CN211239723U - 一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机，包括转轴、产生径向悬浮力且其转子铁心与转轴同轴装配的两自由度径向悬浮组件、产生轴向悬浮力且其转子铁心与转轴同轴装配的一自由度轴向悬浮组件、产生径向悬浮力且可驱动转轴旋转的两自由度径向悬浮无轴承电机组件以及包围支撑两自由度径向悬浮组件、一自由度轴向悬浮组件和两自由度径向悬浮无轴承电机组件的外部定子轭，其中，两自由度径向悬浮组件的环形永磁体和一自由度轴向悬浮组件的环形永磁体径向充磁方向相反，形成永磁偏置磁场。本实用新型不再需要通过配置轴向推力盘便可产生轴向悬浮力实现转子轴向悬浮，进而提高了五自由度磁悬浮电机的临界转速和整体的拆装效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及磁悬浮电机技术领域，具体为一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机。
背景技术
磁悬浮电机利用电磁力实现电机转子径向和轴向五自由度支撑，因而具有非接触、无摩擦运行的特点，在高速主轴电机、高速飞轮储能电机以及高速空气压缩电机等领域具有广阔应用潜力。
然而传统磁悬浮电机在实现转子五自由度悬浮时，轴向自由度悬浮力的产生往往需要配置轴向推力盘才能够实现。推力盘的引入导致整机系统：1、临界转速的降低，限制整机转速的提高；2、轴向推力盘的存在使整机装配过程变得复杂，降低了整机拆装效率。
实用新型内容
本部分的目的在于概述本实用新型的实施方式的一些方面以及简要介绍一 些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和实用新型名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和实用新型名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本实用新型的范围。
鉴于上述和/或现有磁悬浮电机中存在的问题，提出了本实用新型。
因此，本实用新型的目的是提供一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机，提高临界转速并提高整体的拆装效率。
为解决上述技术问题，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了如下技术方案：
一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机，其包括：
转轴；
产生径向悬浮力且其转子铁心与所述转轴同轴装配的两自由度径向悬浮组件；
产生轴向悬浮力且其转子铁心与所述转轴同轴装配的一自由度轴向悬浮组件；
产生径向悬浮力且可驱动所述转轴旋转的两自由度径向悬浮无轴承电机组件；以及
包围支撑所述两自由度径向悬浮组件、一自由度轴向悬浮组件和所述两自由度径向悬浮无轴承电机组件的外部定子轭；
其中，所述两自由度径向悬浮组件的环形永磁体和一自由度轴向悬浮组件的环形永磁体径向充磁方向相反，形成永磁偏置磁场。
作为本实用新型所述的一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机的一种优选方案，其中，所述两自由度径向悬浮组件还包括：
设置在所述两自由度径向悬浮组件的环形永磁体内圈的径向悬浮组件定子铁心；以及
绕接在所述径向悬浮组件定子铁心上的径向悬浮组件绕组；
其中，所述径向悬浮组件定子铁心的齿极与所述径向悬浮组件的转子铁心之间形成径向悬浮组件气隙，所述径向悬浮组件绕组区分为沿X方向设置且相互对称的第一径向悬浮组件绕组和沿Y方向设置且相互对称的第二径向悬浮组件绕组。
作为本实用新型所述的一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机的一种优选方案，其中，所述两自由度径向悬浮组件还包括径向悬浮组件永磁体护套，所述径向悬浮组件永磁体护套环形分布在所述外部定子轭和所述两自由度径向悬浮组件的环形永磁体之间。
作为本实用新型所述的一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机的一种优选方案，其中，所述一自由度轴向悬浮组件还包括：
设置在所述一自由度径向悬浮组件的环形永磁体内圈的轴向悬浮组件定子铁心；
固定在所述轴向悬浮组件定子铁心的内圈，并与所述轴向悬浮组件定子铁心的内圈形成绕组容纳腔的绕组支撑架；
环形分布在所述绕组容纳腔内的轴向悬浮组件绕组；以及
设置在所述悬浮组件定子铁心侧壁、并将所述绕组支撑架和所述轴向悬浮组件绕组封闭在所述轴向悬浮组件定子铁心的内圈内的悬浮组件定子铁心盖板；
其中，所述向悬浮组件绕组与所述一自由度径向悬浮组件的转子铁心之间具有轴向悬浮组件气隙。
作为本实用新型所述的一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机的一种优选方案，其中，所述一自由度轴向悬浮组件还包括轴向悬浮组件永磁体护套，所述轴向悬浮组件永磁体护套环形分布在所述外部定子轭和所述一自由度向悬浮组件的环形永磁体之间。
作为本实用新型所述的一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机的一种优选方案，其中，所述两自由度径向悬浮无轴承电机组件还包括：
设置在所述外部定子轭内圈的无轴承电机组件隔磁环；
设置在所述无轴承电机组件隔磁环内圈的无轴承电机组件定子铁心；
绕接在所述无轴承电机组件定子铁心上的无轴承电机组件绕组；以及
设置在所述转轴上的无轴承电机组件转子。
作为本实用新型所述的一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机的一种优选方案，其中，所述外部定子轭为环形且由通过高导磁实心合金材料制成。
与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：两自由度径向悬浮组件产生的径向悬浮磁场、一自由度轴向悬浮组件产生的轴向悬浮磁场，并且两自由度径向悬浮组件的环形永磁体和一自由度轴向悬浮组件的环形永磁体径向充磁方向相反，形成永磁偏置磁场。通过永磁偏置磁场与径向悬浮磁场在径向悬浮组件气隙中相互调制打破径向悬浮组件气隙中磁场的平衡形成径向悬浮力，施加于两自由度径向悬浮组件的转子铁心上，进而使转轴转动时可以径向悬浮。通过永磁偏置磁场与轴向悬浮磁场在轴向悬浮组件气隙中相互调制依靠洛伦兹力原理形成悬浮轴向力，施加于一自由度轴向悬浮组件的转子铁心上，进而使转轴转动时不需要配置轴向推力盘即可实现转子的轴向悬浮，相对于传统的磁悬浮电机，本实用新型能够提高临界转速，并提高整体的拆装效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将将结合附图和详细实施方式对本实用新型进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本实用新型一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机一实施方式的轴向结构示意图；
图2为本实用新型一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机图1中的两自由度径向悬浮组件结构示意图；
图3为本实用新型一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机图1中的两自由度径向悬浮无轴承电机组件结构示意图；
图4为本实用新型一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机图1中的一自由度轴向悬浮组件结构示意图；
图5为本实用新型一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机图4中的一自由度轴向悬浮组件部分结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施方式的限制。
其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
本实用新型提供一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机，能够提高临界转速并提高整体的拆装效率。
图1示出的是本实用新型一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机一实施方式的整体结构示意图，请参阅图1，本实施方式的一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机，其主要部分为：外部定子轭1、两自由度径向悬浮组件2、两自由度径向悬浮无轴承电机组件3、一自由度轴向悬浮组件4和转轴5。
外部定子轭1为环形且由高导磁实心合金材料制成，包围支撑在两自由度径向悬浮组件2、一自由度轴向悬浮组件3和两自由度径向悬浮无轴承电机组件4的外部，作为永磁偏置磁场6在空间内沿Z轴方向的磁通路，同时作为两自由度径向悬浮组件2定子部分、两自由度径向悬浮无轴承电机组件3定子部分和一自由度轴向悬浮组件4定子部分的机械支撑结构。
请一并参阅图2，两自由度径向悬浮组件2由径向悬浮组件永磁体护套21、径向悬浮组件永磁体22、径向悬浮组件定子铁心23、径向悬浮组件绕组和径向悬浮组件转子铁心25组成。径向悬浮组件绕组区分为沿X方向设置且相互对称的第一径向悬浮组件绕组24x和沿Y方向设置且相互对称的第二径向悬浮组件绕组24y。径向悬浮组件定子铁心23设置在径向悬浮永磁体22内圈。径向悬浮组件永磁体护套21环形分布在外部定子轭1和径向悬浮永磁体22之间。径向悬浮组件绕组绕接在径向悬浮组件定子铁心23上，径向悬浮组件转子铁心25设置在径向悬浮组件定子铁心23内，并且径向悬浮组件转子铁心25与径向悬浮组件定子铁心23之间形成径向悬浮组件气隙26。径向悬浮组件永磁体护套21用于避免径向悬浮组件永磁体22直接与外部定子轭1间过盈装配对径向悬浮组件永磁体22的材料的造成损害。径向悬浮永磁体22为环形结构且由高性能稀土永磁材料制成，作为永磁偏置磁场6的磁源使用。径向悬浮组件定子铁心23由高性能硅钢片叠压而成，作为永磁偏置磁场6和径向悬浮磁场27的定子磁通路的一部分。第一径向悬浮组件绕组24x以产生一极径向磁场方式相互串联并引出两个绕组接线端。第二径向悬浮组件绕组24y以产生一极径向磁场方式相互串联并引出两个绕组接线端。在对第一径向悬浮组件绕组24x和第二径向悬浮组件绕组24y的接线端通电时，第一径向悬浮组件绕组24x和第二径向悬浮组件绕组24y产生径向悬浮磁场27。径向悬浮组件转子铁心25作为永磁偏置磁场6和径向悬浮磁场27的转子磁通路的一部分。
请一并参阅图3，两自由度径向悬浮无轴承电机组件3包括无轴承电机组件隔磁环31、无轴承电机组件定子铁心32、无轴承电机组件绕组33和无轴承电机组件转子铁心34。无轴承电机组件隔磁环31设置在外部定子轭1的内圈，无轴承电机组件定子铁心32设置在无轴承电机组件隔磁环31的内圈。无轴承电机组件绕组33绕接在无轴承电机组件定子铁心32上。设置在无轴承电机组件定子铁心32内圈，并与转轴5同心装配的无轴承电机组件隔磁环31由非导磁合金材料制成，与外部定子轭1过盈装配，避免永磁偏置磁场6经过两自由度径向悬浮无轴承电机组件3闭合。
请一并参阅图4和图5，一自由度轴向悬浮组件4包括轴向悬浮组件永磁体护套41、轴向悬浮组件永磁体42、轴向悬浮组件定子铁心43、轴向悬浮组件绕组44、轴向悬浮组件转子铁心45、绕组支撑架46和轴向悬浮组件定子铁心盖板47。轴向悬浮组件永磁体护套41环形分布在外部定子1轭和轴线悬浮组件永磁体42之间。轴向悬浮组件定子铁心设置在轴线悬浮组件永磁体42内圈。轴向悬浮组件定子铁心43设置在轴线悬浮组件永磁体42内圈。绕组支撑架46固定在轴向悬浮组件定子铁心43的内圈，并与轴向悬浮组件定子铁心的内圈43形成绕组容纳腔。轴向悬浮组件绕组44环形分布在绕组容纳腔内，轴向悬浮组件定子铁心盖板47设置在轴向悬浮组件定子铁心43侧壁，并将绕组支撑架46和轴向悬浮组件绕组44封闭在轴向悬浮组件定子铁心43的内圈。轴向悬浮组件绕组44与轴向悬浮组件转子铁心45之间具有轴向悬浮组件气隙46。轴向悬浮组件永磁体护套41用于避免轴向悬浮组件永磁体42直接与外部定子轭1间过盈装配对轴向悬浮组件永磁体42的材料的造成损害。轴向悬浮组件永磁体42为由高性能稀土永磁材料制成的环形结构，作为永磁偏置磁场6的磁源使用。永磁偏置磁场6具体由径向悬浮组件永磁体22和轴向悬浮组件永磁体42共同建立且径向悬浮组件永磁体22和轴向悬浮组件永磁体42充磁方向相反。轴向悬浮组件定子铁心43由高性能硅钢片叠压而成，作为永磁偏置磁场6的定子磁通路的一部分。轴向悬浮组件绕组44按由漆包线绕成环形，作为产生轴向悬浮磁场的磁源使用。轴向悬浮组件转子45作为永磁偏置磁场6的转子磁通路的一部分。
结合图1-图5，本实施方式的一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机具体使用过程：对第一径向悬浮组件绕组24x和第二径向悬浮组件绕组24y的接线端通电，此时径向悬浮磁场形成。径向悬浮磁场27和永磁偏置磁场6在径向悬浮组件气隙26中相互调制打破径向悬浮组件气隙26磁场的平衡，进而产生径向悬浮力，保证径向悬浮组件转子铁心25径向悬浮平衡，进而保持转轴5的径向悬浮平衡。对轴向悬浮组件绕组44通电，此时，轴向悬浮磁场形成，轴向悬浮磁场和永磁偏置磁场6在轴向悬浮组件气隙内相互调制，依据洛伦兹力原理，产生轴向悬浮力，使轴向悬浮组件转子铁心45轴向平衡悬浮，进而保持转轴5的轴向悬浮平衡。本实用新型不再需要通过配置轴向推力盘实现转子轴向悬浮，提高了五自由度磁悬浮电机的临界转速和整体的拆装效率。
虽然在上文中已经参考实施方式对本实用新型进行了描述，然而在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本实用新型所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本实用新型并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (7)
1.一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机，其特征在于，包括：
转轴；
产生径向悬浮力且其转子铁心与所述转轴同轴装配的两自由度径向悬浮组件；
产生轴向悬浮力且其转子铁心与所述转轴同轴装配的一自由度轴向悬浮组件；
产生径向悬浮力且可驱动所述转轴旋转的两自由度径向悬浮无轴承电机组件；以及
包围支撑所述两自由度径向悬浮组件、一自由度轴向悬浮组件和所述两自由度径向悬浮无轴承电机组件的外部定子轭；
其中，所述两自由度径向悬浮组件的环形永磁体和一自由度轴向悬浮组件的环形永磁体径向充磁方向相反，形成永磁偏置磁场。
2.根据权利要求1所述的一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机，其特征在于，所述两自由度径向悬浮组件还包括：
设置在所述两自由度径向悬浮组件的环形永磁体内圈的径向悬浮组件定子铁心；以及
绕接在所述径向悬浮组件定子铁心上的径向悬浮组件绕组；
其中，所述径向悬浮组件定子铁心的齿极与所述径向悬浮组件的转子铁心之间形成径向悬浮组件气隙，所述径向悬浮组件绕组区分为沿X方向设置且相互对称的第一径向悬浮组件绕组和沿Y方向设置且相互对称的第二径向悬浮组件绕组。
3.根据权利要求2所述的一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机，其特征在于，所述两自由度径向悬浮组件还包括径向悬浮组件永磁体护套，所述径向悬浮组件永磁体护套环形分布在所述外部定子轭和所述两自由度径向悬浮组件的环形永磁体之间。
4.根据权利要求1所述的一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机，其特征在于，所述一自由度轴向悬浮组件还包括：
设置在所述一自由度径向悬浮组件的环形永磁体内圈的轴向悬浮组件定子铁心；
固定在所述轴向悬浮组件定子铁心的内圈，并与所述轴向悬浮组件定子铁心的内圈形成绕组容纳腔的绕组支撑架；
环形分布在所述绕组容纳腔内的轴向悬浮组件绕组；以及
设置在所述轴向悬浮组件定子铁心侧壁并将所述绕组支撑架和所述轴向悬浮组件绕组封闭在所述轴向悬浮组件定子铁心的内圈内的轴向悬浮组件定子铁心盖板；
其中，所述轴向悬浮组件绕组与所述一自由度径向悬浮组件的转子铁心之间具有轴向悬浮组件气隙。
5.根据权利要求4所述的一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机，其特征在于，所述一自由度轴向悬浮组件还包括轴向悬浮组件永磁体护套，所述轴向悬浮组件永磁体护套环形分布在所述外部定子轭和所述一自由度向悬浮组件的环形永磁体之间。
6.根据权利要求1所述的一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机，其特征在于，所述两自由度径向悬浮无轴承电机组件包括：
设置在所述外部定子轭内圈的无轴承电机组件隔磁环；
设置在所述无轴承电机组件隔磁环内圈的无轴承电机组件定子铁心；
绕接在所述无轴承电机组件定子铁心上的无轴承电机组件绕组；以及
设置在所述转轴上的无轴承电机组件转子。
7.根据权利要求1所述的一种无推力盘的五自由度磁悬浮电机，其特征在于，所述外部定子轭为环形且由通过高导磁实心合金材料制成。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115404594A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-11-29 | 武汉纺织大学 | 一种双环形磁铁阵列磁悬浮织针驱动装置及控制方法 |
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2020
- 2020-03-17 CN CN202020330501.7U patent/CN211239723U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115404594A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-11-29 | 武汉纺织大学 | 一种双环形磁铁阵列磁悬浮织针驱动装置及控制方法 |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
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Address after: 210023 Yangshan North Road, Xianlin University Town, Qixia District, Nanjing, Jiangsu, 1 Patentee after: Nanjing Vocational University of Industry Technology Address before: 210023 Yangshan North Road, Xianlin University Town, Qixia District, Nanjing, Jiangsu, 1 Patentee before: NANJING INSTITUTE OF INDUSTRY TECHNOLOGY |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20231205 Address after: 217028, No. 200 Linghu Avenue, Xinwu District, Wuxi City, Jiangsu Province, China, F7 Patentee after: Shenghang magnetic power technology (Wuxi) Co.,Ltd. Address before: 210023 Yangshan North Road, Xianlin University Town, Qixia District, Nanjing, Jiangsu, 1 Patentee before: Nanjing Vocational University of Industry Technology |