CN107181359B - 多层永磁偏置磁悬浮单元、磁悬浮电机及家用空调 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及多层永磁偏置磁悬浮单元、磁悬浮电机及家用空调。多层永磁偏置磁悬浮单元包括永磁偏置径向磁轴承以及起浮环，所述永磁偏置径向磁轴承包括至少两层平行设置的导磁体，至少一个所述导磁体的内部设有多个第一磁极，每个第一磁极均绕制有第一激磁线圈，相邻两层所述导磁体之间设有永磁体，所述起浮环位于相邻两层所述导磁体与两层所述导磁体之间的永磁体共同形成的空间内。本发明提供的多层永磁偏置磁悬浮单元将起浮环设置在永磁偏置径向磁轴承的相邻两个导磁体与永磁体形成的空间内，充分利用空间，起浮环与永磁偏置径向磁轴承形成组件，使得磁悬浮电机的结构更加紧凑，并且便于装配。
Description
技术领域
本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及多层永磁偏置磁悬浮单元、磁悬浮电机及家用空调。
背景技术
小型电动机是最常见的将电能转化为机械能的形式，在家用电器和工业领域具有广泛的应用。传统的电动机主要包括电机定子部分、电机转子部分、转子支撑轴承以及机壳部分，电机定子部分与电机转子部分之间通过机械轴承联接或存在机械接触，因此电子转子运动过程中存在机械摩擦。机械摩擦不仅增加转子的摩擦阻力，使运动部件磨损，产生机械振动和噪声，而且会造成部件发热，使润滑剂性能变差，严重的会使电机气隙不均匀，绕组发热，温升增大，从而降低电机效能，最终缩短电机使用寿命。而且机械轴承需要润滑油来维持，这样既影响电机寿命又不利于设备的清洁，因此，为了实现超高转速运行和设备的长寿命、清洁无油必须在电动机中采用非接触式支撑方式，即磁悬浮支撑方式。
现有的磁悬浮电机转子轴的支撑通常需要径向磁悬浮轴承、径向位移传感器以及起浮环共同完成，径向磁悬浮轴承、径向位移传感器以及起浮环并列分布在转子轴上。永磁偏置径向磁轴承是一类消耗功率较低的径向磁悬浮轴承，永磁偏置径向磁轴承的两并列导磁板之间需要设置一定宽度的永磁体，为了减小电机尺寸，通常会减小永磁体的宽度，但是两块导磁板之间的距离太小会引起永磁体退磁以及磁轴承的漏磁，过大的永磁体宽度会显著增大磁悬浮电机的整体体积。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有技术磁悬浮电机中永磁偏置径向磁悬浮轴承及其配件占用轴向空间大、增大磁悬浮电机整体体积问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多层永磁偏置磁悬浮单元，包括永磁偏置径向磁轴承以及起浮环，所述永磁偏置径向磁轴承包括至少两层平行设置的导磁体，至少一个所述导磁体的内部设有多个第一磁极，每个第一磁极均绕制有第一激磁线圈，相邻两层所述导磁体之间设有永磁体，所述起浮环位于相邻两层所述导磁体与两层所述导磁体之间的永磁体共同形成的空间内。
根据本发明，所述起浮环的外圈与所述永磁体连接，所述起浮环的内圈设置有多个凹槽，每个所述凹槽内均设置有传感器探头，且所述传感器探头朝向所述起浮环内侧的端面位于所述凹槽内部。
根据本发明，所述永磁体包括多个永磁块，所述永磁块与所述第一磁极的个数相同，且多个所述永磁块在圆周上的位置与多个所述第一磁极一一对应。
根据本发明，相邻两层所述导磁体与两层所述导磁体之间的所述永磁体形成的空间内还设有径向位移传感器，所述径向位移传感器包括传感器底座以及传感器探头，所述传感器底座的外圈与所述永磁体连接，所述起浮环嵌于所述传感器底座内圈，所述传感器底座朝向设有第一磁极的导磁体一侧设有多个安装块，所述传感器探头固定于安装块上，且所述每个所述安装块均位于相邻两个第一磁极之间。
根据本发明，所述永磁偏置径向磁轴承包括两层平行设置的导磁体。
根据本发明，两层所述导磁体分别为第一导磁体和第二导磁体，所述第一导磁体内部设有多个第一磁极，所述第二导磁体为导磁板。
根据本发明，所述第二导磁体远离所述第一导磁体的一侧连接有第三导磁体，所述第二导磁体与第三导磁体形成环形空间，且所述环形空间内设有第二激磁线圈；所述第二导磁体、第三导磁体以及所述第二激磁线圈形成轴向磁轴承。
本发明还提供了一种磁悬浮电机，包括电机定子铁芯、转子轴、两个上述的多层永磁偏置磁悬浮单元以及轴向磁轴承，所述转子轴套设在两个所述多层永磁偏置磁悬浮单元以及电机定子铁芯内，且所述电机定子铁芯设置在两个所述多层永磁偏置磁悬浮单元之间；所述转子轴上设有与所述轴向磁轴承配合的推力盘；还包括用于检测所述转子轴径向位移的径向位移传感器以及用于检测所述转子轴轴向位移的轴向位移传感器。
根据本发明，所述多层永磁偏置磁悬浮单元的永磁偏置径向磁轴承包括两层所述导磁体，两层所述导磁体分别为第一导磁体和第二导磁体，所述第一导磁体内部设有多个第一磁极，所述第二导磁体为导磁板；其中一个所述多层永磁偏置磁悬浮单元的所述第二导磁体远离所述第一导磁体的一侧连接有第三导磁体，所述第二导磁体与第三导磁体形成环形空间，且所述环形空间内绕制有第二激磁线圈；所述第二导磁体、第三导磁体以及所述第二激磁线圈形成所述轴向磁轴承。
根据本发明，所述径向位移传感器包括多个传感器探头，所述起浮环的外圈与所述永磁体连接，所述起浮环的内圈设置有多个凹槽，每个所述传感器探头固定于一个所述凹槽内，且所述传感器探头朝向所述起浮环内侧的端面位于所示凹槽内部。
根据本发明，所述转子轴与所述电机定子铁芯配合处套设有主永磁体。
根据本发明，所述主永磁体的外侧包覆有护套。
根据本发明，所述护套采用碳纤维材质。
本发明还提供了一种家用空调，包括压缩机，所述压缩机内设有上述的磁悬浮电机。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明提供的多层永磁偏置磁悬浮单元将起浮环设置在永磁偏置径向磁轴承的相邻的两个导磁体与永磁体形成的空间内，充分利用空间，起浮环与永磁偏置径向磁轴承形成组件，使得磁悬浮电机的结构更加紧凑，并且便于装配。整体体积不变的情况下，永磁体的宽度相较于起浮环设在外部时明显增大，使用时转子轴可以得到更大的磁力，减少漏磁以及永磁体的退磁。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的多层永磁偏置磁悬浮单元的三维结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的多层永磁偏置磁悬浮单元的剖视图；
图3是本发明实施例一提供的多层永磁偏置磁悬浮单元的另一结构剖视图；
图4是本发明实施例二提供的多层永磁偏置磁悬浮单元的三维结构示意图；
图5是本发明实施例二提供的多层永磁偏置磁悬浮单元的剖视图；
图6是本发明实施例二提供的多层永磁偏置磁悬浮单元的另一结构剖视图；
图7是本发明实施例三提供的磁悬浮电机的结构示意图。
图中：1：永磁偏置径向磁轴承；11：第一导磁体；12：第二导磁体；13：第一磁极；14：第一激磁线圈；2：起浮环；21：凹槽；22：嵌槽；3：传感器探头；4：永磁块；5：第三导磁体；6：第二激磁线圈；7：传感器底座；71：安装块；8：电机定子铁芯；9：转子轴；10：主永磁体；101：轴向传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种多层永磁偏置磁悬浮单元，包括永磁偏置径向磁轴承1以及起浮环2，永磁偏置径向磁轴承1包括至少两层平行设置的导磁体，至少一个导磁体的内部设有多个第一磁极13，每个第一磁极均绕制有第一激磁线圈14，相邻两层导磁体之间设有永磁体，起浮环2位于相邻两层导磁体与两层导磁体之间的永磁体共同形成的空间内。起浮环2可以为机械轴承、石墨环或金属环。起浮环2的内径小于导磁体的内径，用于辅助电机启动时转子轴9浮起以及支撑电机停止时的转子轴9，在转子轴9停止运转落下时起到支撑保护的作用。具体地，本实施例中第一磁极13的个数为4个。本发明实施例提供的多层永磁偏置磁悬浮单元将起浮环2设置在永磁偏置径向磁轴承1的相邻两个导磁体与永磁体形成的空间内，充分利用空间，起浮环2与永磁偏置径向磁轴承1形成组件，使得磁悬浮电机的结构更加紧凑，并且便于装配。整体体积不变的情况下，永磁体的宽度相较于起浮环2设在外部时明显增大，使用时转子轴9可以得到更大的磁力，减少漏磁以及永磁体的退磁。
优选地，本实施例中起浮环2的外圈与永磁体连接，起浮环2的内圈设置有多个凹槽21，每个凹槽21内均设置有传感器探头3，且传感器探头3朝向起浮环2内侧的端面位于凹槽21内部。具体地，传感器探头3的数量为4个，4个传感器探头3分别检测转子轴9X正负方向以及Y轴正负方向的位移。将传感器探头3集成在起浮环2上，起浮环2起支撑保护转子轴9作用的同时可以作为传感器底座7，结构更加紧凑，可以进一步减小磁悬浮电机的整体体积。优选地，本实施例中永磁体包括多个永磁块4，永磁块4与第一磁极13的个数相同，且多个永磁块4在圆周上的位置与多个第一磁极13一一对应。永磁体分成多块且仅设置仅在与第一磁极13对应的位置，节省了永磁体材料，并且有利于永磁体的装配。需要说明的是，本实施例中永磁体也可以设置为环状。具体地，本实施例中将起浮环2的外圈设置了嵌槽22，永磁体固定时可以直接固定在嵌槽22内，结构更加稳固。
优选地，本实施例中永磁偏置径向磁轴承包括两层平行设置的导磁体，两个导磁体之间连接有永磁体，起浮环2位于两个导磁体与永磁体形成的空间内。具体地，本实施例中两层导磁体分别为第一导磁体11和第二导磁体12，第一导磁体11内部设有多个第一磁极13，第二导磁体12为导磁板。第二导磁体12选用导磁板可以减小磁悬浮单元的体积。优选地，如图3所示，本实施例中第二导磁体12远离第一导磁体11的一侧连接有第三导磁体5，第二导磁体12与第三导磁体5形成环形空间，且环形空间内绕制有第二激磁线圈6；第二导磁体12、第三导磁体5以及绕制有第二激磁线圈6的第二磁极形成轴向磁轴承。轴向磁轴承与永磁偏置径向磁轴承1共用第二导磁体12，实现轴向磁轴承与永磁偏置径向磁轴承1的一体化，进一步使得电机结构紧凑。
实施例二
本实施例二与实施例一相同的技术内容不重复描述，实施例一公开的内容也属于本实施例二公开的内容，本实施例二是另一种将径向位移传感器集成入永磁偏置磁悬浮单元的组合结构：
如图4和图5所示，本实施例中永磁偏置径向磁轴承相邻两层导磁体与两层导磁体之间的永磁体形成的空间内还设有径向位移传感器，径向位移传感器包括传感器底座7以及传感器探头3，传感器底座7的外圈与永磁体连接，起浮环2嵌于传感器底座7内圈，传感器底座7朝向设有第一磁极13的导磁体一侧设有多个安装块71，传感器探头3固定于安装块71上，且每个安装块71均位于相邻两个第一磁极13之间。起浮环2的内径小于传感器底座7的内径。具体地，本实施例中传感器底座7的设置为阶梯状，起浮环2固定于传感器底座7的阶梯面上。传感器探头3位于磁极之间不占用两导磁体之间的距离，起浮环2的宽度较大，能够起到的承载力更大。本实施例的多层永磁偏置磁悬浮单元为永磁偏置径向磁轴承1与轴向磁轴承一体式设置时，如图6所示，永磁偏置径向磁轴承1与轴向磁轴承共用第二导磁体12。
实施例三
如图7所示，本实施例提供了一种磁悬浮电机，包括电机定子铁芯8、转子轴9、两个多层永磁偏置磁悬浮单元以及轴向磁轴承。多层永磁偏置磁悬浮单元包括永磁偏置径向磁轴承1以及起浮环2，永磁偏置径向磁轴承1包括至少两层平行设置的导磁体，至少一个导磁体的内部设有多个第一磁极13，每个第一磁极均绕制有第一激磁线圈14，相邻两层导磁体之间设有永磁体，起浮环2位于相邻两层导磁体与两层导磁体之间的永磁体共同形成的空间内。转子轴9套设在两个多层永磁偏置磁悬浮单元以及电机定子铁芯8内，且电机定子铁芯8设置在两个多层永磁偏置磁悬浮单元之间；转子轴9上设有与轴向磁轴承配合的推力盘；还包括用于检测转子轴9径向位移的径向位移传感器以及用于检测转子轴9轴向位移的轴向位移传感器。本实施例中磁悬浮电机永磁偏置径向磁轴承1与起浮环2集成在一起，充分利用了永磁偏置径向磁轴承1的内部空间，起浮环2与永磁偏置径向磁轴承1形成组件，使得磁悬浮电机的结构更加紧凑，并且便于装配。磁悬浮整体体积不变的情况下，永磁体的宽度相较于起浮环2设在外部时明显增大，转子轴9可以得到更大的磁力，减少漏磁以及永磁体的退磁。
优选地，本实施例中多层永磁偏置磁悬浮单元的永磁偏置径向磁轴承包括两层导磁体，两层导磁体分别为第一导磁体11和第二导磁体12，第一导磁体11内部设有多个第一磁极13，第二导磁体12为导磁板；其中一个多层永磁偏置磁悬浮单元的第二导磁体12远离第一导磁体11的一侧连接有第三导磁体5，第二导磁体12与第三导磁体5形成环形空间，且环形空间内绕制有第二激磁线圈6；第二导磁体12、第三导磁体5以及绕制有第二激磁线圈6的第二磁极形成轴向磁轴承。磁悬浮电机的一侧采用仅一侧设置磁极的永磁偏置磁悬浮单元，另一侧采用轴承磁轴承与永磁偏置径向磁轴承1结合的永磁偏置磁悬浮单元，整体结构更加紧凑。
优选地，本实施例中径向位移传感器包括多个传感器探头3，起浮环2的外圈与永磁体连接，起浮环2的内圈设置有多个凹槽21，每个传感器探头3固定于一个凹槽21内，且传感器探头3朝向起浮环2内侧的端面与凹槽21底部之间的距离小于凹槽21开口与凹槽21底部之间的距离。将传感器探头3集成在起浮环2上，起浮环2起支撑保护转子轴9作用的同时可以作为传感器底座7，结构更加紧凑，可以进一步减小磁悬浮电机的整体体积。
优选地，本实施例中转子轴9与电机定子铁芯8配合处设有主永磁体10。主永磁体10与转子轴9形成转子组件共同转动，使该电机成为永磁电机，相较于普通电机，主永磁体10占用空间小，结构更加紧凑。进一步地，本实施例中主永磁体10的外侧包覆有护套。设置护套避免主永磁体10在离心力作用下破裂，提高主永磁体10的使用寿命。优选地，本实施例中护套采用高强度不导磁材料如碳纤维，3J40，GH4169。采用高强度低密度的碳纤维材质更大程度上保证了电机的轻量化。
优选地，本实施例中轴向传感器101设置在转子轴9的非输出端，节省磁悬浮电机内部空间。
实施例四
本实施例中提供了一种家用空调，包括压缩机，压缩机内设有入实施例三中所述的磁悬浮电机。提高了家用空调的使用寿命，降低了噪音，提高了系统性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (13)
1.一种多层永磁偏置磁悬浮单元，其特征在于：包括永磁偏置径向磁轴承以及起浮环，所述永磁偏置径向磁轴承包括至少两层平行设置的导磁体，至少一个所述导磁体的内部设有多个第一磁极，每个第一磁极均绕制有第一激磁线圈，相邻两层所述导磁体之间设有永磁体，所述起浮环位于相邻两层所述导磁体与两层所述导磁体之间的永磁体共同形成的空间内；所述起浮环的外圈与所述永磁体连接，所述起浮环的内圈设置有多个凹槽，每个所述凹槽内均设置有传感器探头，且所述传感器探头朝向所述起浮环内侧的端面位于所述凹槽内部。
2.根据权利要求1所述的多层永磁偏置磁悬浮单元，其特征在于：所述永磁体包括多个永磁块，所述永磁块与所述第一磁极的个数相同，且多个所述永磁块在圆周上的位置与多个所述第一磁极一一对应。
3.根据权利要求1所述的多层永磁偏置磁悬浮单元，其特征在于：相邻两层所述导磁体与两层所述导磁体之间的所述永磁体形成的空间内还设有径向位移传感器，所述径向位移传感器包括传感器底座以及传感器探头，所述传感器底座的外圈与所述永磁体连接，所述起浮环嵌于所述传感器底座内圈，所述传感器底座朝向设有第一磁极的导磁体一侧设有多个安装块，所述传感器探头固定于安装块上，且每个所述安装块均位于相邻两个第一磁极之间。
4.根据权利要求1所述的多层永磁偏置磁悬浮单元，其特征在于：所述永磁偏置径向磁轴承包括两层平行设置的导磁体。
5.根据权利要求4所述的多层永磁偏置磁悬浮单元，其特征在于：两层所述导磁体分别为第一导磁体和第二导磁体，所述第一导磁体内部设有多个第一磁极，所述第二导磁体为导磁板。
6.根据权利要求5所述的多层永磁偏置磁悬浮单元，其特征在于：所述第二导磁体远离所述第一导磁体的一侧连接有第三导磁体，所述第二导磁体与第三导磁体形成环形空间，且所述环形空间内绕制有第二激磁线圈；所述第二导磁体、第三导磁体以及第二激磁线圈形成轴向磁轴承。
7.一种磁悬浮电机，其特征在于：包括电机定子铁芯、转子轴、两个如权利要求1所述的多层永磁偏置磁悬浮单元以及轴向磁轴承，所述转子轴套设在两个所述多层永磁偏置磁悬浮单元以及电机定子铁芯内，且所述电机定子铁芯设置在两个所述多层永磁偏置磁悬浮单元之间；
所述转子轴上设有与所述轴向磁轴承配合的推力盘；
还包括用于检测所述转子轴径向位移的径向位移传感器以及用于检测所述转子轴轴向位移的轴向位移传感器。
8.根据权利要求7所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述多层永磁偏置磁悬浮单元的永磁偏置径向磁轴承包括两层所述导磁体，两层所述导磁体分别为第一导磁体和第二导磁体，所述第一导磁体内部设有多个第一磁极，所述第二导磁体为导磁板；其中一个所述多层永磁偏置磁悬浮单元的所述第二导磁体远离所述第一导磁体的一侧连接有第三导磁体，所述第二导磁体与第三导磁体形成环形空间，且所述环形空间内设有第二激磁线圈；所述第二导磁体、第三导磁体以及所述第二激磁线圈形成所述轴向磁轴承。
9.根据权利要求7所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述径向位移传感器包括多个传感器探头，所述起浮环的外圈与所述永磁体连接，所述起浮环的内圈设置有多个凹槽，每个所述传感器探头固定于一个所述凹槽内，且所述传感器探头朝向所述起浮环内侧的端面位于所示凹槽内部。
10.根据权利要求7所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述转子轴与所述电机定子铁芯配合处设有主永磁体。
11.根据权利要求10所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述主永磁体的外侧包覆有护套。
12.根据权利要求11所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述护套采用碳纤维材质。
13.一种家用空调，其特征在于：包括压缩机，所述压缩机内设有如权利要求8-12任一项所述的磁悬浮电机。
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