CN112039277A - 电机转轴轴端支撑结构、电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电机转轴轴端支撑结构、电机,其中的电机转轴轴端支撑结构,包括端盖本体、轴向磁力轴承,所述轴向磁力轴承包括与所述端盖本体连接为一体的定子组件以及与电机转轴连接为一体的转子铁芯,当所述电机转轴产生轴向位移时,所述轴向磁力轴承能够产生与所述轴向位移的方向相反的轴向力。根据本发明的一种电机转轴轴端支撑结构、电机,通过控制定子铁芯与转子铁芯之间的轴向力,有效抑制电机转轴轴向窜动,提高电机稳定性,降低振动和噪音。
Description
技术领域
本发明属于电机制造技术领域,具体涉及一种电机转轴轴端支撑结构、电机。
背景技术
电机运行中难免会受到轴向力的作用,轴向力对电机轴承寿命的影响至关重要,如果轴向力过大,则会使轴承使用寿命大大打折。电机受到的轴向力一般来自两个方面,一方面是电机自身机械结构引起的轴向力,如电机自身的重力;另一方面,则是由负载带来的轴向力,尤其是立式工业电机,在应用中往往要承受来自负载的轴向力的作用,而且后端盖轴承更加容易受到轴向力冲击。现有电机一般在轴承选型时偏向于选用价格较低的深沟球轴承,但是深沟球轴承承受轴向载荷能力有限,如何能平衡轴向力、减少轴承尤其是后端盖轴承受到的轴向力是一个行业亟需解决的问题。现有技术中,为了解决前述的问题,目前当电机受到来自负载的轴向力较大时,在轴承选型和设计时,考虑更换轴向载荷承受能力和寿命更大的轴承,如角接触轴承、圆锥滚子轴承,而不是普通的深沟球轴承,这种处理方式虽然能满足轴承寿命要求,但是需要设计专门油冷结构,不仅拉高了电机成本还提高了设计难度。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于提供一种电机转轴轴端支撑结构、电机,通过控制定子铁芯与转子铁芯之间的轴向力,能够有效抑制电机转轴轴向窜动,提高电机稳定性,降低振动和噪音。
为了解决上述问题,本发明提供一种电机转轴轴端支撑结构,包括端盖本体、轴向磁力轴承,所述轴向磁力轴承包括与所述端盖本体连接为一体的定子组件以及与电机转轴连接为一体的转子铁芯,当所述电机转轴产生轴向位移时,所述轴向磁力轴承能够产生与所述轴向位移的方向相反的轴向力。
可选地,所述定子组件包括定子铁芯以及绕设于所述定子铁芯具有的定子齿上的绕组。
可选地,所述定子齿朝向所述转子铁芯的内周壁上设有定子环槽。
可选地,所述转子铁芯朝向所述定子齿的外周壁上设有转子环槽,在所述电机转轴处于静止状态时,所述转子环槽正对所述定子环槽。
可选地,所述定子铁芯的外侧周壁与所述端盖本体之间设有隔磁套。
可选地,所述定子铁芯与所述隔磁套之间过盈配合连接;和/或,所述隔磁套与所述端盖本体的轴承室的壁体之间过盈配合连接。
可选地,所述端盖本体上构造有轴承室,所述轴承室中组装有滚子轴承,所述轴承室具有沿其径向延伸的环壁,所述环壁与所述转子铁芯远离所述滚子轴承的侧壁之间设有弹性件。
可选地,所述弹性件包括圆柱螺旋弹簧。
可选地,所述滚子轴承与所述轴向磁力轴承之间设有波形弹簧垫片;和/或,所述滚子轴承背离所述轴向磁力轴承的一侧设有止位件。
本发明还提供一种电机,包括上述的电机转轴轴端支撑结构。
本发明提供的一种电机转轴轴端支撑结构、电机,可以通过控制定子铁芯与转子铁芯之间的轴向力,能够有效抑制电机转轴轴向窜动,提高电机稳定性,降低振动和噪音。
附图说明
图1为本发明实施例的电机的结构示意图,图中示出了电机转轴轴端支撑结构;
图2为图1中A处的局部放大结构示意图;
图3为图1中轴向磁力轴承的主视结构示意图;
图4为本发明实施例中的电机转轴发生轴向窜动后轴向磁力轴承的定子铁芯与转子铁芯之间产生的轴向力的示意。
附图标记表示为:
1、端盖本体;11、轴承室;111、环壁;2、滚子轴承;31、定子组件;32、转子铁芯;321、转子环槽;33、定子铁芯;331、定子齿;34、绕组;35、定子环槽;4、电机转轴;5、隔磁套;6、弹性件;7、波形弹簧垫片;8、止位件;100、电机后端盖;101、电机前端盖。
具体实施方式
结合参见图1至图4所示,根据本发明的实施例,提供一种电机转轴轴端支撑结构,包括端盖本体1,所述端盖本体1上构造有轴承室11,所述轴承室11中组装有滚子轴承2(例如深沟球轴承),还包括轴向磁力轴承,所述轴向磁力轴承包括与所述端盖本体1连接为一体的定子组件31以及与电机转轴4连接为一体的转子铁芯32,当所述电机转轴4产生轴向位移时,所述轴向磁力轴承能够产生与所述轴向位移的方向相反的轴向力,具体的,所述定子组件31包括定子铁芯33以及绕设于所述定子铁芯33具有的定子齿331上的绕组34。该技术方案中,可以通过控制定子铁芯与转子铁芯之间的轴向力,能够有效抑制电机转轴轴向窜动,提高电机稳定性,降低振动和噪音。
前述技术方案的得出依据于以下理论基础而提出:
结合参见图4示出,轴向磁力轴承通电后,在定子铁芯与转子铁芯不对齐情况下,气隙磁场分布即为轴向长度l(定子铁芯或者转子铁芯)、周向角度θ及定转子铁芯错开距离h的多元函数,假设气隙磁场在圆周方向是对称的,且按正弦分布,在沿铁心长度l方向上分布为Bδ(h,l),则气隙磁场分布函数在极坐标下表达式为:
Bδ(h,I,θ)=Bδ(h,I)×sin(pθ)
式中,p为轴向磁力轴承的极对数。
电机气隙磁场储能为:
它是定转子铁芯错开距离h的函数,根据虚位移理论,轴向力为:
电机气隙磁场储能为:
前述各个公式中,μ0为磁场中空气的磁导率,具体的,μ0=4π*10^(-7);V表示定转子之间的气隙磁场体积;R为转子外径,由电机气隙磁场储能公式展开后得到;δ为定转子之间的气隙宽度,相应的单位皆采用国际单位即可。
由于气隙磁密Bδ(h,l)计算复杂,因此可通过Maxwell仿真得到Bδ(h,l)的大小,进而计算出轴向力Fα的大小。因为磁密=匝数*电流/(磁阻*磁场截面积),所以可以通过改变线圈电流大小来调节气隙磁密轴向分量大小也即可以通过实时改变电流大小来调节轴向轴承轴向力Fα的大小,实现调节轴承轴向力大小的目的。
所述定子齿331的个数为4个或者6个为最佳,此时能够保证定子铁芯与转子铁芯间漏磁最少,具体如图3所示出,所述定子齿331为4个,4个所述定子齿331的两侧各开设有绕线槽,线圈4绕设于所述绕线槽中,线圈4绕线采用集中绕组。
在一些实施例中,所述定子齿331朝向所述转子铁芯32的内周壁上设有定子环槽35,所述定子环槽35可以设有多个,多个所述定子环槽35沿着所述定子铁芯33的轴向间隔设置,如此,所述定子环槽35的设置在客观上将所述定子铁芯33在轴向上分隔为多段铁芯,所述定子环槽35的设计一方面能够使所述定子铁芯33的散热变的更为良好,防止热量在定子铁芯33内的积聚,同时所述定子环槽35的设计还能够使所述定子铁芯33的轴向上受力面积增大,使定子铁芯33产生的轴向力更加均衡。基于同样的道理,所述转子铁芯32朝向所述定子齿331的外周壁上设有转子环槽321,在所述电机转轴4处于静止状态时,所述转子环槽321正对所述定子环槽35。
在一些实施例中,当所述电机转轴轴端支撑结构作为电机后端盖100时,所述定子铁芯33与所述转子铁芯32之间的气隙宽度设计为2mm、定子铁芯32(或者转子铁芯33)的叠压总高为13mm、定子环槽35(或者转子环槽321)设置一个且宽度为3mm,定子铁芯33被分隔为两段且每段高度为5mm(或者转子铁芯32被分隔为两段且每段高度为5mm),如此其能够尽可能减少漏磁,充分利用气隙磁力线;而当所述电机转轴轴端支撑结构作为电机前端盖101时,所述定子铁芯33与所述转子铁芯32之间的气隙宽度设计为2mm、定子铁芯32(或者转子铁芯33)的叠压总高为21mm、定子环槽35(或者转子环槽321)设置一个且宽度为2mm,定子铁芯33被分隔为两段且每段高度为5mm(或者转子铁芯32被分隔为两段且每段高度为5mm),如此其能够尽可能减少漏磁,充分利用气隙磁力线。
为了防止轴向轴承磁场影响电机其他部件,在一些实施例中,所述定子铁芯33的外侧周壁与所述端盖本体1之间设有隔磁套5,隔磁套5采用低导磁率的隔磁材料,屏蔽轴向磁力轴承的定转子与其他部件的磁路。可选地,所述滚子轴承2与所述轴向磁力轴承之间设有波形弹簧垫片7,能够对所述轴向磁力轴承以及滚子轴承2的位置实现可靠固定,同时还能够保护轴承的接触端面防止对其的损坏;和/或,所述滚子轴承2背离所述轴向磁力轴承的一侧设有止位件8,所述止位件8例如可以是定位销或者定位卡圈。所述轴向磁力轴承与所述滚子轴承2皆被组装于所述轴承室11内,此时的轴承室11被设计为一个轴长被加长的筒状结构,以适应两个轴承的轴向长度。
在一些实施例中,所述定子铁芯33与所述隔磁套5之间过盈配合连接;和/或,所述隔磁套5与所述端盖本体1的轴承室11的壁体之间过盈配合连接,以实现所述定子铁芯33、隔磁套5与所述轴承室11之间的可靠连接。
定子铁芯33与转子铁芯32错开一定距离后,产生的轴向力达到最大,但如果错开距离过大,气隙磁场力反而将下降,因此轴向窜动的位移最好能够被控制在小范围内,如此能够保证所述轴向磁力轴承的轴向力的作用发挥,防止电机转轴4轴向移动过大而引起振动问题,而尤其是针对立式电机后端盖轴承往往更容易承受轴向载荷,为了给轴向轴承提供预紧力,也为了限制轴向轴承定转子铁芯错开距离,可选地,所述轴承室11具有沿其径向延伸的环壁111,所述环壁111与所述转子铁芯32远离所述滚子轴承2的侧壁之间设有弹性件6,所述弹性件6例如包括圆柱螺旋弹簧,作为一种具体的实施方式,所述圆柱螺旋弹簧的弹簧长度12mm、内径30mm、外径38mm。
根据本发明的实施例,还提供一种电机,包括上述的电机转轴轴端支撑结构,如图1所示,所述电机转轴4的轴向两端分别通过电机前端盖101、电机后端盖100形成支撑。所述电机前端盖101以及所述电机后端盖100在具体的结构上可以采用前述的电机转轴轴端支撑结构,在结构上可以相同,也可以不同。
如此,本发明的电机转轴轴端支撑结构在具体组装依据以下步骤进行即可:
先将电机后端盖100对应的定子铁芯33连同隔磁套5热套进轴承室11内,然后将圆柱螺旋弹簧安装到轴承室11内,波形弹簧垫片固定在轴向轴承定子上,将后端盖对应的深沟球承入轴,然后将电机前端盖101、电机后端盖100对应的转子铁芯先后压装到电机转轴4上,轴入电机,安装定位销,接下来将电机前端盖101的深沟球轴承装入轴承室11内,再将电机前端盖101对应的轴向磁力轴承和隔磁套5套进轴承室11内,最后将前端盖与机壳组装为一体。
本领域的技术人员容易理解的是,在不冲突的前提下,上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电机转轴轴端支撑结构,其特征在于,包括端盖本体(1)、轴向磁力轴承,所述轴向磁力轴承包括与所述端盖本体(1)连接为一体的定子组件(31)以及与电机转轴(4)连接为一体的转子铁芯(32),当所述电机转轴(4)产生轴向位移时,所述轴向磁力轴承能够产生与所述轴向位移的方向相反的轴向力。
2.根据权利要求1所述的电机转轴轴端支撑结构,其特征在于,所述定子组件(31)包括定子铁芯(33)以及绕设于所述定子铁芯(33)具有的定子齿(331)上的绕组(34)。
3.根据权利要求2所述的电机转轴轴端支撑结构,其特征在于,所述定子齿(331)朝向所述转子铁芯(32)的内周壁上设有定子环槽(35)。
4.根据权利要求3所述的电机转轴轴端支撑结构,其特征在于,所述转子铁芯(32)朝向所述定子齿(331)的外周壁上设有转子环槽(321),在所述电机转轴(4)处于静止状态时,所述转子环槽(321)正对所述定子环槽(35)。
5.根据权利要求2所述的电机转轴轴端支撑结构,其特征在于,所述定子铁芯(33)的外侧周壁与所述端盖本体(1)之间设有隔磁套(5)。
6.根据权利要求5所述的电机转轴轴端支撑结构,其特征在于,所述定子铁芯(33)与所述隔磁套(5)之间过盈配合连接;和/或,所述隔磁套(5)与所述端盖本体(1)的轴承室(11)的壁体之间过盈配合连接。
7.根据权利要求1所述的电机转轴轴端支撑结构,其特征在于,所述端盖本体(1)上构造有轴承室(11),所述轴承室(11)中组装有滚子轴承(2),所述轴承室(11)具有沿其径向延伸的环壁(111),所述环壁(111)与所述转子铁芯(32)远离所述滚子轴承(2)的侧壁之间设有弹性件(6)。
8.根据权利要求7所述的电机转轴轴端支撑结构,其特征在于,所述弹性件(6)包括圆柱螺旋弹簧。
9.根据权利要求7所述的电机转轴轴端支撑结构,其特征在于,所述滚子轴承(2)与所述轴向磁力轴承之间设有波形弹簧垫片(7);和/或,所述滚子轴承(2)背离所述轴向磁力轴承的一侧设有止位件(8)。
10.一种电机,包括电机转轴轴端支撑结构,其特征在于,所述电机转轴轴端支撑结构为权利要求1至9中任一项所述的电机转轴轴端支撑结构。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201204 |
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