CN112271958A - 一种磁悬浮电机及其轴承结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种磁悬浮电机及其轴承结构，该磁悬浮电机包括定子、转子以及磁轴承结构，其中，所述定子包括定子铁芯和定子绕组；所述磁轴承结构包括两个磁轴承，两个磁轴承分别设置在转子的两端；所述磁轴承包括固定座、轴承铁芯和轴承绕组，相对于转子的轴线，所述轴承铁芯倾斜设置。本发明通过设置可以同时承受径向和径向载荷的磁轴承，优化了转子的轴向空间，不仅减小转子的长度以及电机的整体体积，还可以有效提高运转的稳定性。

Description

一种磁悬浮电机及其轴承结构
技术领域
本发明涉及磁悬浮电机，具体涉及一种磁悬浮电机及其轴承结构。
背景技术
磁悬浮电机是利用磁悬浮轴承是的电磁力作用，将电机转子悬浮于空中，使电机转子与电机定子之间没有机械接触，没有机械摩擦，是一种低损耗、高性能电机。在实现电机转子高转速的同时，还具有无机械磨损、能耗低、噪声小、寿命长，无需润滑和密封、无油污染等优点、磁悬浮电机转子转速只受转子材料抗拉强度的限制，因此磁悬浮电机转子的圆周速度可以很高，在高速设备中的应用越来越广泛。
现有的磁悬浮电机主要包括定子、转子和磁轴承，该磁轴承包括两个径向磁轴承和至少一个轴向磁轴承。其中，虽然轴向磁轴承能够承受转子的轴向载荷，使得电机在转子的轴向上受力平衡，但是同时带来以下的不足：
在结构上，径向轴承和轴向磁轴承均同轴套设在电机转子的外侧，占用电机转子较大的轴向空间，这样不仅会直接导致转子的长度较长，电机的体积较大，而且还会对电机的运转稳定性造成一定的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种磁悬浮电机，该磁悬浮电机通过设置可以同时承受径向和径向载荷的磁轴承，优化了转子的轴向空间，不仅减小转子的长度以及电机的整体体积，还可以有效提高运转的稳定性。
本发明的另一个目的在于提供一种磁轴承结构。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种磁悬浮电机，包括定子、转子以及磁轴承结构，其中，所述定子包括定子铁芯和定子绕组；
所述磁轴承结构包括两个磁轴承，两个磁轴承分别设置在转子的两端；所述磁轴承包括固定座、轴承铁芯和轴承绕组，相对于转子的轴线，所述轴承铁芯倾斜设置。
上述磁悬浮电机的工作原理为：
工作时，由于轴承铁芯相对于转子的轴线倾斜设置，亦即轴承铁芯的轴线与转子的轴线相交，形成非直角的夹角；所以当磁轴承通电时，会产生相对转子倾斜的磁场力，经过受力分析，倾斜的磁场力可分解为一个平行于转子的轴线的轴向分力(相当于轴向轴承的作用力)和一个垂直于转子的轴线的径向分力(相当于径向轴承的作用力)。进一步，通过调节磁场力的大小，为转子提供平衡的支撑力，使得转子稳定悬浮。
本发明的一个优选方案，其中，所述转子的两端均设有多个倾斜面，所述轴承铁芯的轴线垂直于对应的倾斜面；所述倾斜面上设有磁钢。
优选地，所述磁钢通过表贴式设置在倾斜面上。通过上述结构，当磁轴承的支撑方式为电磁吸力型时，可以将磁钢换成导磁材料，例如45#钢；或者直接选用导磁材料的转子。
本发明的一个优选方案，其中，当转子竖向放置时，位于转子上端的磁轴承对转子施加磁吸力，位于转子下端的磁轴承对转子施加磁抗力。
本发明的一个优选方案，其中，当转子横向放置时，位于转子两端的磁轴承施加在转子上的作用力相同。
优选地，当磁轴承对转子施加磁吸力时，在同一个磁轴承中，以转子的轴线为界，位于上方的磁吸力大于位于下方的磁吸力。
优选地，当磁轴承对转子施加磁抗力时，在同一个磁轴承中，以转子的轴线为界，位于上方的磁抗力小于位于下方的磁抗力。具体地，在不同的应用场合中，通过调节电流的大小，可以使得转子稳定悬浮。
一种磁轴承结构，包括两个磁轴承，两个磁轴承分别设置在转子的两端；所述磁轴承包括固定座、轴承铁芯和轴承绕组，相对于转子的轴线，所述轴承铁芯倾斜设置。
本发明的一个优选方案，其中，所述固定座由非导磁材料制成，用于固定轴承铁芯，例如铝合金。
本发明的一个优选方案，其中，所述轴承铁芯由硅钢片叠压而成。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明中的磁悬浮电机通过设置相对于转子的轴线倾斜设置的磁轴承，产生倾斜的磁场力，同时承受径向和径向载荷的磁轴承，优化了转子的轴向空间，降低转子的长度、减小电机的整体体积。
2、转子的长度减少，有利于改善转子动力学性能，提高一阶固频共振频率，利于转子高速旋转稳定性及越阶超高速运行。
3、不使用单一方向的磁轴承(相当于减少了轴向磁轴承的布局)，减少磁轴承部件，有利于节约加工与装配成本，提高加工、装配效率。
4、由于本发明中只使用一种磁轴承，可以降低磁轴承控制器的制作难度与成本。
附图说明
图1为本发明中的磁悬浮电机的结构简图。
图2为本发明中的磁悬浮电机在竖向放置时第一种实施方式的磁极分布图。
图3为本发明中的磁悬浮电机在竖向放置时的磁力分析图。
图4为本发明中的磁悬浮电机在横向放置时的磁极分布图。
图5为本发明中的磁悬浮电机在竖向放置时第二种实施方式的磁极分布图。
图6为本发明中的磁悬浮电机在竖向放置时第三种实施方式的磁极分布图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例1
参见图1-4，本实施例中的磁悬浮电机，包括定子、转子1以及磁轴承结构，其中，所述定子包括定子铁芯2和定子绕组3；所述磁轴承结构包括两个磁轴承，两个磁轴承分别设置在转子1的两端；所述磁轴承包括固定座4、轴承铁芯5和轴承绕组6，相对于转子1的轴线，所述轴承铁芯5倾斜设置。具体地，所述固定座4由非导磁材料制成，用于固定轴承铁芯5，例如铝合金；所述轴承铁芯5由硅钢片叠压而成。
参见图1-4，所述转子1的两端均设有多个倾斜面，所述轴承铁芯5的轴线垂直于对应的倾斜面；所述倾斜面上设有磁钢7。
进一步，所述磁钢7通过表贴式设置在倾斜面上；当然，磁钢7也可以通过其他方式进行连接。
参见图2，当转子1竖向放置时，位于转子1上端的磁轴承对转子1施加磁吸力，位于转子1下端的磁轴承对转子1施加磁抗力。
参见图4，当转子1横向放置时，位于转子1两端的磁轴承施加在转子1上的作用力相同。
进一步，当磁轴承对转子1施加磁吸力时，在同一个磁轴承中，以转子1的轴线为界，位于上方的磁吸力大于位于下方的磁吸力。
进一步，当磁轴承对转子1施加磁抗力时，在同一个磁轴承中，以转子1的轴线为界，位于上方的磁抗力小于位于下方的磁抗力。具体地，在不同的应用场合中，通过调节电流的大小，可以使得转子1稳定悬浮。
参见图1-3，本实施例中的磁悬浮电机的工作原理为：
工作时，由于轴承铁芯5相对于转子1的轴线倾斜设置，亦即轴承铁芯5的轴线与转子1的轴线相交，形成非直角的夹角；所以当磁轴承通电时，会产生相对转子1倾斜的磁场力，经过受力分析，倾斜的磁场力可分解为一个平行于转子1的轴线的轴向分力(相当于轴向轴承的作用力)和一个垂直于转子1的轴线的径向分力(相当于径向轴承的作用力)。假设转子为竖向设置时，那么倾斜的磁场力可分解为竖直分力和水平分力，竖向分力可以抵消电机的重力，水平分离可以抵消径向外力。
进一步，通过调节磁场力的大小，为转子1提供平衡的支撑力，使得转子1稳定悬浮。
实施例2
参见图5，与实施例1不同的是，本实施例中，当磁轴承的支撑方式为电磁吸力型时，将磁钢7换成导磁材料8，例如45#钢。
或者，参见图6，去掉磁钢7，直接选用导磁材料的转子1。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁悬浮电机，包括定子、转子以及磁轴承结构，其中，所述定子包括定子铁芯和定子绕组；其特征在于，
所述磁轴承结构包括两个磁轴承，两个磁轴承分别设置在转子的两端；所述磁轴承包括固定座、轴承铁芯和轴承绕组，相对于转子的轴线，所述轴承铁芯倾斜设置。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述转子的两端均设有多个倾斜面，所述轴承铁芯的轴线垂直于对应的倾斜面；所述倾斜面上设有磁钢。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述磁钢通过表贴式设置在倾斜面上。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于，当转子竖向放置时，位于转子上端的磁轴承对转子施加磁吸力，位于转子下端的磁轴承对转子施加磁抗力。
5.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于，当转子横向放置时，位于转子两端的磁轴承施加在转子上的作用力相同。
6.根据权利要求5所述的磁悬浮电机，其特征在于，当磁轴承对转子施加磁吸力时，在同一个磁轴承中，以转子的轴线为界，位于上方的磁吸力大于位于下方的磁吸力。
7.根据权利要求5所述的磁悬浮电机，其特征在于，当磁轴承对转子施加磁抗力时，在同一个磁轴承中，以转子的轴线为界，位于上方的磁抗力小于位于下方的磁抗力。
8.一种磁轴承结构，其特征在于，包括两个磁轴承，两个磁轴承分别设置在转子的两端；所述磁轴承包括固定座、轴承铁芯和轴承绕组，相对于转子的轴线，所述轴承铁芯倾斜设置。
9.根据权利要求8所述的磁轴承结构，其特征在于，所述固定座由非导磁材料制成，用于固定轴承铁芯。
10.根据权利要求8所述的磁轴承结构，其特征在于，所述轴承铁芯由硅钢片叠压而成。
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