CN114825754B - 一种磁-液混合悬浮式轴向磁通旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁‑液混合悬浮式轴向磁通旋转电机,包括壳体、贯穿壳体设置的转轴、设于壳体与转轴之间的驱动定子、驱动转子、设于壳体内的电磁悬浮模块和流体悬浮模块,电磁悬浮模块和流体悬浮模块设置于壳体和转轴之间。本发明通过磁‑液混合悬浮的方式提高了电机的承载能力,延长了维护周期,在不给磁轴承通电的情况下转子就能够悬浮起来,与此同时,省去了传统磁悬浮电机的保护轴承和轴向磁轴承,简化了磁悬浮电机的结构,除此之外,采用混合悬浮的方式实现了两种悬浮方式的优势互补,提高了系统的可靠性,可广泛应用在空气压缩、储能等领域,具有广阔的应用推广价值。

Description

一种磁-液混合悬浮式轴向磁通旋转电机
技术领域
本发明涉及电动机技术领域,尤其涉及一种磁-液混合悬浮式轴向磁通旋转电机。
背景技术
大功率、高转速、小型化、低能耗的高频高效电机是未来电机领域发展的必然趋势,降低电机能耗是实现电机高效运行的关键之一,电机运行时定子和动子之间的摩擦损耗是限制了电机高效运行,将磁悬浮技术应用电机中可以大幅度降低定子和动子之间的摩擦损耗,提高电机运行效率。磁悬浮技术是利用磁力克服重力使物体悬浮并处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态,按照悬浮原理及方式不同,将磁悬浮技术分为常导电磁悬浮、电动磁悬浮、超导钉扎磁悬浮3种形式。应用磁悬浮技术的电机利用磁铁产生的强大磁吸力或磁斥力使动子悬浮,并通过旋转磁场或者行波磁场驱动动子实现旋转或者直线运动。此类电机动子和定子之间无摩擦、无磨损、无需润滑和密封、成本低、损耗少及寿命长,具有广阔的应用前景。
现有技术中的磁悬浮电机需要安装保护轴承,磁轴承先通电将转子浮起来,使转子与保护轴承不接触,停机时转子直接跌落到保护轴承上,保护轴承是机械轴承(角接触球轴承和深沟球轴承),成本比较高,需要经常维护更换,此外,电机转子需要径向磁轴承和轴向磁轴承来防止电机转子偏移,这使得电机的结构更加复杂,因此还有待进一步改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足,提供一种磁-液混合悬浮式轴向磁通旋转电机,通过磁-液混合悬浮的方式实现了两种悬浮方式的优势互补,提高了装置的可靠性。
本发明是通过以下技术方案予以实现:
一种磁-液混合悬浮式轴向磁通旋转电机,包括壳体、贯穿壳体设置的转轴、设于壳体与转轴之间的驱动定子和驱动转子,还包括设于壳体内的电磁悬浮模块和流体悬浮模块,所述电磁悬浮模块和流体悬浮模块设置于壳体和转轴之间。其中,电磁悬浮模块和流体悬浮模块分别设有两组,两所述电磁悬浮模块和流体悬浮模块分别设于壳体内的转轴上的两侧。
根据上述技术方案,优选地,所述电磁悬浮模块包括电磁悬浮定子、电磁悬浮永磁体和电磁悬浮绕组,所述电磁悬浮定子环周固接于壳体内壁上,所述电磁悬浮永磁体环周固接于转轴上,所述电磁悬浮绕组绕制于电磁悬浮定子上。所述电磁悬浮模块的磁通方向为径向,所述电磁悬浮永磁体的磁化方向为径向交替磁化,电磁悬浮永磁体环周设于转轴上的数量大于2块。
根据上述技术方案,优选地,所述流体悬浮模块包括环周固接于壳体内壁上的悬浮轴套、相对安装在悬浮轴套两侧的多个流体悬浮永磁体、吸附在悬浮轴套内侧的磁流体以及润滑介质,所述转轴外壁与磁流体和润滑介质滑动连接。所述流体悬浮永磁体为径向磁化,且各流体悬浮永磁体的磁化方向相同。
根据上述技术方案,优选地,所述驱动定子环周固接于壳体内壁上,所述驱动转子环周固接于转轴外,所述驱动定子的数量是驱动转子数量的两倍。
根据上述技术方案,优选地,所述转轴外设有用于安装驱动转子的转子槽以及用于安装电磁悬浮永磁体的永磁体槽,所述壳体内壁设有用于安装电磁悬浮定子的定子槽以及用于安装流体悬浮模块的容置槽。
根据上述技术方案,优选地,所述壳体还包括盖板、设于盖板上的出液孔和进液孔。
本发明的有益效果是:
本发明通过磁-液混合悬浮的方式提高了电机的承载能力,延长了维护周期,在不给磁轴承通电的情况下转子就能够悬浮起来;与此同时,省去了传统磁悬浮电机的保护轴承和轴向磁轴承,简化了磁悬浮电机的结构;除此之外,采用混合悬浮的方式实现了两种悬浮方式的优势互补,提高了系统的可靠性,可广泛应用在空气压缩、储能等领域,具有广阔的应用推广价值。
附图说明
图1为本发明的主视结构示意图。
图2为图1中的A-A剖视图。
图3为本发明转轴部分的组装示意图。
图4为本发明壳体内部的结构示意图。
图5为本发明转轴部分的主视结构示意图。
图6为本发明壳体部分的主视结构剖面图。
图7为本发明驱动转子的侧视结构示意图。
图8为本发明驱动定子的侧视结构示意图。
图9为本发明电磁悬浮模块的结构示意图。
图10为本发明流体悬浮模块的结构示意图。
图中:1、转轴;1a、转子槽;1b、永磁体槽;2、壳体;2a、盖板;2b、出液孔;2c、进液孔;2d、定子槽;2e、容置槽;3、驱动转子;3a、转子铁心;3b、转子永磁体;4、驱动定子;4a、定子铁芯;4b、定子绕组;5、电磁悬浮模块;5a、电磁悬浮定子;5b、电磁悬浮永磁体;5c、电磁悬浮绕组;6、流体悬浮模块;6a、悬浮轴套;6b、流体悬浮永磁体;6c、磁流体;6d、润滑介质。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。基于发明中的实施例,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,都属于发明保护的范围。
在发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对发明的限制。
如图所示,本发明包括壳体2、贯穿壳体2设置的转轴1、设于壳体2与转轴1之间的驱动定子4和驱动转子3,其中电机的转轴1为高强度不导磁材料。还包括设于壳体2内的电磁悬浮模块5和流体悬浮模块6,所述电磁悬浮模块5和流体悬浮模块6设置于壳体2和转轴1之间。其中,电磁悬浮模块5和流体悬浮模块6分别设有两组,两所述电磁悬浮模块5和流体悬浮模块6分别设于壳体2内的转轴1上的两侧。
根据上述实施例,优选地,所述电磁悬浮模块5包括电磁悬浮定子5a、电磁悬浮永磁体5b和电磁悬浮绕组5c,所述电磁悬浮定子5a环周固接于壳体2内壁上,所述电磁悬浮永磁体5b环周固接于转轴1上,所述电磁悬浮绕组5c绕制于电磁悬浮定子5a上。所述电磁悬浮模块5的磁通方向为径向,所述电磁悬浮永磁体5b的磁化方向为径向交替磁化,电磁悬浮永磁体5b环周设于转轴1上的数量大于2块。
根据上述实施例,优选地,所述流体悬浮模块6包括环周固接于壳体2内壁上的悬浮轴套6a、相对安装在悬浮轴套6a两侧的多个流体悬浮永磁体6b、吸附在悬浮轴套6a内侧的磁流体6c以及润滑介质6d,磁流体6c与外侧流体悬永磁体的位置对应,所述转轴1外壁与磁流体6c和润滑介质6d滑动连接。所述流体悬浮永磁体6b为径向磁化,且各流体悬浮永磁体6b的磁化方向相同。其中润滑介质6d可为磁流体6c或高润滑度液体,本例中选择磁流体6c既有润滑又有密封作用。
根据上述实施例,优选地,所述驱动定子4环周固接于壳体2内壁上,所述驱动转子3环周固接于转轴1外,所述驱动定子4的数量是驱动转子3数量的两倍。所述驱动转子3包括转子铁心3a和转子永磁体3b,所述转子永磁体3b磁化方向为轴向交替磁化,数量大于2块,转子永磁体3b与转子铁心3a固定连接,所述驱动定子4包括定子铁芯4a和定子绕组4b,定子绕组4b安装在定子铁芯4a上。其中定、转子的数量可以根据电机的功率大小增加组成多级结构,用于驱动转轴1旋转。
根据上述实施例,优选地,所述转轴1外设有用于安装驱动转子3的转子槽1a以及用于安装电磁悬浮永磁体5b的永磁体槽1b,所述壳体2内壁设有用于安装电磁悬浮定子5a的定子槽2d以及用于安装流体悬浮模块6的容置槽2e。
根据上述实施例,优选地,所述壳体2还包括盖板2a、设于盖板2a上的出液孔2b和进液孔2c,本例中电机机壳为壳式结构,导热能力强、耐低温,在出液孔2b和进液孔2c进出低温散热液体,使壳体2具有散热功能。
本发明通过磁-液混合悬浮的方式提高了电机的承载能力,延长了维护周期,在不给磁轴承通电的情况下转子就能够悬浮起来;与此同时,省去了传统磁悬浮电机的保护轴承和轴向磁轴承,简化了磁悬浮电机的结构;除此之外,采用混合悬浮的方式实现了两种悬浮方式的优势互补,提高了系统的可靠性,可广泛应用在空气压缩、储能等领域,具有广阔的应用推广价值。
以上所述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,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种磁-液混合悬浮式轴向磁通旋转电机,包括壳体、贯穿壳体设置的转轴、设于壳体与转轴之间的驱动定子和驱动转子,其特征在于,还包括设于壳体内的电磁悬浮模块和流体悬浮模块,所述电磁悬浮模块和流体悬浮模块设置于壳体和转轴之间;
所述电磁悬浮模块包括电磁悬浮定子、电磁悬浮永磁体和电磁悬浮绕组,所述电磁悬浮定子环周固接于壳体内壁上,所述电磁悬浮永磁体环周固接于转轴上,所述电磁悬浮绕组绕制于电磁悬浮定子上;
所述电磁悬浮模块的磁通方向为径向,所述电磁悬浮永磁体的磁化方向为径向交替磁化,电磁悬浮永磁体环周设于转轴上的数量大于2块;
所述流体悬浮模块包括环周固接于壳体内壁上的悬浮轴套、相对安装在悬浮轴套两侧的多个流体悬浮永磁体、吸附在悬浮轴套内侧的磁流体以及润滑介质,所述转轴外壁与磁流体和润滑介质滑动连接;
所述流体悬浮永磁体为径向磁化,且各流体悬浮永磁体的磁化方向相同。
2.根据权利要求1所述一种磁-液混合悬浮式轴向磁通旋转电机,其特征在于,所述电磁悬浮模块和流体悬浮模块分别设有两组,两所述电磁悬浮模块和流体悬浮模块分别设于壳体内的转轴上的两侧。
3.根据权利要求2所述一种磁-液混合悬浮式轴向磁通旋转电机,其特征在于,所述驱动定子环周固接于壳体内壁上,所述驱动转子环周固接于转轴外,所述驱动定子的数量是驱动转子数量的两倍。
4.根据权利要求3所述一种磁-液混合悬浮式轴向磁通旋转电机,其特征在于,所述转轴外设有用于安装驱动转子的转子槽以及用于安装电磁悬浮永磁体的永磁体槽,所述壳体内壁设有用于安装电磁悬浮定子的定子槽以及用于安装流体悬浮模块的容置槽。
5.根据权利要求1所述一种磁-液混合悬浮式轴向磁通旋转电机,其特征在于,所述壳体还包括盖板、设于盖板上的出液孔和进液孔。
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