CN202353504U - 一种磁悬浮电动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种磁悬浮电动机，磁悬浮电动机包括：中心轴；定子，固定于中心轴；电动机转子，通过回转轴可旋转支撑于中心轴，回转轴包括与中心轴精密配合的轴向磁悬浮轴承以及径向滚珠轴承，滚珠轴承外圈通过弹性套圈与回转轴的轴系弹性配合，形成弹性支撑。轴向磁悬浮轴承能在轴向上支撑电动机转子，可以抵消电动机转子的自重，提高了电机的效率；同时滚珠轴承外圈通过弹性套圈与回转轴的轴系弹性配合，形成弹性支撑，使磁悬浮电动机平衡稳定的转动，同时径向滚珠轴承与回转轴的轴系弹性配合能够使滚珠轴承不承受较大压力而导致磨损，延长了电动机的使用寿命，同时弹性套圈实现方式简单，成本较低。
Description
技术领域
本实用新型涉及磁悬浮电机，更具体地说，涉及磁悬浮电动机。
背景技术
飞轮储能系统是一种新型的机电能量转换与存储装置，具有使用寿命长、转换效率高、适应性强以及无污染等优点，在航空航天、分布式发电、电力调峰、风力发电系统以及电动汽车等领域有着广泛的应用前景。
传统储能飞轮电机采用高速永磁电机，为了减小高速产生的各种损耗，采用分布绕组永磁电机，分布绕组永磁电机的绕组端部很大，铜损较大。且传统储能飞轮电机采用机械轴承，飞轮高速运行产生的机械损耗较大，而且影响储能飞轮电机的使用寿命。现有高性能储能飞轮电机采用主动磁悬浮轴承，虽然其机械损耗很小，但是其价格很高，而且刚度比较低，阻碍了它的实际应用。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种磁悬浮电动机，其能使磁悬浮电动机平衡稳定的转动，机械性能较好，提高了电动机的效率，延长了电动机的使用寿命，成本较低。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种磁悬浮电动机，包括：
中心轴；
定子，固定于所述中心轴；
电动机转子，通过回转轴可旋转支撑于所述中心轴，所述回转轴包括与所述中心轴精密配合的轴向磁悬浮轴承以及径向滚珠轴承，所述滚珠轴承外圈通过弹性套圈与所述回转轴的轴系弹性配合，形成弹性支撑。
根据本实用新型的磁悬浮电动机，所述定子的定子冲片端部安装有三个空间相差120°电角度的开关霍尔元件。
根据本实用新型的磁悬浮电动机，所述弹性套圈的截面厚度为0.5毫米至5毫米。
根据本实用新型的磁悬浮电动机，所述弹性套圈通过在所述回转轴的轴承室灌注弹性胶形成。
根据本实用新型的磁悬浮电动机，所述磁悬浮电动机还包括真空密封外壳，所述真空密封外壳与所述中心轴连接。
根据本实用新型的磁悬浮电动机，磁悬浮电动机包括4个永磁磁极，由28块相间贴装在所述电动机转子内壁的磁钢构成，每个磁极包括7块同极相间贴装的磁钢；
所述定子包括18个定子槽。
根据本实用新型的磁悬浮电动机，所述定子槽的槽口尺寸与相邻磁钢的间距的比例为1.4～1.6。
根据本实用新型的磁悬浮电动机，所述定子的三相绕组的绕线方式为：
其中
表示1槽进，→6表示6槽出。
根据本实用新型的磁悬浮电动机，磁悬浮轴承的内定子以及外转子分别包括至少两个轴向充磁的环形磁钢圈，
所述内定子的环形磁钢圈与所述外转子的环形磁钢圈的轴向高度相同，且内定子磁钢圈位于外转子磁钢圈内部。
根据本实用新型的磁悬浮电动机，所述内定子的环形磁钢圈之间设有0.2毫米至1毫米的非导磁隔垫；所述外转子的环形磁钢圈之间设有0.2毫米至1毫米的非导磁隔垫。
根据本实用新型的磁悬浮电动机，所述内定子的环形磁钢圈与所述外转子的环形磁感圈之间的物理气隙为0.2毫米至5毫米。
根据本实用新型的磁悬浮电动机，所述内定子以及所述外转子分别包括5个轴向充磁的环形磁钢圈，所述内定子的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为NSNSN，所述外转子的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为SNSNS；所述内定子的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为SNSNS，所述外转子的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为NSNSN。
根据本实用新型的磁悬浮电动机，所述电动机转子外径为
至
电动机转子的飞轮材料为碳钢，所述飞轮的转速±16000rpm。
根据本实用新型的磁悬浮电动机，所述飞轮外径
所述电动机转子的飞轮材料为玻璃纤维或碳纤维，所述飞轮的最高转速分别为±20000rpm或±60000rpm。
本实用新型的磁悬浮电动机的电动机转子通过回转轴可旋转支撑于中心轴，回转轴包括同轴设置的轴向磁悬浮轴承以及径向滚珠轴承，轴向磁悬浮轴承能在轴向上支撑电动机转子，可以抵消电动机转子的自重，达到轴向卸载的目的，提高了电机的效率；同时滚珠轴承外圈通过弹性套圈与回转轴的轴系弹性配合，形成弹性支撑，从而保证电动机转子的旋转轴不发生径向偏移而降低电机效率，使磁悬浮电动机平衡稳定的转动，同时径向滚珠轴承与回转轴的轴系弹性配合能够使滚珠轴承不承受较大压力而导致磨损，具有较好的机械性能，延长了电动机的使用寿命，同时弹性套圈的实现方式简单，成本较低。借此，本实用新型其能使磁悬浮电动机平衡稳定的转动，机械性能较好，提高了电动机的效率，延长了电动机的使用寿命，成本较低。
优选的是，本实用新型采用集中绕组，绕组端部小，铜损减小20％，电动机定子槽口尺寸与磁钢间隙最优匹配，使电动机的定位力矩最小化。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明
图1是本实用新型优选实施例中一台磁悬浮电动机的结构原理图；
图2是本实用新型选实施例中的一个轴向磁悬浮轴承的结构原理图；
图3是本实用新型实施例中P＝4，S＝18外转子电动机的剖面结构原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型一种磁悬浮电动机100，包括：真空密封外壳7、连接固定于真空密封外壳7内的中心轴8、固定于中心轴8的定子9以及电动机转子10。磁悬浮电动机100包括两个工作状态，电动机状态和电动机状态(也即其可作为电动机或电动机使用)，当其工作于电动机状态时，磁悬浮电动机100将电动机转子10的机械动能转换为电能输出；当其工作于电动机状态时，磁悬浮电动机100将电能转换为电动机转子10的机械动能。
电动机转子10通过回转轴11可旋转支撑于中心轴8，回转轴11包括与中心轴8精密配合的轴向磁悬浮轴承4以及径向滚珠轴承5，滚珠轴承5外圈通过弹性套圈6与回转轴11的轴系弹性配合，形成弹性支撑。弹性套圈6的截面厚度为0.5毫米至5毫米，由于径向滚珠轴承5与回转轴11的轴承室之间的间距较小，若先将弹性套圈6成型后再将其安装到径向滚珠轴承5并装入回转轴11的轴承室，将会导致安装困难，因此优选采用通过回转轴11的轴承室直接灌注弹性胶形成弹性套圈6。
定子9的定子冲片12(定子冲片见图3)端部安装有三个空间相差120°电角度的开关霍尔元件3，开关霍尔元件3的敏感方向朝向电动机转子10永磁体形成的气隙磁场，以传感气隙磁场的变化。
同时磁悬浮电动机100还包括用于控制其运转的控制系统20(详见图7)，磁悬浮电动机100工作时，由控制系统20驱动磁悬浮电动机100加速或稳速运行使其工作于电动机状态，电动机转子10高速旋转时存储0.5JΩ2动能，其中J是储能电动机转子10的转动惯量，Ω是电动机转子的角速度。磁悬浮电动机100工作于电动机状态时，控制系统20停止对磁悬浮电动机100驱动，同时对电动机磁悬浮电动机100的反电势实现全波整流和输出将0.5JΩ2动能转变为电能。
本实用新型的轴向磁悬浮轴承4能在轴向上支撑电动机转子10，可以抵消电动机转子10的自重，达到轴向卸载的目的，提高了电机的效率；同时滚珠轴承5外圈通过弹性套圈6与回转轴11的轴系弹性配合，形成弹性支撑，从而保证电动机转子10的旋转轴不发生径向偏移而降低电机效率，使磁悬浮电动机100平衡稳定的转动，同时径向滚珠轴承5与回转轴11的轴系弹性配合能够使滚珠轴承5不承受较大压力而导致磨损，具有较好的机械性能，延长了电动机的使用寿命，同时弹性套圈6的实现方式简单，成本较低。借此，本实用新型其能使磁悬浮电动机100平衡稳定的转动，机械性能较好，提高了电动机的效率，延长了电动机100的使用寿命，成本较低。
优选的是，真空密封外壳7将整个磁悬浮电动机100密封起来，通过一个单向真空抽气口和真空抽气泵，可以对真空密封外壳(7)内进行真空抽气，保持真空度在10Pa以下。
如图1和图3所示，电动机转子10包括贴装在电动机转子10内壁的磁钢2以及飞轮1。定子9包括定子冲片12、定子槽13以及缠绕在定子9上的绕组。
磁悬浮电动机100包括4个永磁磁极，由28块相间贴装在电动机转子10内壁的磁钢2构成，每个磁极包括7块同极相间贴装的磁钢2。电动机100的定子9包括18个定子槽13。定子槽13的槽口尺寸与相邻磁钢2的间距的比例为1.4～1.6，该比例为定子槽13的槽口尺寸与相邻磁钢2的间距最优匹配，能使电机的定位力矩最小化，定位力矩(DETENT TORQUE)是指电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。
定子9的三相绕组的绕线方式为：
其中
表示1槽进，→6表示6槽出，其他定子槽同理。同时，本实用新型采用集中绕组方式，绕组端部小，铜损减小20％，
如图1和图2所示，磁悬浮轴承4包括内定子41和外转子42，且内定子41以及外转子42分别包括至少两个轴向充磁的环形磁钢圈，内定子41的环形磁钢圈与外转子42的环形磁钢圈的轴向高度相同，且内定子41的环形磁钢圈位于外转子42的环形磁钢圈内部。在实用新型的实施例中，内定子41及外转子42均包括5个环形磁钢圈，内定子41的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为NSNSN，外转子42的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为SNSNS；也可设置为，内定子41的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为SNSNS，外转子42的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为NSNSN。
优选的是内定子41与外转子42之间的物理气隙43为0.2毫米至5毫米，物理气隙大小与电动机100的大小相关。内定子41的环形磁钢圈之间设有0.2毫米至1毫米的非导磁隔垫44，外转子42的环形磁钢圈之间设有0.2毫米至1毫米的非导磁隔垫44。由于上下两个环形磁钢圈的相邻表面的极性相同，使上下两个相邻磁钢圈产生排斥，为便于将上下相邻的环形磁感圈连接在一起，在上下相邻环形磁钢圈之间设置非导磁隔垫44。
优选的是，电动机转子10外径为
至
电动机转子10的飞轮1的材料为碳钢，飞轮1的转速±16000rpm。由于飞轮1的转速过高将会由于离心力较大使碳钢断裂，因此若飞轮1需要达到更大的转速，需选用刚性更好的材料，如飞轮1的材料选为玻璃纤维或碳纤维，飞轮1的外径
可以使电动机转子10的最高转速达到±20000rpm或±60000rpm。
本实用新型的磁悬浮电动机100可用于航空航天、分布式发电、电力调峰、风力发电系统以及电动汽车等领域，因此应用范围十分广泛。
综上所述，本实用新型的磁悬浮电动机的电动机转子通过回转轴可旋转支撑于中心轴，回转轴包括同轴设置的轴向磁悬浮轴承以及径向滚珠轴承，轴向磁悬浮轴承能在轴向上支撑电动机转子，可以抵消电动机转子的自重，达到轴向卸载的目的，提高了电机的效率；同时滚珠轴承外圈通过弹性套圈与回转轴的轴系弹性配合，形成弹性支撑，从而保证电动机转子的旋转轴不发生径向偏移而降低电机效率，使磁悬浮电动机平衡稳定的转动，同时径向滚珠轴承与回转轴的轴系弹性配合能够使滚珠轴承不承受较大压力而导致磨损，具有较好的机械性能，延长了电动机的使用寿命，同时弹性套圈的实现方式简单，成本较低。借此，本实用新型其能使磁悬浮电动机平衡稳定的转动，机械性能较好，提高了电动机的效率，延长了电动机的使用寿命，成本较低。
以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。
Claims (14)
1.一种磁悬浮电动机，其特征在于，所述磁悬浮电动机包括：
中心轴；
定子，固定于所述中心轴；
电动机转子，通过回转轴可旋转支撑于所述中心轴，所述回转轴包括与所述中心轴精密配合的轴向磁悬浮轴承以及径向滚珠轴承，所述滚珠轴承外圈通过弹性套圈与所述回转轴的轴系弹性配合，形成弹性支撑。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮电动机，其特征在于，所述定子的定子冲片端部安装有三个空间相差120度电角度的开关霍尔元件。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮电动机，其特征在于，所述弹性套圈的截面厚度为0.5毫米至5毫米。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮电动机，其特征在于，所述弹性套圈通过在所述回转轴的轴承室灌注弹性胶形成。
5.根据权利要求1所述的磁悬浮电动机，其特征在于，所述磁悬浮电动机还包括真空密封外壳，所述真空密封外壳与所述中心轴连接。
6.根据权利要求1至5任一项所述的磁悬浮电动机，其特征在于，磁悬浮电动机包括4个永磁磁极，由28块相间贴装在所述电动机转子内壁的磁钢构成，每个磁极包括7块同极相间贴装的磁钢；
所述定子包括18个定子槽。
7.根据权利要求6所述的磁悬浮电动机，其特征在于，所述定子槽的槽口尺寸与相邻磁钢的间距的比例为1.4～1.6。
8.根据权利要求6所述的磁悬浮电动机，其特征在于，所述定子的三相绕组的绕线方式为：
9.根据权利要求1所述的磁悬浮电动机，其特征在于，磁悬浮轴承包括内定子和外转子，且所述内定子以及外转子分别包括至少两个轴向充磁的环形磁钢圈，
所述内定子的环形磁钢圈与所述外转子的环形磁钢圈的轴向高度相同，且所述内定子的环形磁钢圈位于所述外转子的环形磁钢圈内部。
10.根据权利要求9所述的磁悬浮电动机，其特征在于，所述内定子的环形磁钢圈之间设有0.2毫米至1毫米的非导磁隔垫；所述外转子的环形磁钢圈之间设有0.2毫米至1毫米的非导磁隔垫。
11.根据权利要求9或10所述的磁悬浮电动机，其特征在于，所述内定子的环形磁钢圈与所述外转子的环形磁感圈之间的物理气隙为0.2毫米至5毫米。
12.根据权利要求11所述的磁悬浮电动机，其特征在于，所述内定子以及所述外转子分别包括5个轴向充磁的环形磁钢圈，
所述内定子的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为NSNSN，所述外转子的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为SNSNS；
所述内定子的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为SNSNS，所述外转子的5个环形磁钢圈上表面的极性排列次序为NSNSN。
13.根据权利要求1所述的磁悬浮电动机，其特征在于，所述电动机转子外径为
至电动机转子的飞轮材料为碳钢，所述飞轮的转速±16000rpm。
14.根据权利要求1所述的磁悬浮电动机，其特征在于，所述飞轮外径
所述电动机转子的飞轮材料为玻璃纤维或碳纤维，所述飞轮的最高转速分别为±20000rpm或±60000rpm。
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| CN2011204904990U CN202353504U (zh) | 2011-11-30 | 2011-11-30 | 一种磁悬浮电动机 |
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| CN108023444A (zh) * | 2018-01-20 | 2018-05-11 | 营口万意达智能装备科技有限公司 | 一种伺服电机 |
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