CN111262475A - 一种用于磁悬浮电机的转子及新型磁悬浮电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于磁悬浮电机的转子及新型磁悬浮电机，所述转子包括沿轴向顺次且同轴设置的转子前轴头、转子前块、第一转子轴、转子永磁体、第二转子轴、转子后块和转子后轴头，还包括前磁圈、后磁圈、屏蔽层和套管；所述前磁圈套设在所述转子前块的径向外表面，所述后磁圈套设在所述转子后块的径向外表面；所述套管套设在所述前磁圈、所述后磁圈的径向外表面，且所述套管的两端分别与所述转子前轴头和所述转子后轴头固定连接。本发明通过对磁悬浮电机的转子进行改进，并配备能够产生电磁场和永磁场的复合径向轴承和复合轴向轴承，确保转子在断电停机的状态下也能够在磁场的作用下而悬浮，无需设置辅助轴承，便于后期使用维护。

Description

一种用于磁悬浮电机的转子及新型磁悬浮电机

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种用于磁悬浮电机的转子新型磁悬浮电机。

背景技术

磁悬浮电机是转子在磁场的作用力下悬浮高速运行，在转子的两端各设置一个径向磁轴承，并在每个径向磁轴承对应的位置设置一位置传感器，用以控制转子在径向的四个自由度；在转子的一端设置轴向磁轴承，用以控制转子在轴向上的一个自由度；径向磁轴承和轴向磁轴承用以控制转子的运行。在通电后，径向磁轴承产生的磁场驱动转子悬浮，轴向磁轴承限制转子的轴向自由度；而在断电后，无磁场的作用力下，转子会降落。因此，在常规的套设在磁悬浮电机中，在转子的轴向两端还需要各自设置一辅助轴承，用以支撑不工作状态的转子，对转子进行限位，避免转子与电机内部其他结构撞击而影响电机性能和使用寿命。上述传统结构的磁悬浮电机存在零部件多、系统复杂、可靠性差、维护难度大的缺陷，不利于用户的实际使用。

发明内容

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题的新型磁悬浮电机。具体地，本发明提供一种系统简化、可靠性高的无辅助轴承的磁悬浮电机。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种用于磁悬浮电机的转子，所述转子包括沿轴向顺次且同轴设置的转子前轴头、转子前块、第一转子轴、转子永磁体、第二转子轴、转子后块和转子后轴头，还包括前磁圈、后磁圈、屏蔽层和套管；其中，所述前磁圈套设在所述转子前块的径向外表面，所述后磁圈套设在所述转子后块的径向外表面；所述套管套设在所述前磁圈、所述第一转子轴、所述转子永磁体、所述第二转子轴、所述后磁圈的径向外表面，且所述套管的两端分别与所述转子前轴头和所述转子后轴头固定连接；

所述转子前轴头与所述转子前块之间、所述转子前块与所述第一转子轴之间、所述第二转子轴与所述转子后块之间、所述转子后块与所述转子后轴头之间均设置有屏蔽层，且所述屏蔽层的外径与所述套管的内径相等。

其中，所述前磁圈包括沿轴向分布的至少两块前永磁体和前极间屏蔽环，相邻两个所述前永磁体之间设置一块所述前极间屏蔽环，且相邻两个所述前永磁体的径向极性相反。

其中，所述后磁圈包括沿轴向分布的至少两块后永磁体和后极间屏蔽环，相邻两个所述后永磁体之间设置一块所述后极间屏蔽环，且相邻两个所述后永磁体的径向极性相反。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种新型磁悬浮电机，所述磁悬浮电机包括如上所述的转子，以及套设在所述转子上的定子、前复合径向轴承、后复合径向轴承，所述定子位于所述转子永磁体的径向外周，所述前复合径向轴承位于所述前磁圈的径向外周，所述后复合径向轴承位于所述后磁圈的径向外周；其中，

所述前复合径向轴承包括沿轴向依次分布的前径向磁轴承、前径向永磁体和前径向衔铁，所述前径向永磁体的极性与所述前径向磁轴承的线圈极性方向相同、且与所述前磁圈的极性方向相反；

所述后复合径向轴承包括沿轴向依次分布的后径向衔铁、后径向永磁体和后径向磁轴承，所述后径向永磁体的极性与所述后径向磁轴承的线圈极性方向相同、且与所述后磁圈的极性方向相反。

其中，所述新型磁悬浮电机包括推力盘和复合轴向轴承，所述推力盘同轴固定在所述转子的所述转子后轴头上，所述复合轴向轴承位于所述推力盘的径向外周、且与所述推力盘轴向固定，所述复合轴向轴承与所述推力盘之间磁性相斥。

其中，所述复合轴向轴承包括位于所述推力盘轴向前端的前复合轴向轴承和位于所述推力盘后端的后复合轴向轴承；其中，所述前复合轴向轴承包括前轴向磁轴承和前轴向永磁体，所述前轴向永磁体嵌设在所述前轴向磁轴承的轴向前端面，所述前轴向磁轴承的轴向后端面朝向所述推力盘设置，且所述前轴向永磁体与所述前轴向磁轴承的线圈极性方向相同；

所述后复合轴向轴承包括后轴向磁轴承和后轴向永磁体，所述后轴向永磁体嵌设在所述后轴向磁轴承的轴向后端面，所述后轴向磁轴承的轴向前端面朝向所述推力盘设置，且所述后轴向永磁体与所述后轴向磁轴承的线圈极性方向相同。

其中，所述推力盘在轴向上嵌设有若干呈环状分布、且等间隔设置的推力盘永磁体，所述推力盘永磁体为轴向充磁。

其中，所述推力盘永磁体的两侧极性与所述复合轴向轴承的对应面的极性相同。

其中，所述新型磁悬浮电机还包括冷却套，所述冷却套套设在所述定子的径向外周。

本发明通过对磁悬浮电机的转子进行改进，并配备能够产生电磁场和永磁场的复合径向轴承和复合轴向轴承，确保转子在断电停机的状态下也能够在磁场的作用下而悬浮，无需设置辅助轴承，简化磁悬浮电机的结构构成，提高磁悬浮电机的运行性能，便于后期使用维护。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了本发明的用于磁悬浮电机的转子的结构示意图；

图2示例性地示出了本发明的新型磁悬浮电机的结构示意图；

图3示例性地示出了推力盘的结构示意图。

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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

发明人通过对转子结构进行改进，并设计相应的复合径向轴承和复合轴向轴承以及推力盘，使复合径向轴承与转子之间、复合轴向轴承与推力盘之间均以相斥的方式工作，并且通过设置相应的永磁体使得当磁悬浮电机断电后仍有足够的磁力磁场保持转子悬浮，无需设置辅助轴承，进而简化磁悬浮电机的结构，提高磁悬浮电机的可靠性，并且降低维护难度。

下面结合附图，对根据本发明所提供的用于磁悬浮电机的转子及新型磁悬浮电机进行详细描述。

图1示出了本发明的用于磁悬浮电机的转子的一种结构示意图，参照图1所示，该转子1包括沿轴向顺次且同轴设置的转子前轴头101、转子前块102、第一转子轴103、转子永磁体11、第二转子轴104、转子后块105和转子后轴头106，还包括前磁圈12、后磁圈13、屏蔽层14和套管15。其中，前磁圈12套设在转子前块102的径向外表面，后磁圈13套设在转子后块105的径向外表面。套管15套设在前磁圈12、第一转子轴103、转子永磁体11、第二转子轴104、后磁圈13的径向外表面，并且套管15的两端分别与转子前轴头101和转子后轴头106固定连接；转子前轴头101与转子前块102之间、转子前块102与第一转子轴103之间、第二转子轴104与转子后块105之间、转子后块105与转子后轴头106之间均设置有屏蔽层14，用以对前磁圈12和后磁圈13的磁场进行阻隔屏蔽，避免前磁圈12和后磁圈13产生的磁场在转子1的轴向上外散而影响转子的运行稳定性以及保证磁场的稳定性。具体地，屏蔽层14的外径与套管15的内径相等，或者屏蔽层14与套管15过盈配合安装，以充分保证屏蔽层14对磁场的阻隔屏蔽效果。

在实际应用中，上述各结构件在转子1的轴向上采用粘结或挤压嵌合的方式连接，径向由套管15进行覆盖、整合，保证转子1的结构稳定性和连接强度。

具体地，前磁圈12包括沿轴向分布的至少两块前永磁体121和前极间屏蔽环122，相邻两个前永磁体121之间设置一块前极间屏蔽环122，并且相邻两块前永磁体121的径向极性相反。相应的，后磁圈13包括沿轴向分布的至少两块后永磁体131和后极间屏蔽环132，相邻两个后永磁体131之间设置一块后极间屏蔽环132，并且相邻两块后永磁体131的径向极性相反。在本实施例中，前磁圈12包括由前极间屏蔽环122隔离安装的两个前永磁体121，后磁圈13包括由后极间屏蔽环132隔离安装的两个后永磁体131。

针对上述转子的实际应用，本发明还提供了一种新型磁悬浮电机，图2示出了该新型磁悬浮电机的一种具体实施例的内部结构示意图，参照图2所示，该磁悬浮电机包括如上所述的转子1，还包括套设在转子1上的定子2、前复合径向轴承3、后复合径向轴承4。其中，定子2位于转子永磁体11的径向外周，前复合径向轴承3位于前磁圈12的径向外周，后复合径向轴承4位于后磁圈13的径向外周。其中，前复合径向轴承3与前磁圈12之间为有永磁场和电磁场两种作用力，后复合径向轴承4与后磁圈13之间也有永磁场和电磁场两种作用力，在通电时，此新型磁悬浮电机的运行更加稳定；在断电时，电磁场不作用，但是有永磁体产生的磁场，可以令转子1在停机时也保持悬浮状态，无需设置辅助轴承，简化磁悬浮电机的结构组成，结构简单，便于后期维护。

具体地，前复合径向轴承3包括沿轴向依次分布的前径向磁轴承31、前径向永磁体32和前径向衔铁33，前径向永磁体32的极性与前径向磁轴承31的线圈极性方向相同、且与前磁圈12的极性方向相反，确保前复合径向轴承3与前磁圈12之间为相斥的作用力，即前复合径向轴承3与转子1之间为相斥的作用力。在本实施例中，前径向永磁体32位于前径向磁轴承31与前径向衔铁33的径向外端面之间，前径向磁轴承31的磁极方向为径向，前径向永磁体32的磁极方向为轴向，并且前径向磁轴承31产生的电磁场与前径向永磁体32产生的永磁场在前径向磁轴承31→前径向永磁体32→前径向衔铁33所构成的U型传递方向上相互叠加，最终使得前径向磁轴承31的内环面的磁极与前径向衔铁33的内环面的磁极相反。相适应的，前磁圈12的两个前永磁体121的径向极性相反，且前径向磁轴承31对应的前永磁体121的径向外周磁极与前径向磁轴承31的径向内环面的磁极极性相同、前径向衔铁33所对应的前永磁体121的径向外周磁极与前径向衔铁33的径向内环面的磁极极性相同，确保前复合径向轴承3与前磁圈12之间时刻存在相斥的磁场作用力。

相对应的，后复合径向轴承4包括沿轴向依次分布的后径向衔铁41、后径向永磁体42和后径向磁轴承43，后径向永磁体42的极性与后径向磁轴承43的线圈极性方向相同、且与后磁圈13的极性方向相反，确保后复合径向轴承4与后磁圈13之间为相斥的作用力，即后复合径向轴承4与转子1之间为相斥的作用力。在本实施例中，后径向永磁体42位于后径向磁轴承43与后径向衔铁41的径向外端面之间，后径向磁轴承43的磁极方向为径向，后径向永磁体42的磁极方向为轴向，并且后径向磁轴承43产生的电磁场与后径向永磁体42产生的永磁场在后径向磁轴承43→后径向永磁体42→后径向衔铁41所构成的U型传递方向上相互叠加，最终使得后径向磁轴承43的内环面的磁极与后径向衔铁41的内环面的磁极相反。相适应的，后磁圈13的两个后永磁体131的径向极性相反，且后径向磁轴承43对应的后永磁体131的径向外周磁极与后径向磁轴承43的径向内环面的磁极极性相同、后径向衔铁41所对应的后永磁体131的径向外周磁极与后径向衔铁41的径向内环面的磁极极性相同，充分保证后复合径向轴承4与后磁圈13之间时刻存在相斥的磁场作用力。

另外，本发明的新型磁悬浮电机还包括推力盘5和复合轴向轴承6，推力盘5同轴固定在转子1的转子后轴头106上，复合轴向轴承6位于推力盘5的径向外周、且与推力盘5轴向固定，复合轴向轴承6与推力盘5之间磁性相斥。通过复合轴向轴承6与推力盘5之间的磁场作用，有效保证转子1运行过程中在轴向上的位置稳定性，以进一步保证新型磁悬浮电机的运行性能。

在本发明中，复合轴向轴承6包括位于推力盘5轴向前端的前复合轴向轴承61和位于推力盘5后端的后复合轴向轴承62。其中，前复合轴向轴承61包括前轴向磁轴承611和前轴向永磁体612，前轴向永磁体612嵌设在前轴向磁轴承611的轴向前端面，前轴向磁轴承611的轴向后端面朝向推力盘5设置，且前轴向永磁体612与前轴向磁轴承611的线圈极性方向相同。后复合轴向轴承62包括后轴向磁轴承621和后轴向永磁体622，后轴向永磁体622嵌设在后轴向磁轴承621的轴向后端面，后轴向磁轴承621的轴向前端面朝向推力盘5设置，且后轴向永磁体622与后轴向磁轴承621的线圈极性方向相同。

图3示出了推力盘的一种结构示意图，综合图2和图3所示，在本发明中，推力盘5在轴向上嵌设有若干呈环状分布、且等间隔设置的推力盘永磁体51，用以与复合轴向轴承6中的前轴向永磁体612、后轴向永磁体622所产生的磁场相互作用，确保在电机运行过程中推力盘5的位置稳定，即保证转子1的轴向运行稳定性。

具体地，推力盘永磁体51为轴向充磁，并且推力盘永磁体51的两侧极性与复合轴向轴承6的对应面的极性相同，如图2所示的方位中，推力盘永磁体51的左侧面的极性与前轴向磁轴承61的右侧面的极性相同，推力盘永磁体51的右侧面的极性与后轴向磁轴承62的左侧面的极性相同，以保证复合轴向轴承6与推力盘5之间也为相斥的磁场力。

为进一步确保新型磁悬浮电机在运行过程中的转子1的位置稳定性，在转子1的两端分别设置有第一位置传感器81和第二位置传感器82，用以实时检测转子1的位置变化情况。在图2所示的实施例中，第一位置传感器81设置在转子前轴头101对应的位置处，第二位置传感器82位于转子后轴头106对应的位置处。

需要指出的是，本发明的新型磁悬浮电机还包括冷却套7，冷却套7套设在定子2的径向外周，用以在电机运行过程中传导定子2所产生的热量，为新型磁悬浮电机进行降温，保证该新型磁悬浮电机的运行温度，进而保证新型磁悬浮电机的运行稳定性。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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 (9)

1.一种用于磁悬浮电机的转子（1），其特征在于，所述转子（1）包括沿轴向顺次且同轴设置的转子前轴头（101）、转子前块（102）、第一转子轴（103）、转子永磁体（11）、第二转子轴（104）、转子后块（105）和转子后轴头（106），还包括前磁圈（12）、后磁圈（13）、屏蔽层（14）和套管（15）；其中，

所述前磁圈（12）套设在所述转子前块（102）的径向外表面，所述后磁圈（13）套设在所述转子后块（105）的径向外表面；

所述套管（15）套设在所述前磁圈（12）、所述第一转子轴（103）、所述转子永磁体（11）、所述第二转子轴（104）、所述后磁圈（13）的径向外表面，且所述套管（15）的两端分别与所述转子前轴头（101）和所述转子后轴头（106）固定连接；

所述转子前轴头（101）与所述转子前块（102）之间、所述转子前块（102）与所述第一转子轴（103）之间、所述第二转子轴（104）与所述转子后块（105）之间、所述转子后块（105）与所述转子后轴头（106）之间均设置有屏蔽层（14），且所述屏蔽层（14）的外径与所述套管（15）的内径相等。

2.如权利要求1所述的用于磁悬浮电机的转子（1），其特征在于，所述前磁圈（12）包括沿轴向分布的至少两块前永磁体（121）和前极间屏蔽环（122），相邻两个所述前永磁体（121）之间设置一块所述前极间屏蔽环（122），且相邻两个所述前永磁体（121）的径向极性相反。

3.如权利要求1所述的用于磁悬浮电机的转子（1），其特征在于，所述后磁圈（13）包括沿轴向分布的至少两块后永磁体（131）和后极间屏蔽环（132），相邻两个所述后永磁体（131）之间设置一块所述后极间屏蔽环（132），且相邻两个所述后永磁体（131）的径向极性相反。

4.一种新型磁悬浮电机，其特征在于，所述磁悬浮电机包括如权利要求1~3中任一项所述的转子（1），以及套设在所述转子（1）上的定子（2）、前复合径向轴承（3）、后复合径向轴承（4），所述定子（2）位于所述转子永磁体（11）的径向外周，所述前复合径向轴承（3）位于所述前磁圈（12）的径向外周，所述后复合径向轴承（4）位于所述后磁圈（13）的径向外周；其中，

所述前复合径向轴承（3）包括沿轴向依次分布的前径向磁轴承（31）、前径向永磁体（32）和前径向衔铁（33），所述前径向永磁体（32）的极性与所述前径向磁轴承（31）的线圈极性方向相同、且与所述前磁圈（12）的极性方向相反；

所述后复合径向轴承（4）包括沿轴向依次分布的后径向衔铁（41）、后径向永磁体（42）和后径向磁轴承（43），所述后径向永磁体（42）的极性与所述后径向磁轴承（43）的线圈极性方向相同、且与所述后磁圈（13）的极性方向相反。

5.如权利要求4所述的新型磁悬浮电机，其特征在于，所述新型磁悬浮电机包括推力盘（5）和复合轴向轴承（6），所述推力盘（5）同轴固定在所述转子（1）的所述转子后轴头（106）上，所述复合轴向轴承（6）位于所述推力盘（5）的径向外周、且与所述推力盘（5）轴向固定，所述复合轴向轴承（6）与所述推力盘（5）之间磁性相斥。

6.如权利要求5所述的新型磁悬浮电机，其特征在于，所述复合轴向轴承（6）包括位于所述推力盘（5）轴向前端的前复合轴向轴承（61）和位于所述推力盘（5）后端的后复合轴向轴承（62）；其中，

所述前复合轴向轴承（61）包括前轴向磁轴承（611）和前轴向永磁体（612），所述前轴向永磁体（612）嵌设在所述前轴向磁轴承（611）的轴向前端面，所述前轴向磁轴承（611）的轴向后端面朝向所述推力盘（5）设置，且所述前轴向永磁体（612）与所述前轴向磁轴承（611）的线圈极性方向相同；

所述后复合轴向轴承（62）包括后轴向磁轴承（621）和后轴向永磁体（622），所述后轴向永磁体（622）嵌设在所述后轴向磁轴承（621）的轴向后端面，所述后轴向磁轴承（621）的轴向前端面朝向所述推力盘（5）设置，且所述后轴向永磁体（622）与所述后轴向磁轴承（621）的线圈极性方向相同。

7.如权利要求5所述的新型磁悬浮电机，其特征在于，所述推力盘（5）在轴向上嵌设有若干呈环状分布、且等间隔设置的推力盘永磁体（51），所述推力盘永磁体（51）为轴向充磁。

8.如权利要求7所述的新型磁悬浮电机，其特征在于，所述推力盘永磁体（51）的两侧极性与所述复合轴向轴承（6）的对应面的极性相同。

9.如权利要求4所述的新型磁悬浮电机，其特征在于，所述新型磁悬浮电机还包括冷却套（7），所述冷却套（7）套设在所述定子（2）的径向外周。

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