CN108288926A - 磁悬浮电机 - Google Patents

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张冰青
张祎晶
张潇文
吴昊
杜粒田
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Du Litian
Wu Hao
Zhang Bingqing
Zhang Daijing
Zhang Xiaowen
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Abstract

本发明公开了一种磁悬浮电机，包括壳体、转子盘、定子盘和转动轴，所述定子盘固定在所述壳体上，所述定子盘和所述转子盘均套设在所述转动轴外并与所述转动轴之间留有间隙，多个所述转子盘和多个所述定子盘轴向间隔布置；所述转子盘上设有n个永磁体，n个所述永磁体沿圆周方向均匀间隔排列，n为偶数，同一所述转子盘的同一径向方向上的一对所述永磁体的极性相同，相邻层所述转子盘沿同一轴线方向上的所述永磁体的极性相反；所述定子盘上设有n个无铁芯线圈绕组，n个所述无铁芯线圈绕组沿圆周方向均匀间隔排列；通电时，所述转子盘带动所述转动轴一起绕中心轴线自转。本发明能减少摩擦能耗，同时在轴向和径向上控制转动轴。

Description

磁悬浮电机
技术领域
本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种磁悬浮电机。
背景技术
现有电机的轴承按其功能分为推力轴承和径向轴承，按其内部结构分为滑动和滚动轴承。在各类轴承中，存在以下问题，首先，由于机械摩擦造成能量损耗；其次是温度升高造成轴承损坏；第三是因摩擦磨损使得检修、更换频繁。
磁悬浮电机是一种利用磁场力将转子悬浮于空间，不需要任何介质而实现承载的非接触支承装置，与传统电机需要滚动和滑动轴承相比，磁悬浮电机的转轴几乎没有机械接触，不需要传力介质，避免了由于摩擦而产生的能量损耗。但是，现有的盘式磁悬浮电机在轴向和径向上对转动轴没有限制，转动轴在转动时，容易发生轴向窜动和径向摆动，影响传动性能，降低了电机的效率。
因此，有必要设计一种减少摩擦能耗，同时在轴向和径向上控制转动轴的磁悬浮电机。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种减少摩擦能耗，同时在轴向和径向上控制转动轴的磁悬浮电机。
本发明的技术方案提供一种磁悬浮电机，包括壳体、转子盘、定子盘和转动轴，所述定子盘固定在所述壳体上，所述定子盘和所述转子盘均套设在所述转动轴外并与所述转动轴之间留有间隙，多个所述转子盘和多个所述定子盘轴向间隔布置；
所述转子盘上设有n个永磁体，n个所述永磁体沿圆周方向均匀间隔排列，n为偶数，同一所述转子盘的同一径向方向上的一对所述永磁体的极性相同，相邻层所述转子盘沿同一轴线方向上的所述永磁体的极性相反；
所述定子盘上设有n个无铁芯线圈绕组，n个所述无铁芯线圈绕组沿圆周方向均匀间隔排列；
通电时，所述转子盘带动所述转动轴一起绕中心轴线自转。
进一步地，所述壳体包括上端盖、下端盖和筒体，所述上端盖与所述转动轴通过第一轴承连接，所述下端盖与所述转动轴通过第二轴承连接，所述定子盘固定在所述筒体的内壁上。
进一步地，所述转子盘有m+1个，所述定子盘有m个，m为自然数，所述定子盘被夹持在两个所述转子盘之间。
进一步地，所述转子盘还包括磁轭，所述磁轭为圆盘形，n个所述永磁体沿所述磁轭的圆周方向均匀间隔排列；
其中最上层和最下层的所述磁轭中，所述永磁体固定在所述磁轭的内表面；
中间层的所述磁轭中，所述永磁体固定在所述磁轭的上下表面。
进一步地，最上层和最下层的所述磁轭中，所述永磁体粘贴到所述磁轭的内表面；
中间层的所述磁轭中，所述永磁体嵌入到所述磁轭的上下表面。
进一步地，所述磁轭的中心开设有通孔，所述通孔上形成有内平面，所述转动轴的圆周面上设有对应所述内平面的削平面。
进一步地，所述定子盘还包括环氧树脂，所述环氧树脂浇注n个所述无铁芯线圈绕组形成所述定子盘。
进一步地，所述磁悬浮电机还包括多个磁轭支撑环，多个所述磁轭支撑环套设在所述转动轴上，所述磁轭支撑环用于沿轴向夹持所述转子盘。
进一步地，每个所述永磁体的剩磁、磁感矫顽力、内禀矫顽力和磁能积磁性能指标相同。
进一步地，同一所述转子盘上的相邻所述永磁体之间的极性相反。
采用上述技术方案后，具有如下有益效果：
本发明由于同一所述转子盘的同一径向方向上的一对所述永磁体的极性相同，产生的径向磁力使转动轴悬浮并且防止转动轴的径向移动，减小摩擦；又由于相邻层所述转子盘沿同一轴线方向上的所述永磁体的极性相反，产生轴向磁力防止转动轴轴向窜动，精确定位。
附图说明
参见附图，本发明的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是本发明一实施例中磁悬浮电机的立体图；
图2是本发明一实施例中磁悬浮电机的剖视图；
图3是本发明一实施例中磁悬浮电机的省略筒体后的爆炸图；
图4是图3中省略壳体和定子盘后的立体图；
图5是本发明一实施例中磁悬浮电机的最上层的磁轭的立体图；
图6是本发明一实施例中磁悬浮电机的中层的磁轭的立体图；
图7是本发明一实施例中磁悬浮电机的定子盘的立体图；
图8是图4中省略磁轭后的立体图；
图9是图8中省略永磁体后的立体图；
图10是图9的爆炸图。
附图标记对照表：
1-壳体 2-转子盘 3-定子盘
4-转动轴 11-上端盖 12-下端盖
13-筒体 21-永磁体 22a-磁轭
22b-磁轭 221-通孔 222-内平面
223-磁体槽 31-中心孔 41-第一轴承
42-第二轴承 43-本体 44-磁轭支撑环
431-削平面
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或视为对发明技术方案的限定或限制。
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
本实施例中，如图1-2所示，磁悬浮电机，包括壳体1、转子盘2、定子盘3和转动轴4，定子盘3固定在壳体1上，定子盘3和转子盘2均套设在转动轴4外并与转动轴4之间留有间隙，多个转子盘2和多个定子盘3轴向间隔布置；
转子盘2上设有n个永磁体21，n个永磁体21沿圆周方向均匀间隔排列，n为偶数，同一转子盘2的同一径向方向上的一对永磁体21的极性相同，相邻层转子盘2沿同一轴线方向上的永磁体21的极性相反；
定子盘3上设有n个无铁芯线圈绕组，n个无铁芯线圈绕组沿圆周方向均匀间隔排列；
通电时，转子盘2带动转动轴4一起绕中心轴线自转。
其中，转子盘2与转动轴4之间存在径向间隙，不通电时，转子盘2可以相对于转动轴4的轴向方向上下窜动。转子盘2同时与可以带动转动轴4转动，通电时，转子盘2能够带动转动轴4一起绕自身的中心轴线转动。
定子盘3与转动轴4之间也存在径向间隙，并且定子盘3是固定在壳体1上的。因此，定子盘3和壳体1始终固定不动的。通电时，转子盘2转动，并产生径向磁力和轴向磁力，径向磁力使转动轴悬浮，减小摩擦。
其中，由于同一转子盘2的同一径向方向上的一对永磁体21的极性相同，产生的径向磁力防止转动轴4的径向移动；又由于相邻层转子盘2沿同一轴线方向上的永磁体21的极性相反，产生轴向磁力防止转动轴4轴向窜动，能够精确定位。
进一步地，如图2-3所示，壳体1包括上端盖11、下端盖12和筒体13，上端盖11与转动轴4通过第一轴承41连接，下端盖12与转动轴4通过第二轴承42连接，定子盘3固定在筒体13的内壁上。
具体为，筒体13的内壁开设有多个安装槽，定子盘3的外缘卡入安装槽中与筒体13固定连接。
当转动轴4转动时，上端盖11和下端盖12不会一起转动。
进一步地，如图2所示，转子盘2有m+1个，定子盘3有m个，m为自然数，定子盘3被夹持在两个转子盘2之间。
本实施例中，m为5。转子盘2上下夹持定子盘3，最上层和最下层均是转子盘2。
进一步地，如图4-6所示，转子盘2还包括磁轭(22a,22b)，磁轭22(22a,22b)为圆盘形，n个永磁体21沿磁轭(22a,22b)的圆周方向均匀间隔排列；
其中最上层和最下层的磁轭22a中，永磁体21固定在磁轭22a的内表面；
中间层的磁轭22b中，永磁体21固定在磁轭22b的上下表面。
具体为，如图5所示，最上层和最下层的磁轭22a的中心开设有通孔221，通孔221上形成有内平面222。永磁体21粘贴到磁轭22a的内表面，即最上层的磁轭22a的永磁体22粘贴在下表面，最下层的磁轭22b的永磁体粘贴的上表面。
如图6所示，中间层的磁轭22b的上下表面均开设有多个与永磁体22一一对应的磁体槽223，永磁体21嵌入到磁体槽223中。
进一步地，如图7所示，定子盘3还包括环氧树脂，环氧树脂浇注n个无铁芯线圈绕组(图未示)形成定子盘3。无铁芯线圈绕组的形状与永磁体的形状相同。
定子盘3的中心开设有中心孔31，中心孔31与转动轴4之间间隙配合。
本实施例中，如图8所示，同一转子盘2的同一径向方向上的一对永磁体21的极性相同，相邻层转子盘2沿同一轴线方向上的永磁体21的极性相反，同一转子盘2上的相邻永磁体21之间的极性相反。
进一步地，如图9-10所示，转动轴4从上往下依次套设有第一轴承41，第一轴承环48，5个磁轭支撑环44，第二轴承环49和第二轴承42。
转动轴4本身从上往下依次包括第一台阶部45、本体43、法兰盘47、第二台阶部46，本体43上开设有对应内平面222的削平面431，法兰盘47设置在本体43的下部。
其中，第一轴承41和第一轴承环48安装在第一台阶部45上；磁轭支撑环44间隔安装在本体43上，第二轴承环49和第二轴承42安装在第二台阶部46。
第一轴承环48与第一层磁轭支撑环44之间安装最上层的磁轭22a，第四层磁轭支撑环44与法兰盘47之间安装第五层的磁轭22b，第五层磁轭支撑环44与第二轴承环49之间安装最下层的磁轭22a，其余的磁轭22b安装在两个磁轭支撑环44之间。
进一步地，每个永磁体21的剩磁、磁感矫顽力、内禀矫顽力和磁能积磁性能指标相同。
本发明可广泛用于各种大中小型载重、公交、出租家用汽车、火车、轨道机车、航天航空、航海舰船、军事装备、工农业机械等作为动力使用。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁悬浮电机，包括壳体、转子盘、定子盘和转动轴，其特征在于，所述定子盘固定在所述壳体上，所述定子盘和所述转子盘均套设在所述转动轴外并与所述转动轴之间留有间隙，多个所述转子盘和多个所述定子盘轴向间隔布置；
所述转子盘上设有n个永磁体，n个所述永磁体沿圆周方向均匀间隔排列，n为偶数，同一所述转子盘的同一径向方向上的一对所述永磁体的极性相同，相邻层所述转子盘沿同一轴线方向上的所述永磁体的极性相反；
所述定子盘上设有n个无铁芯线圈绕组，n个所述无铁芯线圈绕组沿圆周方向均匀间隔排列；
通电时，所述转子盘带动所述转动轴一起绕中心轴线自转。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述壳体包括上端盖、下端盖和筒体，所述上端盖与所述转动轴通过第一轴承连接，所述下端盖与所述转动轴通过第二轴承连接，所述定子盘固定在所述筒体的内壁上。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述转子盘有m+1个，所述定子盘有m个，m为自然数，所述定子盘被夹持在两个所述转子盘之间。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述转子盘还包括磁轭，所述磁轭为圆盘形，n个所述永磁体沿所述磁轭的圆周方向均匀间隔排列；
其中最上层和最下层的所述磁轭中，所述永磁体固定在所述磁轭的内表面；
中间层的所述磁轭中，所述永磁体固定在所述磁轭的上下表面。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮电机，其特征在于，最上层和最下层的所述磁轭中，所述永磁体粘贴到所述磁轭的内表面；
中间层的所述磁轭中，所述永磁体嵌入到所述磁轭的上下表面。
6.根据权利要求4所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述磁轭的中心开设有通孔，所述通孔上形成有内平面，所述转动轴的圆周面上设有对应所述内平面的削平面。
7.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述定子盘还包括环氧树脂，所述环氧树脂浇注n个所述无铁芯线圈绕组形成所述定子盘。
8.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述磁悬浮电机还包括多个磁轭支撑环，多个所述磁轭支撑环套设在所述转动轴上，所述磁轭支撑环用于沿轴向夹持所述转子盘。
9.根据权利要求1-8任一项所述的磁悬浮电机，其特征在于，每个所述永磁体的剩磁、磁感矫顽力、内禀矫顽力和磁能积磁性能指标相同。
10.根据权利要求1-8任一项所述的磁悬浮电机，其特征在于，同一所述转子盘上的相邻所述永磁体之间的极性相反。
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