CN214256012U - 一种模块化设计的主动式磁悬浮电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模块化设计的主动式磁悬浮电机，涉及电机技术领域，旨在解决现有主动式磁悬浮电机空间利用率低，造成转子轴向长度过长，不利于转子高速旋转的问题，其技术方案要点是：包括电机壳体、电机定子和转轴，电机定子设置在电机壳体的内部，转轴贯穿电机壳体的两端转动悬浮在电机定子内，还包括设置在壳体两端的两个端盖，端盖的内部集成有用于控制转轴径向位移的径向磁轴承以及用于控制转轴轴向位移的轴向磁轴承，端盖、径向磁轴承和轴向磁轴承均包括与转轴同轴设置的转动槽，转轴悬浮在转动槽的中心轴线上且不与转动槽的内周壁接触。本实用新型提高了磁悬浮电机轴向空间的利用率，临界转速高，易于实现大功率超高速运转。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机技术领域，更具体地说，它涉及一种模块化设计的主动式磁悬浮电机。
背景技术
传统电机使用的是接触式轴承，接触式轴承的转速主要受到轴承内部的摩擦发热引起的温升的限制，当转速超过某一界限后，轴承会因烧伤等原因而不能继续旋转。受限于此，传统电机的转速难以进一步提升。工业上对于高转速电机的需求日渐迫切，非接触式轴承的研究受到重点关注，例如磁悬浮电机技术。
磁悬浮电机利用磁力使得转子悬浮旋转，转子与轴承之间无接触、无摩擦。轴承的转速仅受限于转子的材料。因此在转子材料已经确定的情况下，只有设计出合理的结构才能使得磁悬浮电机在高转速下工作。
由于转子轴向长度越长其临界转速越低，越不利于转子的高速旋转。而现有技术在转轴的一端设计了为轴向磁轴承提供吸力的推力盘。这种设计将径向磁轴承与轴向磁轴承进行拆分设计，不可避免地降低了空间利用率，造成转轴轴向上尺寸的增加。
因此有必要设计一种合理的结构使得转子的轴向长度在允许范围内尽可能的短。这就要求磁悬浮电机的空间布置合理，尽可能地提高空间利用率。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种模块化设计的主动式磁悬浮电机，具有临界转速高，设计难度低，使用寿命长，可靠性高等优点。
本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种模块化设计的主动式磁悬浮电机，包括电机壳体、电机定子和转轴，所述电机定子设置在电机壳体的内部，所述转轴贯穿电机壳体的两端转动悬浮在电机定子内，还包括设置在壳体两端的两个端盖，所述端盖的内部集成有用于控制转轴径向位移的径向磁轴承以及用于控制转轴轴向位移的轴向磁轴承，所述端盖、径向磁轴承和轴向磁轴承均包括与转轴同轴设置的转动槽，所述转轴悬浮在转动槽的中心轴线上且不与转动槽的内周壁接触。
通过采用上述技术方案，将径向磁轴承和轴向磁轴承整合安装到电机的端盖部位，实现了磁悬浮电机的模块化设计，提高了电机整体的有效空间利用率，使得电机整体更加紧凑，转轴的长度由此可进一步地减小，提高了临界转速。
本实用新型进一步设置为：两个所述端盖内均包括一组径向磁轴承和轴向磁轴承。
通过采用上述技术方案，相对于传统磁悬浮电机而言，转轴两侧的模块可以对称设置，也就是端盖、径向磁轴承和轴向磁轴承对称设置在电机壳体的两端，其各部分组件可以由一条生产线制造生产，降低了多个零部件的加工难度从而降低了产品的生产成本；当然转轴两侧的模块也可以是非对称设置，尤其是两侧的轴向磁轴承是非对称时，则需要对产线进行柔性化设计以生产两侧不对称的轴向磁轴承。
本实用新型进一步设置为：所述径向磁轴承远离转轴的中心位置设置在轴向磁轴承的一侧。
通过采用上述技术方案，轴向磁轴承控制转轴的轴向悬浮，径向磁轴承需要提供转轴的径向悬浮，将径向磁轴承设置为远离转轴的中心位置可以增加转轴两个径向支撑点间的距离，从而可以提高转轴径向悬浮的稳定性。
本实用新型进一步设置为：所述端盖通过第一紧固件与电机壳体固定连接，所述第一紧固件由电机壳体的外部朝向电机壳体的内部。
本实用新型进一步设置为：所述径向磁轴承和轴向磁轴承通过第一紧固件随端盖一起与电机外壳固定连接。
通过采用上述技术方案，实现了径向磁轴承、轴向磁轴承和端盖的模块化设计，提高了本实用新型的轴向空间利用率。
本实用新型进一步设置为：所述径向磁轴承和轴向磁轴承还可以是通过第二紧固件由轴向磁轴承朝向径向磁轴承固定连接，所述端盖靠近轴向磁轴承的一端设置有安装部，所述安装部通过第一紧固件与电机壳体固定连接。
通过采用上述技术方案，实现了端盖及其内部的轴向磁轴承和径向磁轴承的模块化安装，并且在进行最后的磁悬浮电机整机的安装之前，完成了径向磁轴承和轴向磁轴承的模块化安装，径向磁轴承与轴向磁轴承之间不容易发生松动。
本实用新型进一步设置为：所述转轴的两端设置有可用于连接外部设备的连接部。
通过采用上述技术方案，转轴的两端或者一端可通过连接部安装工作部件，例如叶轮、压缩机和泵等。
本实用新型进一步设置为：所述电机定子和电机壳体可紧固成为一体。
通过采用上述技术方案，一体式的紧固可以防止电机定子与壳体之间发生相对位移从而影响整机的稳定性。
综上所述，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型通过将磁悬浮电机的结构进行模块化设计，将轴向磁轴承与径向磁轴承整合到电机端盖内部，进一步提高轴向空间利用率，临界转速高，易于实现大功率超高速运转，现有技术中的磁悬浮电机转速普遍在30000rpm左右，通过结构的模块化设计，本实用新型的磁悬浮电机额定转速可达到200000rpm以上，并且其设计难度低，使用寿命长，可靠性高，便于模块化和机械加工，可有效降低机械加工成本与功率电子器件成本。这种模块化设计的磁悬浮电机结构利于量产后期的制造与装配，节省了量产环节的工时与成本。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型中实施例一的结构示意图；
图3为本实用新型中实施例二的结构示意图。
图中：1、转轴；2、电机定子；3、端盖；4、轴向磁轴承；5、径向磁轴承；6、电机壳体。
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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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做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。
实施例一：如图1和图2所示，一种模块化设计的主动式磁悬浮电机，包括电机壳体6、电机定子2和转轴1，电机定子2设置在电机壳体6的内部，转轴1贯穿电机壳体6的两端转动悬浮在电机定子2内，还包括设置在壳体两端的两个端盖3，端盖3的内部集成有用于控制转轴1径向位移的径向磁轴承5以及用于控制转轴1轴向位移的轴向磁轴承4，端盖3、径向磁轴承5和轴向磁轴承4均包括与转轴1同轴设置的转动槽，磁悬浮电机工作时，转轴1悬浮在转动槽的中心轴线上且不与转动槽的内周壁接触，本实用新型将径向磁轴承5和轴向磁轴承4整合安装到电机的端盖3部位，实现了磁悬浮电机的模块化设计，提高了电机整体的有效空间利用率，使得电机整体更加紧凑，转轴1的长度由此可进一步地减小，提高了临界转速。
在上述基础上，两个端盖3内均包括一组径向磁轴承5和轴向磁轴承4，相对于传统磁悬浮电机而言，转轴1两侧的模块可以是对称设置，也就是端盖3、径向磁轴承5和轴向磁轴承4对称设置在电机壳体6的两端，其各部分组件可以由一条生产线制造生产，降低了多个零部件的加工难度从而降低了产品的生产成本；当然转轴1两侧的模块也可以是非对称设置，尤其是两侧的轴向磁轴承4是非对称时，则需要对产线进行柔性化设计以生产两侧不对称的轴向磁轴承。
在上述基础上，径向磁轴承5远离转轴1的中心位置设置在轴向磁轴承4的一侧，轴向磁轴承4控制转轴1的轴向悬浮，径向磁轴承5需要提供转轴1的径向悬浮，将径向磁轴承5设置为远离转轴1的中心位置可以增加转轴1两个径向支撑点间的距离，从而可以提高转轴1径向悬浮的稳定性。
在上述基础上，端盖3通过第一紧固件与电机壳体6固定连接，第一紧固件由电机壳体6的外部朝向电机壳体6的内部，径向磁轴承5和轴向磁轴承4通过第一紧固件随端盖3一起与电机外壳固定连接，实现了径向磁轴承5、轴向磁轴承4和端盖3的模块化设计，提高了本实用新型的轴向空间利用率。
在上述基础上，转轴1的两端设置有可用于连接外部设备的连接部，转轴1的两端或者一端可通过连接部安装工作部件，例如叶轮、压缩机和泵等。
在上述基础上，电机定子2和电机壳体6可紧固成为一体，一体式的紧固可以防止电机定子2与壳体之间发生相对位移从而影响整机的稳定性。
工作原理：在使用过程中，电机定子2产生磁场，使得转轴1旋转，通过将磁悬浮电机的结构进行模块化设计，将轴向磁轴承4与径向磁轴承5整合到电机端盖3内部，进一步提高轴向空间利用率，临界转速高，易于实现大功率超高速运转，现有技术中的磁悬浮电机转速普遍在30000rpm悬浮转速左右，通过结构的模块化设计，本实用新型的磁悬浮电机额定转速可达到200000rpm悬浮转速以上，并且其设计难度低，使用寿命长，可靠性高，便于模块化和机械加工，可有效降低机械加工成本与功率电子器件成本，这种模块化设计的磁悬浮电机结构利于量产后期的制造与装配，节省了量产环节的工时与成本。
实施例二：一种模块化设计的主动式磁悬浮电机，如图3所示，其余各部分的连接关系及工作原理与实施例一完全相同，与实施例一的不同点在于：径向磁轴承5和轴向磁轴承4还可以是通过第二紧固件由轴向磁轴承4朝向径向磁轴承5固定连接，端盖3靠近轴向磁轴承4的一端设置有安装部，安装部通过第一紧固件与电机壳体6固定连接，本实施例同样实现了端盖3及其内部的轴向磁轴承4和径向磁轴承5的模块化安装，并且本实施例相较于实施例一的优点在于：在进行最后的磁悬浮电机整机的安装之前，完成了径向磁轴承5和轴向磁轴承4的模块化安装，径向磁轴承5与轴向磁轴承4之间不容易发生松动，进而可以提高端盖3及其内部的轴向磁轴承4和径向磁轴承5模块化集成的稳定性。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种模块化设计的主动式磁悬浮电机，包括电机壳体(6)、电机定子(2)和转轴(1)，所述电机定子(2)设置在电机壳体(6)的内部，所述转轴(1)贯穿电机壳体(6)的两端转动悬浮在电机定子(2)内，其特征在于：还包括设置在壳体两端的两个端盖(3)，所述端盖(3)的内部集成有用于控制转轴(1)径向位移的径向磁轴承(5)以及用于控制转轴(1)轴向位移的轴向磁轴承(4)，所述端盖(3)、径向磁轴承(5)和轴向磁轴承(4)均包括与转轴(1)同轴设置的转动槽，所述转轴(1)悬浮在转动槽的中心轴线上且不与转动槽的内周壁接触。
2.根据权利要求1所述的一种模块化设计的主动式磁悬浮电机，其特征在于：两个所述端盖(3)内均包括一组径向磁轴承(5)和轴向磁轴承(4)。
3.根据权利要求1所述的一种模块化设计的主动式磁悬浮电机，其特征在于：所述径向磁轴承(5)远离转轴(1)的中心位置设置在轴向磁轴承(4)的一侧。
4.根据权利要求1所述的一种模块化设计的主动式磁悬浮电机，其特征在于：所述端盖(3)通过第一紧固件与电机壳体(6)固定连接，所述第一紧固件由电机壳体(6)的外部朝向电机壳体(6)的内部。
5.根据权利要求4所述的一种模块化设计的主动式磁悬浮电机，其特征在于：所述径向磁轴承(5)和轴向磁轴承(4)通过第一紧固件随端盖(3)一起与电机外壳固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种模块化设计的主动式磁悬浮电机，其特征在于：所述径向磁轴承(5)和轴向磁轴承(4)还可以是通过第二紧固件由轴向磁轴承(4)朝向径向磁轴承(5)固定连接，所述端盖(3)靠近轴向磁轴承(4)的一端设置有安装部，所述安装部通过第一紧固件与电机壳体(6)固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种模块化设计的主动式磁悬浮电机，其特征在于：所述转轴(1)的两端设置有可用于连接外部设备的连接部。
8.根据权利要求1所述的一种模块化设计的主动式磁悬浮电机，其特征在于：所述电机定子(2)和电机壳体(6)可紧固成为一体。
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| CN202023209108.1U CN214256012U (zh) | 2020-12-28 | 2020-12-28 | 一种模块化设计的主动式磁悬浮电机 |
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