间的环形气隙空间，设置成转子部铁心轴心线上下气隙空间不对等的磁偏置形式，即：转子部铁心轴心线下部的气隙空间(34)大于转子部铁心轴心线上部(35)总的气隙空间，使转子部的部分或全部重力被磁偏置所导致的向上磁拉力所抵消以及保持所述初级定子部径向磁极与转子部铁心磁极之间的环形气隙在转子铁心部中心铅垂线两侧的对称性；所述大小气隙之间可以通过渐变过渡，也可以采用大小内径阶梯式突变的方式进行。

8.按照权利要求7所述的水平轴磁悬浮电机的转子磁偏置减重方法，其特征是：所述水平轴用转子磁偏减重方法，同样适用于将一个环形线圈设置在径向口环形凹槽磁轭当中作为初级定子部，然后，通过径向气隙与转子铁心部相对应而构成的现有技术电磁吸引型轴向磁悬浮轴承当中使用或通过将两个被内外单极型辐射充磁的环套式永磁体各自设置在径向口环形凹槽当中所构成具有径向气隙的永磁径向吸引性轴向磁悬浮轴承当中使用或是内外两个均被轴向充磁的空心圆柱永磁体通过径向气隙相互对正所形成的现有技术径向吸引型轴向磁悬浮轴承当中使用；但基本前提是；在水平轴磁悬浮电机当中应当具备通过轴向气隙使轴承的定转子磁极构成相互对正并使两者的磁极面成为高度对称的吸引型径向磁悬浮轴承的存在。

9.一种垂直轴磁悬浮电机的转子磁偏置减重方法，它是将位于电机上方的轴向吸引型径向磁悬浮轴承或径轴向吸引型磁悬浮轴承定转子部之间的轴向气隙设置成大于电机下方的轴向吸引型径向磁悬浮轴承或径轴向吸引型磁悬浮轴承的定转子部之间轴向气隙来实现；但它的前提是，在垂直轴磁悬浮电机当中应具备通过径向气隙使轴承的定转子磁极构成相互对正并使两者的磁极面成为高度对称的径向吸引型轴向磁悬浮轴承的存在。

10.按照权利要求9所述的垂直轴磁悬浮电机的转子磁偏置减重方法，同样适用于将一个环形线圈设置在轴向口环形凹槽磁轭当中作为初级定子部，然后，通过轴向气隙与转子铁心部相对应而构成的现有技术电磁吸引型径向磁悬浮轴承当中使用或者是将两个被轴向充磁的环形永磁体分别设置在定转子部轴向口环形凹槽磁轭当中，再通过轴向气隙使定转部形成相互吸引的而构成的现有技术永磁径向磁悬浮轴承当中使用，所述永磁径向磁悬浮轴承的转子部也可以是一个与定子部轴向口环形凹槽磁轭壁厚相等的轴向凸起的环形导磁材料体；这种垂直轴用转子磁偏减重方法，也可以在采用将线圈设置在轴向缩口式径向口环形凹槽磁轭当中所构成的初级定子部，然后，通过轴向气隙与转子部铁心上的轴向环形磁极极面相互对正并使转子部铁心上方的轴向气隙小于下部气隙所组成的现有技术轴向吸引型径向磁悬浮轴承的磁悬浮电机当中使用。

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