CN209948869U - 磁悬浮电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及磁悬浮技术领域，提供了一种磁悬浮电机。该磁悬浮电机包括转子轴，所述转子轴的外侧同轴布置有轴向磁轴承，所述转子轴的第一端为输出端，所述转子轴的第二端外侧设有磁力吸附单元，所述磁力吸附单元对所述转子轴产生沿其轴向的吸附力，所述转子轴的第二端与所述磁力吸附单元接触；所述转子轴的外侧还设有用于检测转子轴失稳的传感器，所述转子轴失稳时，所述轴向磁轴承通入控制电流控制所述转子轴的第二端脱离所述磁力吸附单元。当转子轴失稳时，确保对失稳情况进行抑制。
Description
技术领域
本实用新型属于磁悬浮技术领域，特别涉及一种磁悬浮电机。
背景技术
小型电动机是最常见的将电能转化为机械能的形式，在家用电器和工业领域具有广泛的应用。传统的电动机主要包括电机定子部分、电机转子部分、转子支撑轴承以及机壳部分，电机定子部分与电机转子部分之间通过机械轴承联接或存在机械接触，因此电子转子运动过程中存在机械摩擦。机械摩擦在一定程度上会减少转子的转速，同时机械摩擦会产生噪声、磨损元件、产生热量及造成其他负面问题，最终缩短电机使用寿命，因此，为了实现超高转速运行和设备的长寿命、清洁无油必须在电动机中采用非接触式支撑方式，即磁悬浮支撑方式。
但是现有技术中采用的磁悬浮电机，会出现转子失稳现象，转子失稳是由多种原因造成的，如外力干扰、负载变化、控制失稳等。失稳后转子由于陀螺效应的影响，将在电机内部混乱地章动和进动，高频的无序撞击会导致电机机械本体损坏。失稳的处理方法是让转子快速降速，以降低高速转子撞击造成的破坏。但通常失稳时磁轴承也处于失控状态，因此一般采用快速断电并让保护轴承承受转子的高频撞击。为了尽量避免失稳，会将磁轴承的承载力设计的很大(大刚度)，以抵抗转子受扰动而产生的失稳。代价就是牺牲了体积和材料，使磁悬浮电机变得庞大复杂。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种磁悬浮电机，当转子轴失稳时，对转子轴的轴向位置进行调节，确保对失稳情况进行抑制。
为了实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种磁悬浮电机，包括转子轴，所述转子轴的外侧同轴布置有轴向磁轴承，所述转子轴的第一端为输出端，所述转子轴的第二端外侧设有磁力吸附单元，所述磁力吸附单元对所述转子轴产生沿其轴向的吸附力，所述转子轴的第二端与所述磁力吸附单元接触；所述转子轴的外侧还设有用于检测转子轴失稳的传感器，所述转子轴失稳时，所述轴向磁轴承通入控制电流控制所述转子轴的第二端脱离所述磁力吸附单元。
可选的，所述转子轴的第二端与所述磁力吸附单元的接触为点接触。
可选的，所述转子轴的第二端的中心位置处设置有球型凸起。
可选的，所述轴向磁轴承布置于转子轴的第二端的外周，所述轴向磁轴承包括导磁环，所述导磁环的内侧开设有环形凹槽，所述环形凹槽内设置有绕组，所述转子轴的第二端外周延伸设置有推力盘，所述推力盘处于所述环形凹槽中。
可选的，所述磁力吸附单元包括对应转子轴的第二端设置的环形永磁体，所述环形永磁体设置于导磁环的外侧，所述环形永磁体的内圈设置有耐磨板。
可选的，所述环形凹槽靠外侧的槽壁延伸有环形套，所述环形永磁体套设于所述环形套的外周，所述耐磨板布置于所述环形套的内圈。
可选的，所述传感器包括轴向位移传感器，所述耐磨板的内侧面开设有安装槽，所述轴向位移传感器布置于所述安装槽内。
可选的，所述转子轴的外侧还同轴布置有径向磁轴承和电机定子铁芯，所述径向磁轴承设置有两个，所述两个径向磁轴承对称布置于所述电机定子铁芯的两侧。
可选的，还包括壳体，所述电机定子铁芯、径向磁轴承及轴向磁轴承均设置于所述壳体的内壁。
可选的，所述传感器包括径向位移传感器，所述径向位移传感器布置于所述壳体的内壁，所述径向位移传感器处于所述径向磁轴承与所述电机定子铁芯之间。
与现有技术相比，当转子轴失稳时，此时对轴向磁轴承通入控制电流，该控制电流产生的轴向力与磁力吸附单元产生的吸附力相反，轴向磁轴承产生轴向作用力使转子轴与磁力吸附单元脱离，从而确保转子轴在轴向上保持稳定悬浮，并且确保转子轴的后端不与磁力吸附单元有任何接触，避免了转子轴失稳状态下与磁力吸附单元单元发生相互碰撞，也避免了磁力吸附单元对失稳转子的反作用力施加到磁轴承上以增加了磁轴承的负担，轴向磁轴承还可以正常工作从而实现了转子轴在轴向上保持稳定悬浮，更有利于转子轴从失稳状态趋于稳定。
附图说明
图1是本实用新型剖视图一；
图2是本实用新型剖视图二(未显示转子轴)；
图3是本实用新型轴向磁轴承与磁力吸附单元配合示意图。
附图标记：
1、电机定子铁芯；2、径向磁轴承；3、轴向磁轴承；31、导磁环； 32、环形凹槽；33、绕组；34环形套；4、转子轴；41、球型凸起；42、推力盘；5、磁力吸附单元；51、环形永磁体；52、耐磨板；6、壳体； 7、轴向位移传感器；8、径向位移传感器。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员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，本实用新型实施例提供的一种磁悬浮电机，包括转子轴4，转子轴4的外侧同轴布置有轴向磁轴承3，转子轴4的第一端为输出端，转子轴4的第二端外侧设有磁力吸附单元5，磁力吸附单元 5对转子轴4产生沿其轴向的吸附力，转子轴4的第二端与磁力吸附单元5接触；转子轴4的外侧还设有用于检测转子轴4失稳的传感器，转子轴4失稳时，轴向磁轴承3通入控制电流控制转子轴4的第二端脱离磁力吸附单元5。
电机工作时由径向磁轴承2实现转子轴4的径向支承以及定位，由磁力吸附单元5限制转子轴4的轴向运动，磁力吸附单元5的吸附力应设计的足够大，使轴向磁轴承3无需通入电流即可让转子轴4稳定的与磁力吸附单元5接触。但是当磁力吸附单元5的吸附力不足时，轴向磁轴承3也可以通入很小的吸附电流以协助磁力吸附单元5对转子轴4施加作用力，使转子轴4与磁力吸附单元5接触稳定高速旋转。最优选的采用无需对轴向磁轴承3通入电流的方案，因为不对轴向磁轴承3通电，转子轴4失稳时轴承磁轴承3绝对不会出现失控的情况。当转子轴4失稳时，此时对轴向磁轴承3通入控制电流，该控制电流产生的轴向力与磁力吸附单元5产生的吸附力相反，轴向磁轴承3产生轴向作用力使转子轴4与磁力吸附单元5脱离，从而确保转子轴4 在轴向上保持稳定悬浮，并且确保转子轴4的后端不与磁力吸附单元5 有任何接触，避免了转子轴4失稳状态下与磁力吸附单元单元5发生相互碰撞，同时消除了磁力吸附单元单元5对失稳转子轴4施加的同频反作用力；现有技术中，正常工作情况下径向磁轴承2、轴向磁轴承 3均通电工作，一旦失稳时磁轴承也处于失控状态，无法有效的抑制转子轴4的径向和轴向的混乱振动，而本申请中转子轴4一旦失稳时，因为本申请的轴向磁轴承3在失稳前一直没有通入电流或通入很小的吸附电流，所以转子轴4失稳发生后，本申请的轴向磁轴承3不会发生失控的情况，轴向磁轴承3还可以正常工作从而抑制了转子轴4的失稳，使之在轴向上保持稳定，更有利于转子轴4从失稳状态趋于稳定。
另外需说明的是，现有技术中检测转子轴4出现失稳情况的技术已经十分成熟，通常会在磁悬浮电机内设置传感器去检测转子轴4的转动状态是否稳定，当转子轴4轴向或径向位移超过一定范围且位移变化频率高时，系统判定为转子轴4失稳，此时会通过系统控制径向磁轴承2、轴向磁轴承3断电，当然除却此种方式外，也可以采用振动传感器等其他本领域人员公知手段去检测转子轴4的失稳情况，在本申请中不再赘述。
在一些实施例中，转子轴4的第二端与磁力吸附单元5的接触为点接触。虽然工作状态下转子轴4高速旋转，但是由于转子轴4与磁力吸附单元5为点接触，两者之间的摩擦力非常小，并不会影响磁悬浮电机的性能以及使用寿命。
在一些实施例中，如图1所示，转子轴4的第二端的中心位置处设置有球型凸起41。确保点接触位置位于转子轴4的轴线上，进而保证了转子轴4所受吸附力的方向为轴向；球型凸起41可以与转子轴4 一体成型，省去了球型凸起41与转子轴4的连接，加工方便，并且连接可靠，保证了使用寿命，也可以在磁力吸附单元5上对应转子轴4 的第二端的中心位置处设置球型凸起41；当然上述方式中球型凸起41 也可以与转子轴4或磁力吸附单元5拆卸式连接。
在一些实施例中，如图2所示，轴向磁轴承3布置于转子轴4的第二端的外周，轴向磁轴承3包括导磁环31，导磁环31的内侧开设有环形凹槽32，环形凹槽32内设置有绕组33，转子轴4的第二端外周延伸设置有推力盘42，推力盘42处于环形凹槽32中。此方案中轴向磁轴承3的方式是绕组33配合导磁环31通电的方式，当然也可以采用现有技术中永磁偏置轴向磁轴承的方式，当然轴向磁轴承3也并不一定设置在转子轴4的第二端的外周，也可以是对应转子轴4的其他位置。
在一些实施例中，如图2和图3所示，针对轴向磁轴承3布置于转子轴4的第二端的外周，磁力吸附单元5包括对应转子轴4的第二端设置的环形永磁体51，环形永磁体51设置于导磁环31的外侧，环形永磁体51的内圈设置有耐磨板52。磁力吸附单元5的布置形式不仅仅只限于上述描述的环形永磁体51与耐磨板51配合的方式，如果轴向磁轴承3的布置与磁力吸附单元5不临近的情况下，也可以将磁力吸附单元5完全采用永磁体，因为磁力吸附单元5的磁力线与轴向磁轴承3的磁力线不会发生干涉；当然磁力吸附单元单元5也可以采用导磁体加绕组通电的方式，在电机工作时，通电吸附转子轴4，失稳情况发生后断电不吸附转子轴4，让轴向磁轴承3通入控制电流调节转子轴4的轴向位置。
在一些实施例中，如图2和图3所示，环形凹槽32靠外侧的槽壁延伸有环形套34，环形永磁体51套设于环形套34的外周，耐磨板52 布置于环形套34的内圈。为了便于磁力吸附单元5的安装，所以在导磁环31的外侧延伸一段环形套34，环形永磁体51套设于环形套34的外周对转子轴4产生吸附力，但同时不会影响轴向磁轴承3的通电正常工作，耐磨板52的材料可以采用陶瓷或碳纤维等不导磁耐磨材料，另外耐磨板52可以设置成台阶状，其小直径段卡入环形套34内，大直径段卡嵌至环形套34的端部位置处。
在一些实施例中，如图2和图3所示，传感器包括轴向位移传感器7，耐磨板52的内侧面开设有安装槽，轴向位移传感器7布置于安装槽内。为了检测转子轴4的轴向位移，所以在耐磨板52上开设有安装槽，轴向位移传感器7正对转子轴4的第二端。
在一些实施例中，如图1和图2所示，转子轴4的外侧还同轴布置有径向磁轴承2和电机定子铁芯1，径向磁轴承2设置有两个，两个径向磁轴承2对称布置于电机定子铁芯1的两侧。在电机定子铁芯1 两侧各设置一径向磁轴承2，用于径向支撑转子轴4，确保转子轴4的稳定性。
在一些实施例中，如图1和图2所示，还包括壳体6，电机定子铁芯1、径向磁轴承2及轴向磁轴承3均设置于壳体6的内壁。
在一些实施例中，如图1和图2所示，传感器包括径向位移传感器8，径向位移传感器8布置于壳体6的内壁，径向位移传感器8处于径向磁轴承2与电机定子铁芯1之间。径向位移传感器8处于转子轴4 的径向方向上，用于检测转子轴4的径向位移，当然径向位移传感器8 也可以设置在壳体6内的其他位置处，在一些其他布置方式中，径向磁轴承2的内侧均匀布置有绕组，可以在相邻的两绕组之间布置径向位移传感器8。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种磁悬浮电机，其特征在于：包括转子轴(4)，所述转子轴(4)的外侧同轴布置有轴向磁轴承(3)，所述转子轴(4)的第一端为输出端，所述转子轴(4)的第二端外侧设有磁力吸附单元(5)，所述磁力吸附单元(5)对所述转子轴(4)产生沿其轴向的吸附力，所述转子轴(4)的第二端与所述磁力吸附单元(5)接触；
所述转子轴(4)的外侧还设有用于检测转子轴(4)失稳的传感器，所述转子轴(4)失稳时，所述轴向磁轴承(3)通入控制电流控制所述转子轴(4)的第二端脱离所述磁力吸附单元(5)。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述转子轴(4)的第二端与所述磁力吸附单元(5)的接触为点接触。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述转子轴(4)的第二端的中心位置处设置有球型凸起(41)。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述轴向磁轴承(3)布置于转子轴(4)的第二端的外周，所述轴向磁轴承(3)包括导磁环(31)，所述导磁环(31)的内侧开设有环形凹槽(32)，所述环形凹槽(32)内设置有绕组(33)，所述转子轴(4)的第二端外周延伸设置有推力盘(42)，所述推力盘(42)处于所述环形凹槽(32)中。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述磁力吸附单元(5)包括对应转子轴(4)的第二端设置的环形永磁体(51)，所述环形永磁体(51)设置于导磁环(31)的外侧，所述环形永磁体(51)的内圈设置有耐磨板(52)。
6.根据权利要求5所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述环形凹槽(32)靠外侧的槽壁延伸有环形套(34)，所述环形永磁体(51)套设于所述环形套(34)的外周，所述耐磨板(52)布置于所述环形套(34)的内圈。
7.根据权利要求6所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述传感器包括轴向位移传感器(7)，所述耐磨板(52)的内侧面开设有安装槽，所述轴向位移传感器(7)布置于所述安装槽内。
8.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述转子轴(4)的外侧还同轴布置有径向磁轴承(2)和电机定子铁芯(1)，所述径向磁轴承(2)设置有两个，所述两个径向磁轴承(2)对称布置于所述电机定子铁芯(1)的两侧。
9.根据权利要求8所述的磁悬浮电机，其特征在于：还包括壳体(6)，所述电机定子铁芯(1)、径向磁轴承(2)及轴向磁轴承(3)均设置于所述壳体(6)的内壁。
10.根据权利要求9所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述传感器包括径向位移传感器(8)，所述径向位移传感器(8)布置于所述壳体(6)的内壁，所述径向位移传感器(8)处于所述径向磁轴承(2)与所述电机定子铁芯(1)之间。
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