CN107370321B - 一种吸尘器电机及吸尘器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及吸尘器技术领域，尤其涉及一种采用磁悬浮轴承的高速无刷吸尘器电机及吸尘器。本发明的吸尘器电机，包括定子及转子，吸尘器电机设有将所述转子悬空于所述定子内的磁悬浮轴承，所述转子包括转子轴，所述磁悬浮轴承包括设置于所述转子轴的一端、用于轴向调节所述转子轴位置的下轴向磁轴承，所述转子轴的另一端端部设置有用于轴向调节所述转子轴位置的轴向固定板。本发明的吸尘器，具有所述吸尘器电机，所述吸尘器电机包括一控制器，所述控制器根据所述吸尘器内的负载大小主动调节所述吸尘器电机的转子的速度。该吸尘器电机及吸尘器，能够克服现有电机受到轴承限制无法提高转速的问题，运转可靠，极大地延长了使用寿命，提高了工作效率。

Description

一种吸尘器电机及吸尘器

技术领域

本发明涉及吸尘器技术领域，尤其涉及一种采用磁悬浮轴承的高速无刷吸尘器电机及吸尘器。

背景技术

吸尘器电机要求具有小体积和高转速。目前，国内外主要的吸尘器产品大都采用串激电机或有刷直流电机，为了实现体积的小型化和轻量化，同时满足更大的吸力效果，常常需要提高转速。然而，这类电机一般是由机壳、永久磁钢、碳刷、转子和转子绕组构成，其在运转时，因碳刷和换向器之间会产生高速摩擦同时使转子绕组不断切换电流，导致了碳刷与换向器之间容易产生火花，若转速过高将导致碳刷与换向器之间严重磨损，从而影响产品寿命，甚至迅速烧毁。若采用常规无刷电机作为吸尘器电机，在高转速下，其轴承由于机械摩擦导致能量损耗、温度升高，从而造成轴承损坏，使检修和更换更频繁，导致现有的无刷电机其无法承受过高转速，使得转速最大只能做到80000RPM左右，无法实现超高转速150000RPM的高性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种吸尘器电机及吸尘器，能够克服现有电机受到轴承限制无法提高转速的问题，运转可靠，极大地延长了使用寿命，提高了工作效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种吸尘器电机，包括定子及转子，所述吸尘器电机设有将所述转子悬空于所述定子内的磁悬浮轴承，所述转子包括转子轴，所述磁悬浮轴承包括至少一个设置于所述转子轴的一端、用于轴向调节所述转子轴位置的下轴向磁轴承，所述转子轴的另一端端部设置有用于轴向调节所述转子轴位置的轴向固定板。

作为上述吸尘器电机的一种优选方式，所述下轴向磁轴承产生的轴向驱动力驱动所述转子轴抵靠于轴向固定板。

作为上述吸尘器电机的一种优选方式，所述下轴向磁轴承靠近所述转子轴安装有一叶轮的一端，所述轴向固定板位于所述转子轴未安装所述叶轮的一端的端部。

作为上述吸尘器电机的一种优选方式，与所述轴向固定板对应的所述转子轴的端部呈弧形曲面，所述弧形曲面为半球形曲面或椭圆形曲面。

作为上述吸尘器电机的一种优选方式，所述转子还包括固定于所述转子轴上的永磁体，所述磁悬浮轴承还包括设置于所述永磁体两侧的用于径向调节所述转子轴位置的径向磁轴承。

作为上述吸尘器电机的一种优选方式，两个所述径向磁轴承分别以所述转子的永磁体为中心对称设置。

作为上述吸尘器电机的一种优选方式，所述下轴向磁轴承和所述轴向固定板分别设置于两个所述径向磁轴承的外侧。

作为上述吸尘器电机的一种优选方式，还包括两个用于监测所述转子轴在径向所处位置的径向位置传感器，一个所述径向位置传感器对应一个所述径向磁轴承设置，所述径向位置传感器连接电机控制板。

作为上述吸尘器电机的一种优选方式，两个所述径向位置传感器设置于两个所述径向磁轴承之间，且位于所述永磁体的两侧。

作为上述吸尘器电机的一种优选方式，两个所述径向磁轴承分别为设置于所述永磁体的两侧的上径向磁轴承和下径向磁轴承，两个所述径向位置传感器分别为上径向位置传感器和下径向位置传感器，所述上径向位置传感器对应于所述上径向磁轴承)，所述下径向位置传感器对应于所述下径向磁轴承。

作为上述吸尘器电机的一种优选方式，所述轴向固定板连接电机控制板并与电机控制板集成为一体。

作为上述吸尘器电机的一种优选方式，所述吸尘器电机设置一单独控制所述磁悬浮轴承的电源。

另一方面，本发明还提供一种具有所述吸尘器电机的吸尘器，所述吸尘器电机包括一控制器，所述控制器根据所述吸尘器内的负载大小主动调节所述吸尘器电机的转子的速度。

本发明的有益效果为：

本发明的吸尘器电机，针对现有技术中用于吸尘器的电机由于轴承的限制，无法提高转速的问题而提出，其通过采用磁悬浮原理，将常规的机械接触式的结构变为非机械接触，利用两个径向磁轴承实现径向方向的位置调节，利用轴向磁轴承和轴向固定板配合实现轴向方向的限制，因而可以准确可靠地实现转子轴的位置控制，并且在转子轴转动过程中，其不与径向磁轴承、轴向磁轴承接触而避免产生磨损，从而可以很好地适应吸尘器的高转速需求，能够克服现有电机受到轴承限制无法提高转速的问题，运转可靠，极大地延长了使用寿命，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明的吸尘器电机的剖面结构示意图；

图2是图1中的吸尘器电机在I处的局部放大示意图。

图中：1-电机控制板；2-轴向固定板；3-上径向磁轴承；4-上径向位置传感器；5-定子；6-转子；7-下径向位置传感器；8-下径向磁轴承；9-下轴向磁轴承；10-叶轮；11-转子轴。

具体实施方式

传统的电机是由定子和转子组成，定子与转子之间通过机械轴承联接或存在机械接触，因此转子运动过程中存在机械摩擦。机械摩擦不使部件磨损，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，缩短电机使用寿命。

下面结合附图1-2并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1、图2所示，本发明的一实施例提供的一种吸尘器电机，包括定子5，与定子5同轴且转动设置于所述定子5内的转子6，所述转子6包括永磁体及沿所述永磁体的轴向贯穿所述定子5的转子轴11，所述吸尘器电机设有将所述转子6悬空于所述定子5内的磁悬浮轴承。

所述磁悬浮轴承包括至少一个设置于所述转子轴11的一端、用于轴向调节所述转子轴11位置的下轴向磁轴承9，所述转子轴11的另一端端部设置有用于轴向调节所述转子轴11位置的轴向固定板2，所述下轴向磁轴承9产生的轴向驱动力驱动所述转子轴11抵靠于轴向固定板2。具体地，所述下轴向磁轴承9在该吸尘器电机通电启动后，产生轴向的磁力，将所述转子轴11向轴向固定板2方向驱动，使得转子轴11抵靠于所述轴向固定板2上，以将转子在轴向方向进行调节。

在本发明实施例中，转子轴11的一端安装有叶轮10，所述下轴向磁轴承9靠近所述转子轴11安装有叶轮10的一端，所述轴向固定板2位于所述转子轴11未安装所述叶轮10的一端的端部。其中，与所述轴向固定板2对应的所述转子轴11的端部呈弧形曲面，优选的，所述弧形曲面为半球形曲面或椭圆形曲面。

所述磁悬浮轴承还包括设置于所述永磁体两侧的用于径向调节所述转子轴11位置的径向磁轴承。该吸尘器电机还包括两个用于监测所述转子轴11在径向所处位置的径向位置传感器，一个所述径向位置传感器对应一个所述径向磁轴承设置，所述径向位置传感器连接电机控制板1。

在本发明实施例中，两个所述径向磁轴承分别以所述转子6的永磁体为中心对称设置，两个所述径向位置传感器设置于两个所述径向磁轴承之间，且位于所述永磁体的两侧，所述下轴向磁轴承9和所述轴向固定板2分别设置于两个所述径向磁轴承的外侧。其中，径向位置传感器用于配合径向磁轴承来调整转子轴在径向的位置。

具体地，两个所述径向磁轴承分别为设置于所述永磁体的两侧的上径向磁轴承3和下径向磁轴承8，两个所述径向位置传感器分别为上径向位置传感器4和下径向位置传感器7，所述上径向位置传感器4对应于所述上径向磁轴承3，所述下径向位置传感器7对应于所述下径向磁轴承8。

其他实施方式中，所述轴向固定板2可以连接电机控制板1并与电机控制板1集成为一体设置。

该吸尘器电机的磁悬浮轴承均通过电机控制板配合控制，电机在启动时，先通过径向位置传感器和轴向位置传感器来检测转子轴的位置，将所述转轴的偏差信号传送入电机控制板的控制器，控制器对径向位置传感器和轴向位置传感器检测到的位置偏差信号进行适度的运算，经过电机功率放大器后将运算后的控制信号转换成控制电流，控制电流在磁悬浮轴承中产生磁力，从而驱动转子轴校正位置，因此，转子轴能够快速回到基准位置，在最终确定转子轴在轴向与径向分别到达要求位置后，电机开始运转。

在该吸尘器电机停转时，转子断电后由于旋转惯性仍然会保持旋转一定时间，此时如果磁悬浮轴承断电，转子失去平衡，会导致电机损坏，如此，所述电机需设置为在转子完全停止转动后，再断开磁悬浮轴承上线圈的电源，优选的实施方式，所述电机设置一充电电源以给磁悬浮轴承的线圈供电，避免电机断电后转子失去平衡，从而损坏电机，该充电电源在电机启动时持续充电。

该吸尘器电机在使用时能够通过控制器调整电磁参数，使转子在轴向和径向有足够的磁拉力，不会因为负载的变化导致转子的位置发生变化，保证电机正常运行。

根据吸尘器中的灰尘储量不同时，电机的负载会发生变化，传统的电机当吸尘器内的灰尘越来越多时，电机的负载会越来越大，导致电机的转速下降，导致吸尘器的真空度降低，吸力逐渐减小，而本发明吸尘器电机在运转时，控制器会根据吸尘器的负载调整转子的转速，当负载升高的同时提高转子的转速，不会因为负载的变化导致吸尘器的真空度发生变化，保证吸尘器的吸力。

在此过程中，通过轴向磁轴承和轴向固定板的共同配合，保证转子轴在轴向的位置准确。同时因为轴向固定板抵挡在转子轴的端部，因而在叶轮启动瞬间施加给转子轴朝向轴向固定板的冲力会被轴向固定板止挡，避免转子轴产生较大位移，因而运转稳定性好。

优选的，在本实施例中，径向磁轴承和轴向磁轴承均采用金属材料制成，优选的可使用高性能金属材料以减小轴承体积，减少噪音，提高电机效率；同时风道设计为冷却风道，叶轮12旋转时对轴承进行冷却，从而提高轴承寿命。

优选的，在本实施例中，径向位置传感器固定于专用的固定板上，并在固定板上设置高精度的定位结构，使径向位置传感器检测转子的位置偏差小，精度高。

本发明的吸尘器电机，作为一种全新的无刷吸尘器电机结构，其应用于吸尘器，通过磁力作用将转子悬浮起来，使转子与径向磁轴承和轴向磁轴承之间没有机械接触，所以该电机不存在机械磨损，转子可以运行到150000RPM的转速，具有无机械磨损、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种吸尘器电机，包括定子(5)及转子(6)，其特征在于，所述吸尘器电机设有将所述转子(6)悬空于所述定子(5)内的磁悬浮轴承，所述转子(6)包括转子轴(11)，所述磁悬浮轴承包括至少一个设置于所述转子轴(11)的一端、用于轴向调节所述转子轴(11)位置的下轴向磁轴承(9)，所述转子轴(11)的另一端端部设置有用于轴向调节所述转子轴(11)位置的轴向固定板(2)；所述下轴向磁轴承(9)产生的轴向驱动力驱动所述转子轴(11)抵靠于所述轴向固定板(2)；所述转子(6)还包括固定于所述转子轴(11)上的永磁体，所述磁悬浮轴承还包括设置于所述永磁体两侧的用于径向调节所述转子轴(11)位置的径向磁轴承。

2.根据权利要求1所述的吸尘器电机，其特征在于，所述下轴向磁轴承(9)靠近所述转子轴(11)安装有一叶轮(10)的一端，所述轴向固定板(2)位于所述转子轴(11)未安装所述叶轮(10)的一端的端部。

3.根据权利要求1所述的吸尘器电机，其特征在于，与所述轴向固定板(2)对应的所述转子轴(11)的端部呈弧形曲面，所述弧形曲面为半球形曲面或椭圆形曲面。

4.根据权利要求1所述的吸尘器电机，其特征在于，两个所述径向磁轴承分别以所述转子(6)的永磁体为中心对称设置。

5.根据权利要求1所述的吸尘器电机，其特征在于，所述下轴向磁轴承(9)和所述轴向固定板(2)分别设置于两个所述径向磁轴承的外侧。

6.根据权利要求1所述的吸尘器电机，其特征在于，还包括两个用于监测所述转子轴(11)在径向所处位置的径向位置传感器，一个所述径向位置传感器对应一个所述径向磁轴承设置，所述径向位置传感器连接电机控制板(1)。

7.根据权利要求6所述的吸尘器电机，其特征在于，两个所述径向位置传感器设置于两个所述径向磁轴承之间，且位于所述永磁体的两侧。

8.根据权利要求6所述的吸尘器电机，其特征在于，两个所述径向磁轴承分别为设置于所述永磁体的两侧的上径向磁轴承(3)和下径向磁轴承(8)，两个所述径向位置传感器分别为上径向位置传感器(4)和下径向位置传感器(7)，所述上径向位置传感器(4)对应于所述上径向磁轴承(3)，所述下径向位置传感器(7)对应于所述下径向磁轴承(8)。

9.根据权利要求1所述的吸尘器电机，其特征在于，所述轴向固定板(2)连接电机控制板(1)并与电机控制板(1)集成为一体。

10.根据权利要求1所述的吸尘器电机，其特征在于，所述吸尘器电机设置一单独控制所述磁悬浮轴承的电源。

11.一种具有权利要求1～10任一项所述的吸尘器电机的吸尘器，所述吸尘器电机包括一控制器，所述控制器根据所述吸尘器内的负载大小主动调节所述吸尘器电机的转子的速度。