CN211398286U - 一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构，包括固定套、转动部件、永磁悬浮轴承部件和电机，转动部件包括轴杆及转杯杯头；永磁悬浮轴承部件包括径向轴承和轴向推力轴承，径向轴承包括内永磁环和外永磁环，内永磁环和外永磁环均采用径向充磁，内永磁环外壁的极性与外永磁环内壁的极性相同，轴向推力轴承包括轴承壳、定永磁环、动永磁环和保护套，电机包括电枢组件和转子组件，电枢组件固定安装在所述固定套上，转子组件与所述轴杆固定连接。本实用新型采用了紧凑型的永磁悬浮轴承结构，使得转动部件在同等质量的条件下拥有更小的转动惯量，使得转子部件的径向离心力更小，从而减少永磁悬浮轴承中永磁体的用量。

Description

一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构

技术领域

本实用新型属于转杯纺纱技术领域，更具体地，涉及一种超高速直驱转杯装置。

背景技术

我国是传统的纺织大国，但相比于传统西方纺织强国，我国纺织业虽然规模庞大但技术装备水平普遍偏低，尤其在中高端纺纱装备中占据重要地位的转杯纺纱机方面，国产纺织设备与国外先进技术差距较大。而转杯纺是纺织技术中工艺最成熟、发展最迅速、应用最广泛的新型纺纱技术，到2017年，中国转杯纺纺锭已达400多万头，占全世界总产量的51％。近些年，国外先进纺纱设备提供商更是在转杯纺的高速化、多锭化、自动化方面不断发展并推出性能先进、技术成熟的纺纱装备，并成功占据了我国中高端转杯纺纱机的绝大部分市场。为了改变这种不利局面，研制先进的纺织装备已迫在眉睫。

转杯纺纱中转杯通过高速回转完成对纤维流的输送、转移、凝聚、并合、加捻等作用，转杯回转速度高低决定了纺纱产能大小，通常要求转杯转速10万转/分钟以上，高端场合甚至要求达到20万转/分钟的回转速度。目前，常规的转杯驱动方式采用龙带驱动，其缺点表现为：1、转杯无法达到较高速度，通常在12万转/分钟以内，继续提升速度则产生的能耗难以承受；2、龙带传动无法实现对单锭的差异化控制，且维修、安装不便；3、龙带高速接触转杯轴杆，引起高振动、高噪音，且关键零部件因磨损需定期更换，此外龙带驱动的整个转子部件体积较大，势必造成高速离心力引起机械摩擦增加，造成电力损耗居高不下。

与此同时，目前，电机直接驱动方案开始逐步推出，在一定程度极大地的改善了龙带驱动的各种不足之处，但仍然存在以下问题：1、采用机械接触式轴承，且转杯轴杆因结构功能限制，其直径依然偏大，导致机械摩擦损耗过大(经实测表明：直径9毫米轴杆比直径6毫米轴杆损耗高45％以上)，而且，个别方案采用外转式轴承结构，更加剧了机械摩擦损耗的增加；2、采用气浮轴承方案，虽然在减少机械磨损方面效果显著，但高压气流会引起的噪音，而且，气体管道铺设也容易造成纺纱生产线凌乱，以及气浮轴承的复杂造成轴承组件的体积偏大；3、采用定子(铁芯)有槽或无槽的无刷电机方案，铁芯中存在的铁芯损耗对铁芯磁密和磁场变化频率高低十分敏感，因而损耗依然很高；4、电机及其转杯结构朝“径向”方向扩展，根据转动惯量公式J＝mR²可知，采用尺寸“径向”扩展而非“轴向”扩展的方案并不合理，较大的径向尺寸增加了径向离心力，使得机械轴承磨损严重或气浮轴承的气压功率提高；5、采用机械接触式的制动方式，在超高速(如15万转/分钟以上)状态下，不仅噪音和振动大、零部件磨损，也不利于安全生产。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构，其采用紧凑型永磁悬浮轴承结构，其整体尺寸偏向于“细长型”结构，使得转动部件在同等质量的条件下拥有更小的转动惯量，使得转子部件的径向离心力更小，从而减少永磁悬浮轴承中永磁体的用量。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构，其特征在于，包括固定套、转动部件、永磁悬浮轴承部件和电机，其中，

所述转动部件包括轴杆及转杯杯头，所述轴杆的一端伸入所述固定套内并且与所述固定套的内壁之间存在间隙，该轴杆的另一端固定连接所述转杯杯头；

所述永磁悬浮轴承部件包括径向轴承和轴向推力轴承，并且，

所述径向轴承包括同轴设置的内永磁环和外永磁环，所述外永磁环固定安装在所述固定套的内壁上，所述内永磁环位于所述外永磁环所围区域内并且该内永磁环固定穿装在所述轴杆上，所述内永磁环的外径小于所述外永磁环的内径，所述内永磁环和外永磁环均采用径向充磁，并且所述内永磁环外壁的极性与所述外永磁环内壁的极性相同；

所述轴向推力轴承包括轴承壳、定永磁环、动永磁环和保护套，所述轴承壳固定安装在所述固定套的内壁上并且与轴杆之间存在间隙，所述定永磁环固定安装在所述轴承壳上，所述轴杆穿过所述定永磁环并且两者之间存在间隙，所述动永磁环和所述保护套均固定穿装在所述轴杆上，所述保护套上设置有圆形凹槽，并且该动永磁环固定套接在该保护套在圆形凹槽处的内壁上，此外，所述定永磁环和所述动永磁环沿着所述轴杆的轴向布置，所述定永磁环和所述动永磁环均采用轴向平行充磁的方式进行充磁并且它们相对的一侧极性相同；

所述电机包括电枢组件和转子组件，所述电枢组件固定安装在所述固定套上，所述转子组件位于所述固定套内并且该转子组件与所述轴杆伸入固定套的一端固定连接。

优选地，所述永磁悬浮轴承部件还包括固定安装在所述固定套内壁上的屏蔽壳，所述轴杆的两端分别穿过所述屏蔽壳，所述屏蔽壳包括周向屏蔽套和安装在所述周向屏蔽套上的两个端面屏蔽套，每个所述端面屏蔽套均与所述轴杆之间存在间隙，所述外永磁环和所述轴承壳均位于所述屏蔽壳内并且它们沿着所述轴杆的轴向设置，并且所述外永磁环和所述轴承壳均固定安装在所述周向屏蔽套的内壁上。

优选地，所述径向轴承设置有两个并且它们沿着所述轴杆的轴向布置。

优选地，所述轴向推力轴承设置有两个并且它们沿着所述轴杆的轴向布置，相应地，所述轴承壳也沿着所述轴杆的轴向布置有两个，每个所述定永磁环分别位于一所述轴承壳的凹槽内，每个所述定永磁环分别与所述轴承壳的端部凸台抵接，以用于对这两个所述轴向推力轴承限位，所述保护套上的圆形凹槽设置有两个并且它们沿着所述轴杆的轴向布置，每个所述动永磁环分别固定套接在一所述圆形凹槽，所述保护套在两个所述圆形凹槽之间形成分隔部，以用于分隔两个所述动永磁环。

优选地，所述电枢组件包括电枢骨架和环形绕组，所述电枢骨架固定安装在所述固定套上，所述环形绕组安装在该电枢骨架上，所述转子组件包括外壳和环形永磁体，所述外壳固定穿装在该轴杆上，所述环形永磁体固定套装在该外壳的内壁上并且与该轴杆同轴设置，所述环形永磁体围住该环形绕组，其中：

所述环形永磁体包括多个瓦片磁铁A和多个瓦片磁铁B，它们交替布置并固定连接在一起，从而形成具有内柱面和外柱面的所述环形永磁体，每个瓦片磁铁A和每个瓦片磁铁B均采用平行磁场充磁而成，并且每个瓦片磁铁B的弧度均小于每个瓦片磁铁A的弧度；

对于任意相邻的两个瓦片磁铁A而言，其中一个瓦片磁铁A充磁方向为内弧面指向外弧面，而另一个瓦片磁铁A充磁方向为外弧面指向内弧面；

对于每个所述瓦片磁铁B而言，其具有连接面C和连接面D，其充磁方向为连接面C指向连接面D，并且所述连接面C与充磁方向为内弧面指向外弧面的瓦片磁铁A连接，所述连接面D与充磁方向为外弧面指向内弧面的瓦片磁铁A连接。

优选地，对于每个瓦片磁铁A而言，其内弧面和外弧面在垂直于该环形永磁体的平面上的投影分别为圆弧E和圆弧F，瓦片磁铁A进行充磁的平行磁场的方向平行于圆弧E和圆弧F的中点的连线。

优选地，对于每个所述瓦片磁铁B而言，其连接面C和连接面D在垂直于该环形永磁体的平面上的投影分别为线段G和线段H，瓦片磁铁B进行充磁的平行磁场的方向平行于线段G和线段H的中点的连线。

优选地，每个瓦片磁铁B的弧度分别为每个瓦片磁铁A的弧度的40％～60％。

优选地，所述机壳与所述轴杆通过过盈配合和/或激光焊接的方式固定连接在一起。

优选地，所述轴承壳和保护套均采用非导磁材料制成。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本实用新型中与电机转子连接的零件中不存在磁场交变的铁芯损耗，拥有比普通永磁无刷电机更高的输出效率；

2)本实用新型能突破超高速电机的永磁体只能采用2极的限制，可采用4极甚至6极以上永磁体结构，因而能提高电机功率密度，减小电机体积，对减小超高速运行条件下转子部件的转动惯量具有重要意义；

3)本实用新型的电机中的环形永磁体经设定的排列，拥有良好的磁场内聚特性，主磁路中无需导磁材料聚磁就可以提供较高的内部气隙磁场，这一特征为转杯制动结构的设置提供了技术基础和空间上的便利；

4)本实用新型整体尺寸偏向于“细长型”结构，使得转动部件在同等质量的条件下拥有更小的转动惯量，使得转动部件的径向离心力更小，从而减少永磁悬浮轴承部件中的永磁体材料的用量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中永磁悬浮轴承部件的剖视示意图；

图3是本实用新型中径向轴承的磁力线走向示意图；

图4是本实用新型中径向轴承的内永磁环和外永磁环的充磁示意图；

图5是本实用新型中轴向推力轴承的磁力线走向示意图；

图6是本实用新型中定永磁环的充磁示意图；

图7是本实用新型的其中一个瓦片磁铁A在平行磁场中进行充磁的示意图；

图8是本实用新型的其中一个瓦片磁铁B在平行磁场中进行充磁的示意图；

图9是本实用新型中环形永磁铁的瓦片磁铁的排列及各自充磁方向的示意图；

图10是本实用新型中环形永磁体的磁力线分布示意图；

图11是本实用新型中磁力制动爪的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～图6所示，一种无铁损永磁无刷电机直接驱动的超高速转杯组件，包括固定套1、转动部件2、永磁悬浮轴承部件3和电机4，其中，固定套1作为其他零件的安装基础，其是固定不能转动的，并且，

所述转动部件2包括轴杆21及转杯杯头22，所述轴杆21的一端伸入所述固定套1内并且与所述固定套1的内壁之间存在间隙，该轴杆21的另一端固定连接所述转杯杯头22；

所述永磁悬浮轴承部件3包括径向轴承31，所述径向轴承31包括同轴设置的内永磁环311和外永磁环312，所述外永磁环312固定安装在所述固定套1的内壁上，所述内永磁环311位于所述外永磁环312所围区域内并且该内永磁环311固定穿装在所述轴杆21上，所述内永磁环311的外径小于所述外永磁环312的内径，所述内永磁环311和外永磁环312均采用径向充磁，并且所述内永磁环311外壁的极性与所述外永磁环312内壁的极性相同；

所述电机4包括电枢组件41和转子组件42，所述电枢组件41固定安装在所述固定套1上，所述转子组件42位于所述固定套21内并且该转子组件42与所述轴杆21伸入所述固定套21的一端固定连接。

进一步，所述永磁悬浮轴承部件3还包括固定安装在所述固定套1内壁上的屏蔽壳32，所述屏蔽壳32采用导磁材料制成，所述轴杆21的两端分别穿过所述屏蔽壳32，所述屏蔽壳32包括周向屏蔽套321和安装在所述周向屏蔽套321上的两个端面屏蔽套322，每个所述端面屏蔽套322均与所述轴杆21之间存在间隙，此外，所述外永磁环312位于所述屏蔽壳32内，并且所述外永磁环312固定安装在所述周向屏蔽套321的内壁上，屏蔽壳32可以减少永磁悬浮轴承部件3“扩散”磁场引起的不利影响，

进一步，所述外永磁环312的外壁上固定套接有轴承外套313，所述轴承外套313固定安装在所述周向屏蔽套321的内壁上，则所述外永磁环312通过所述轴承外套313和所述周向屏蔽套321固定安装在所述固定套1上。此外，所述内永磁环311的外壁上固定套接有轴承内套314，所述轴承内套314位于所述外永磁环312所述区域内，并且所述轴承内套314与所述外永磁环312之间存在间隙。轴承内套314采用非导磁材料、而轴承外套313可使用导磁材料或不导磁材料，这样可以使径向轴承31产生“斥力”的磁场分布更合理，能产生更好的支承效果。

进一步，所述永磁悬浮轴承部件3还包括轴向推力轴承33，所述轴向推力轴承33包括轴承壳333、定永磁环331、动永磁环332和保护套334，所述轴承壳333采用非导磁材料制成并且其固定安装在所述固定套1的内壁上，轴承壳333与轴杆21之间存在间隙，所述定永磁环331固定安装在所述轴承壳333上，所述轴杆21穿过所述定永磁环331并且两者之间存在间隙，所述动永磁环332和所述保护套334均固定穿装在所述轴杆21上，保护套334优选通过激光环形焊接的方式固定在轴杆21上，所述保护套334采用非导磁材料制成，譬如无磁性合金钢，由于保护套334高速旋转，保护套334的材料优选无磁性高锰钢；所述保护套334上设置有圆形凹槽，并且该动永磁环332固定套接在该保护套334在圆形凹槽处的内壁上，此外，所述定永磁环331和所述动永磁环332沿着所述轴杆21的轴向布置，所述定永磁环331和所述动永磁环332均采用轴向平行充磁的方式进行充磁并且它们相对的一侧极性相同，所述定永磁环331和动永磁环332均位于所述屏蔽壳32内，并且所述定永磁环331固定安装在所述周向屏蔽套321的内壁上。非导磁材料制成的轴承壳333和保护套334可以减少漏磁，使轴向推力轴承33产生“斥力”的磁场分布更合理，能产生更好的支承效果，并且保护套334还可防止动永磁环332在超高速旋转下的脱落。

进一步，本发明还包括磁力制动爪6，所述固定套1远离所述转杯杯头22的一端设置有端盖5，所述端盖5上设置有作用所述磁力制动爪6移动通道的通孔，以用于让所述磁力制动爪6的一端伸入所述环形永磁体44内，并且所述磁力制动爪6用于伸入所述环形永磁体44内的一端设置有多个缺口槽61，所述磁力制动爪6上还设置有用于限制该磁力制动爪6移动行程的环形限位凸台62。

进一步，所述径向轴承31优选设置有两个并且它们沿着所述轴杆21的轴向布置，所述轴向推力轴承33设置有两个并且它们沿着所述轴杆21的轴向布置，相应地，所述轴承壳333也沿着所述轴杆的轴向布置有两个，每个所述定永磁环331分别位于一所述轴承壳333内的凹槽内，每个所述定永磁环331分别与所述轴承壳333的端部凸台抵接，以用于对这两个所述轴向推力轴承33进行沿轴杆21轴向的限位，所述保护套334上的圆形凹槽设置有两个并且它们沿着所述轴杆21的轴向布置，每个所述动永磁环332分别固定套接在一所述圆形凹槽，所述保护套334在两个所述圆形凹槽之间形成分隔部，以用于分隔两个所述动永磁环332。参考图2，轴向推力轴承33位于两个径向轴承31的中间。

径向轴承31的内永磁环311优选由两个弧度为π的弧形磁片拼装而成，可以降低材料加工的损耗，同样，径向轴承31的外永磁环312也优选由两个弧度为π的弧形磁片组成，径向轴承31的磁场走向大致情况如图3所示，内永磁环311和外永磁环312在狭窄的间隙内形成较强的“斥力”，该“斥力”沿圆周均匀分布，使整个转动部件2悬浮于中心，为了使悬浮效果更加稳定，因此，同轴设置完全一样的两个径向轴承31。位于两个径向轴承31中间的轴向推力轴承33，也采用了类似轴向“斥力”的方式，以限制整个转动部件2的轴向窜动。具体而言，通过沿轴杆21的轴向设置两个轴向推力轴承33，其中一个定永磁环331和动永磁环332同极性相对设置而产生“斥力”，同理，另一个定永磁环331和动永磁环332同极性相对设置而产生“斥力”，两组“斥力”限制了转动部件2沿轴向来回窜动。优选地，定永磁环331和动永磁环332的磁极对数为一对。

进一步，所述电枢组件41包括电枢骨架411和环形绕组412，所述电枢骨架411固定安装在所述固定套1上，所述环形绕组412安装在该电枢骨架411上，环形绕组412上连接有导线，可以与外部的电源连接，所述转子组件42包括机壳43和环形永磁体44，所述机壳43固定穿装在该轴杆21上并且两者同轴设置，机壳43具有中心安装孔，机壳43与轴杆21同轴连接，轴杆21与机壳43的连接处采用过盈配合或过盈配合+激光焊接。所述环形永磁体44固定套装在该机壳43的内壁上并且与该轴杆21同轴设置，所述环形永磁体44围住该环形绕组412并且这两者同轴设置，其中：

所述环形永磁体44包括多个瓦片磁铁A441和多个瓦片磁铁B442，它们交替布置并固定连接在一起，从而形成具有内柱面和外柱面的所述环形永磁体44，每个瓦片磁铁A441和每个瓦片磁铁B442均采用平行磁场充磁而成(图7～图9中的箭头表示充磁方向，充磁方向即平行磁场的方向)，并且每个瓦片磁铁B442的弧度β₁均小于每个瓦片磁铁A441的弧度β₂，这样可以使瓦片磁铁A441能够提供更多的磁源，使电机4的气隙磁密尽可能大，优选每个瓦片磁铁B442的弧度β₁分别为每个瓦片磁铁A441的弧度β₂的40％～60％，该百分比明确了瓦片磁铁A441和瓦片磁铁B442的弧度比例关系，为瓦片磁铁A441和瓦片磁铁B442的快速设计提供依据，同时，在该百分比范围内能够找到最佳的比例关系，使得电机4气隙区域内的内聚磁效果达到最佳，最佳取值依赖环形永磁体44尺寸与材料特性等因素，须根据实际情况确定，以达到最佳的内聚磁效果。

对于任意相邻的两个瓦片磁铁A441而言，其中一个瓦片磁铁A441充磁方向为内弧面指向外弧面，而另一个瓦片磁铁A441充磁方向为外弧面指向内弧面，这样的设计保证了拼接成整体的环形永磁体44能够产生磁极N和磁极S交替布置的效果，使无刷电机4能正常运行。

对于每个所述瓦片磁铁B442而言，其具有连接面C和连接面D，其充磁方向为连接面C指向连接面D，并且所述连接面C与充磁方向为内弧面指向外弧面的瓦片磁铁A441连接，所述连接面D与充磁方向为外弧面指向内弧面的瓦片磁铁A441连接。

通过上述的结构设计，使得瓦片磁铁B442与瓦片磁铁A441拼接成整体环形永磁体44后，可以形成磁场内聚的效果。

进一步，对于每个瓦片磁铁A441而言，其内弧面和外弧面在垂直于该环形永磁体44的平面上的投影分别为圆弧E4411和圆弧F4412，瓦片磁铁A441进行充磁的平行磁场的方向(参见图7中的箭头)平行于圆弧E4411和圆弧F4412的中点的连线，从而使拼接成整体的环形永磁体44的气隙磁密更大。

进一步，对于每个所述瓦片磁铁B442而言，其连接面C和连接面D在垂直于该环形永磁体44的平面上的投影分别为线段G4421和线段H4422，瓦片磁铁B442进行充磁的平行磁场的方向(参见图8中的箭头)平行于线段G4421和线段H4422的中点的连线，从而使拼接成整体的环形永磁体44的气隙磁场的内聚磁效果更佳。

本发明的环形永磁体44由两种尺寸规格的瓦片磁铁A441和瓦片磁铁B442依据一定的排列方式连接而成，图9中瓦片磁铁A441和瓦片磁铁B442中的箭头分别表示各自的充磁方向(充磁方向也是进行充磁的平行磁场的方向)，其突出特点表现为较好的内聚磁特性。图示出了在与环形永磁体44的轴线垂直的XY平面上的磁力线分布情况，在无任何导磁磁轭的条件下，环形永磁体44形成的磁力线主要分布于环形永磁体44的内侧，即环形永磁体44具有内聚性，而环形永磁体44外侧的磁力线分布极少(磁场强度弱，且往外延伸方向磁场强度迅速下降)，这样可以使无刷电机4的气隙磁密更大，无刷电机4通电后环形绕组412切割磁力线产生的安培力更大，也就是无刷电机4能够承受更大的负载力矩，而且这样的设计可以让本发明不需要使用导磁磁轭。

电枢组件41的环形绕组412的一端的内壁套接在绝缘的电枢骨架411上，两者的结合处采用高强度的粘结剂粘贴在一起，电枢骨架411可套装在固定套1上并胶结固定，环形绕组412置于环形永磁体44内侧壁的附近，环形永磁体44的内侧聚集的磁场形成较高的磁场强度区域，通电的环形绕组412置于环形永磁体44的高强度磁场中做切割磁力线运动，从而产生较高的转矩输出。因为本发明的环形永磁体44具有内聚磁特性，所以本发明可以不用导磁磁轭(导磁磁轭通常不便使用模具工艺成型，制造成本高)，依然能够提供很高的气隙磁密；此外，环形永磁体44作为无刷电机4中的转子组件42的一部分，其是可转动的，转子组件42上与环形永磁体44相对静止的金属零件的内部不存在N极或S极交替变化的情况，也就使得本无刷电机4没有铁损，因而具有比普通无刷电机4更高的输出效率。为了将电机4的环形永磁体44外侧较弱的磁场完全屏蔽掉，机壳43可采用导磁材料，导磁材料可选用铁素体不锈钢，这样既可以满足强度要求又可以屏蔽外侧的弱磁场。

由于转杯纺织中的转杯杯头22的转速对纺纱质量和生产效率有着重要影响，对于速度高达16万转/分钟，甚至20万转/分钟的工作要求，对常规电机4的铁芯损耗也是一个极大的考验。根据铁损计算公式P_Fe＝K₁fB²+K₂(fB)²，其中，P_Fe为铁损，f为磁场交变频率，B为铁芯磁密幅值，K₁和K₂为材料常数，因此，电机4的铁芯损耗在超高速运行时的快速增加，在电机4的体积尺寸一定的条件下，铁芯损耗成为制约转速进一步提升的障碍。而本发明的电机4的环形永磁体44作为转子组件42的一部分，其是可转动的，转子组件42上与环形永磁体44相对静止的金属零件的内部不存在N极或S极交替变化的情况，也就使得电机没有铁芯损耗，因而具有更高的输出效率。

在转杯纺织过程中，需要对单锭头进行更换、维护等操作，由于旋转部分(图1所示的转动部件2)的转动惯量依然较大，再加上电机4为无槽结构，整个转动部件2会持续运行几分钟，这就造成了长时间的“无效等待”，因此，需要采取制动措施，使转动部件2能够快速停止。得益于本发明采用的直驱电机4具有内聚磁场的特性，且环形绕组412内侧空间完全空置，通过设置一个可伸入环形永磁体44内腔的磁力制动爪6(图10)，制动爪6采用导磁材料制成，其是跟环形永磁体44相互作用，只要其伸入环形永磁体44内，就能起到对转子组件42的制动作用，其可产生一定的磁性阻碍力矩，使超高转速的转子组件42及与转子组件42连接的转动部件2的速度快速降低，并且其可以通过任何外部的动力推入环形永磁体44，此外，所述电机4的驱动器具有用于刹车的抱闸电路，当转动部件2的速度低于安全的电控刹车阈值时，电机4的驱动器将启动“点刹”程序，在1～2秒内完成数千次的“点刹”操作，最终使得转动部件2完全停止运行。这种磁力刹车+高频电控“点刹”相结合的方式，能够避免机械刹车造成的零部件损耗和刹车过程中的噪音、振动，而且在超高速制动时更加安全可靠，在高性能转杯纺织机器中具有明显的优势。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构，其特征在于，包括固定套、转动部件、永磁悬浮轴承部件和电机，其中，

所述转动部件包括轴杆及转杯杯头，所述轴杆的一端伸入所述固定套内并且与所述固定套的内壁之间存在间隙，该轴杆的另一端固定连接所述转杯杯头；

所述永磁悬浮轴承部件包括径向轴承和轴向推力轴承，并且，

所述径向轴承包括同轴设置的内永磁环和外永磁环，所述外永磁环固定安装在所述固定套的内壁上，所述内永磁环位于所述外永磁环所围区域内并且该内永磁环固定穿装在所述轴杆上，所述内永磁环的外径小于所述外永磁环的内径，所述内永磁环和外永磁环均采用径向充磁，并且所述内永磁环外壁的极性与所述外永磁环内壁的极性相同；

所述轴向推力轴承包括轴承壳、定永磁环、动永磁环和保护套，所述轴承壳固定安装在所述固定套的内壁上并且与轴杆之间存在间隙，所述定永磁环固定安装在所述轴承壳上，所述轴杆穿过所述定永磁环并且两者之间存在间隙，所述动永磁环和所述保护套均固定穿装在所述轴杆上，所述保护套上设置有圆形凹槽，并且该动永磁环固定套接在该保护套在圆形凹槽处的内壁上，此外，所述定永磁环和所述动永磁环沿着所述轴杆的轴向布置，所述定永磁环和所述动永磁环均采用轴向平行充磁的方式进行充磁并且它们相对的一侧极性相同；

所述电机包括电枢组件和转子组件，所述电枢组件固定安装在所述固定套上，所述转子组件位于所述固定套内并且该转子组件与所述轴杆伸入固定套的一端固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构，其特征在于，所述永磁悬浮轴承部件还包括固定安装在所述固定套内壁上的屏蔽壳，所述轴杆的两端分别穿过所述屏蔽壳，所述屏蔽壳包括周向屏蔽套和安装在所述周向屏蔽套上的两个端面屏蔽套，每个所述端面屏蔽套均与所述轴杆之间存在间隙，所述外永磁环和所述轴承壳均位于所述屏蔽壳内并且它们沿着所述轴杆的轴向设置，并且所述外永磁环和所述轴承壳均固定安装在所述周向屏蔽套的内壁上。

3.根据权利要求1所述的一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构，其特征在于，所述径向轴承设置有两个并且它们沿着所述轴杆的轴向布置。

4.根据权利要求1所述的一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构，其特征在于，所述轴向推力轴承设置有两个并且它们沿着所述轴杆的轴向布置，相应地，所述轴承壳也沿着所述轴杆的轴向布置有两个，每个所述定永磁环分别位于一所述轴承壳的凹槽内，每个所述定永磁环分别与所述轴承壳的端部凸台抵接，以用于对这两个所述轴向推力轴承限位，所述保护套上的圆形凹槽设置有两个并且它们沿着所述轴杆的轴向布置，每个所述动永磁环分别固定套接在一所述圆形凹槽，所述保护套在两个所述圆形凹槽之间形成分隔部，以用于分隔两个所述动永磁环。

5.根据权利要求1所述的一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构，其特征在于，所述电枢组件包括电枢骨架和环形绕组，所述电枢骨架固定安装在所述固定套上，所述环形绕组安装在该电枢骨架上，所述转子组件包括外壳和环形永磁体，所述外壳固定穿装在该轴杆上，所述环形永磁体固定套装在该外壳的内壁上并且与该轴杆同轴设置，所述环形永磁体围住该环形绕组，其中：

所述环形永磁体包括多个瓦片磁铁A和多个瓦片磁铁B，它们交替布置并固定连接在一起，从而形成具有内柱面和外柱面的所述环形永磁体，每个瓦片磁铁A和每个瓦片磁铁B均采用平行磁场充磁而成，并且每个瓦片磁铁B的弧度均小于每个瓦片磁铁A的弧度；

对于任意相邻的两个瓦片磁铁A而言，其中一个瓦片磁铁A充磁方向为内弧面指向外弧面，而另一个瓦片磁铁A充磁方向为外弧面指向内弧面；

对于每个所述瓦片磁铁B而言，其具有连接面C和连接面D，其充磁方向为连接面C指向连接面D，并且所述连接面C与充磁方向为内弧面指向外弧面的瓦片磁铁A连接，所述连接面D与充磁方向为外弧面指向内弧面的瓦片磁铁A连接。

6.根据权利要求5所述的一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构，其特征在于，对于每个瓦片磁铁A而言，其内弧面和外弧面在垂直于该环形永磁体的平面上的投影分别为圆弧E和圆弧F，瓦片磁铁A进行充磁的平行磁场的方向平行于圆弧E和圆弧F的中点的连线。

7.根据权利要求5所述的一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构，其特征在于，对于每个所述瓦片磁铁B而言，其连接面C和连接面D在垂直于该环形永磁体的平面上的投影分别为线段G和线段H，瓦片磁铁B进行充磁的平行磁场的方向平行于线段G和线段H的中点的连线。

8.根据权利要求5所述的一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构，其特征在于，每个瓦片磁铁B的弧度分别为每个瓦片磁铁A的弧度的40％～60％。

9.根据权利要求5所述的一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构，其特征在于，所述外壳与所述轴杆通过过盈配合和/或激光焊接的方式固定连接在一起。

10.根据权利要求1所述的一种永磁悬浮支撑的超高速直驱转杯结构，其特征在于，所述轴承壳和保护套均采用非导磁材料制成。

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