CN107093939B - 一种磁悬浮电机及吸尘器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种磁悬浮电机及吸尘器。磁悬浮电机包括电机定子铁芯、转子轴、用于检测转子轴轴向位移的轴向位移传感器以及用于轴向支承转子轴的轴向磁轴承；还包括径向支承***，径向支承***包括两组永磁体组，每组永磁体组均包括径向转子永磁体和径向定子永磁体，径向转子永磁体固定在转子轴的外侧，径向定子永磁体套设在径向转子永磁体的外侧，且径向转子永磁体的外表面与径向定子永磁体的内表面留有间隙；两组永磁体组分别设置在电机定子铁芯的两侧；且径向转子永磁体与其相对应的径向定子永磁体之间为排斥力。减小了磁悬浮电机的体积，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种磁悬浮电机及吸尘器。
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，因此电机转子运动过程中存在机械摩擦。
机械摩擦不仅增加转子的摩擦阻力，使运动部件磨损，产生机械振动和噪声，而且会造成部件发热，使润滑剂性能变差，严重的会使电机气隙不均匀，绕组发热，温升增大，从而降低电机效能，最终缩短电机使用寿命。而且机械轴承需要润滑油来维持，这样既影响电机寿命又不利于设备的清洁，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。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种磁悬浮电机，解决现有技术中磁悬浮电机无法实现小型化，家用电器和工业领域的小型电动机无法实现高速运转、寿命低的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种磁悬浮电机，包括电机定子铁芯、转子轴、用于检测所述转子轴轴向位移的轴向位移传感器以及用于轴向支承所述转子轴的轴向磁轴承；所述电机定子铁芯与轴向磁轴承同轴设置，且所述电机定子铁芯以及所述轴向磁轴承均套设在所述转子轴的外侧；还包括径向支承***，所述径向支承***包括两组永磁体组，每组所述永磁体组均包括径向转子永磁体和径向定子永磁体，所述径向转子永磁体固定在所述转子轴的外侧，所述径向定子永磁体套设在所述径向转子永磁体的外侧，且所述径向转子永磁体的外表面与所述径向定子永磁体的内表面留有间隙；两组所述永磁体组分别设置在所述电机定子铁芯的两侧；且所述径向转子永磁体与其相对应的所述径向定子永磁体之间为排斥力。
根据本发明，所述轴向位移传感器设置在所述转子轴的非输出端，且位于所述转子轴的轴向延长线上。
根据本发明，所述轴向磁轴承设有两个，两个所述轴向磁轴承分别设置在所述电机定子铁芯的两侧，且所述转子轴的两端均设有与所述轴向磁轴承两侧的导磁体分别配合的台阶面，所述轴向磁轴承的靠近所述电机定子铁芯一侧的导磁体内径大于远离所述电机定子铁芯一侧导磁体的内径。
根据本发明，还包括壳体，所述电机定子铁芯、径向定子永磁体以及轴向磁轴承均固定于所述壳体内，所述转子轴的输出端由所述壳体的一侧伸出。
根据本发明，所述壳体包括两个一端开口的分壳体，两个所述分壳体的开口端可拆卸连接，每个所述分壳体内分别固定有一个所述径向定子永磁体和一个所述轴向磁轴承，所述分壳体与开口端相对的一端设有用于所述转子轴伸出的轴孔。
根据本发明，所述分壳体的内腔呈阶梯状设置，由所述分壳体的开口处至所述轴孔处各级台阶面的直径逐渐缩小，所述分壳体的开口处的首级台阶面用于固定电机定子铁芯，所述径向定子永磁体和轴向磁轴承分别固定于所述首级台阶面与轴孔之间的不同台阶面上。
根据本发明，所述分壳体内所述径向定子永磁***于所述轴向磁轴承与所述电机定子铁芯之间。
根据本发明，所述转子轴与所述电机定子铁芯对应的位置设有主永磁体。
根据本发明，所述主永磁体外侧套设有碳纤维材质护套。
本发明还提供了一种吸尘器，包括上述的磁悬浮电机。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明实施例提供的磁悬浮电机通过设置的轴向磁轴承实现转子轴的轴向支承，转子轴的径向支承采用了永磁体组，永磁体组中的径向转子永磁体与径向定子永磁体通过排斥力达到平衡，实现了对于转子轴的径向支承，省去了在磁悬浮电机工作过程中根据径向位移传感器来进行调节径向磁轴承对于转子轴的吸引力，结构简单，减小了磁悬浮电机的体积，降低了成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的磁悬浮电机的结构示意图。
图中：1：电机定子铁芯；2：转子轴；3：轴向磁轴承；4：轴向位移传感器；5：径向转子永磁体；6：径向定子永磁体；7：分壳体；8：主永磁体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的一种磁悬浮电机，包括电机定子铁芯1、转子轴2、用于检测转子轴2轴向位移的轴向位移传感器4以及用于轴向支承转子轴2的轴向磁轴承3；电机定子铁芯1与轴向磁轴承3同轴设置，且电机定子铁芯1以及轴向磁轴承3均套设在转子轴2的外侧，本领域技术人员可知电机定子铁芯1以及轴向磁轴承3与转子轴2之间留有间隙；还包括径向支承***，径向支承***包括两组永磁体组，每组永磁体组均包括径向转子永磁体5和径向定子永磁体6，径向转子永磁体5固定在转子轴2的外侧，径向定子永磁体6套设在径向转子永磁体5的外侧，且径向转子永磁体5的外表面与径向定子永磁体6的内表面留有间隙；两组永磁体组分别设置在电机定子铁芯1的两侧，且径向转子永磁体5与其相对应的所述径向定子永磁体6之间为排斥力。
本发明实施例提供的磁悬浮电机通过设置的轴向磁轴承3实现转子轴2的轴向支承，转子轴2的径向支承采用了永磁体组，永磁体组中的径向转子永磁体5与径向定子永磁体6通过排斥力达到平衡，实现了对于转子轴2的径向支承，省去了在磁悬浮电机工作过程中根据径向位移传感器来进行调节径向磁轴承对于转子轴2的吸引力，结构简单，减小了磁悬浮电机的体积，降低了成本。
优选地，本实施例中的轴向位移传感器4设置在转子轴2的非输出端，且位于转子轴2的轴向延长线上。轴向位移传感器4设置在转子轴2的非输出端使得磁悬浮电机的结构更加紧凑。
优选地，本实施例中轴向磁轴承3设有两个，两个轴向磁轴承3分别设置在电机定子铁芯1的两侧，且转子轴2的两端均设有与轴向磁轴承3两侧的导磁体分别配合的台阶面，为了便于转子轴2穿过轴向磁轴承3进行装配，轴向磁轴承3的靠近电机定子铁芯1一侧的导磁体内径大于远离电机定子铁芯1一侧导磁体的内径。转子轴2的两端分别设置一个轴向磁轴承3，装配时转子轴2穿过轴向磁轴承3，使轴向磁轴承3的两个导磁体分别与转子轴2上的两个台阶面接触即可完成轴向磁轴承3的安装，装配简单方便。两个轴向磁轴承3分别实现转子轴2左右两端的支承限位，轴向磁轴承3的控制更加简单。本实施例中轴向磁轴承3的设置并不限于此，也可以是在转子轴2上设置推力盘，设置一个轴向磁轴承3与推力盘相配合，推力盘的两侧分别作为轴向磁轴承3支承转子轴2的支承面，安装时需要将轴向磁轴承3分块安装，装配复杂。
优选地，本实施例中磁悬浮电机还包括壳体，电机定子铁芯1、径向定子永磁体6以及轴向磁轴承3均固定于壳体内，转子轴2的输出端由壳体的一侧伸出。具体地，本实施例中壳体包括两个一端开口的分壳体7，两个分壳体7的开口端可拆卸连接，每个分壳体7内分别固定有一个径向定子永磁体6和一个轴向磁轴承3，分壳体7与开口端相对的一端设有用于转子轴2伸出的轴孔。将壳体设置为两部分拼接而成，每个分壳体7内均设置有定子永磁体和轴向磁轴承3，可以实现模块化生产，装配时将转子轴2套设上电机定子铁芯1，并将转子轴2的两端分别穿过两个分壳体7的径向定子永磁体6和轴向磁轴承3，将定子铁芯与分壳体7固定，两个分壳体7拼接在一起即可完成装配，提高了生产效率，降低了成本。
优选地，本实施例中分壳体7的内腔呈阶梯状设置，由分壳体7的开口处至轴孔处各级台阶面的直径逐渐缩小，分壳体7的开口处的首级台阶面用于固定电机定子铁芯1，径向定子永磁体6和轴向磁轴承3分别固定于首级台阶面与轴孔之间的不同台阶面上。阶梯状设置便于壳体内各个部件的固定以及定位。优选地，本实施例中分壳体7内径向定子永磁体6位于轴向磁轴承3与电机定子铁芯1之间。由于轴向磁轴承3对应位置处转子轴2设置台阶导致直径较小，若将轴向磁轴承3设置在较为靠近电机定子铁芯1的位置，会导致转子轴2的轴径变化过大，影响转子轴2的强度以及使用寿命，并且由于永磁体组的径向转子永磁体5与径向定子永磁体6之间的斥力与面积有关，若将轴向磁轴承3设置在较为靠近电机定子铁芯1的位置，永磁体组设置在相对距离电机定子铁芯1较远的位置，在提供同样斥力大小的情况下，由于转子轴2的直径小需要设置的永磁体组宽度会增大。因此，本发明实施例中径向定子永磁体6位于轴向磁轴承3与电机定子铁芯1之间，保证了电机使用性能的同时，进一步地节约空间，使结构更加紧凑。同时，由于装配时需要将径向转子永磁体5固定在转子轴2上，导致该处直径较大，径向定子永磁体6设置在轴向磁轴承3与电机定子铁芯1之间便于装配。
优选地，本实施例中转子轴2与电机定子铁芯1对应的位置设有主永磁体8。主永磁体8与转子轴2形成转子组件共同转动，使该电机成为永磁电机，相较于普通电机，主永磁体8占用空间小，结构更加紧凑。进一步地，本实施例中主永磁体8外侧套设有碳纤维材质护套。采用高强度低密度的碳纤维材质在保护主永磁体8避免在离心力作用下破裂的同时，更大程度上保证了电机的轻量化。
本发明实施例还提供了一种吸尘器，包括上述的磁悬浮电机。提高了吸尘器的使用寿命，降低了噪音，提高了***性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种磁悬浮电机，其特征在于：包括电机定子铁芯、转子轴、用于检测所述转子轴轴向位移的轴向位移传感器以及用于轴向支承所述转子轴的轴向磁轴承；所述电机定子铁芯与轴向磁轴承同轴设置，且所述电机定子铁芯以及所述轴向磁轴承均套设在所述转子轴的外侧；
还包括径向支承***，所述径向支承***包括两组永磁体组，每组所述永磁体组均包括径向转子永磁体和径向定子永磁体，所述径向转子永磁体固定在所述转子轴的外侧，所述径向定子永磁体套设在所述径向转子永磁体的外侧，且所述径向转子永磁体的外表面与所述径向定子永磁体的内表面留有间隙；两组所述永磁体组分别设置在所述电机定子铁芯的两侧；
且所述径向转子永磁体与其相对应的所述径向定子永磁体之间为排斥力，所述轴向磁轴承设有两个，两个所述轴向磁轴承分别设置在所述电机定子铁芯的两侧，且所述转子轴的两端均设有与所述轴向磁轴承两侧的导磁体分别配合的台阶面，所述轴向磁轴承的靠近所述电机定子铁芯一侧的导磁体内径大于远离所述电机定子铁芯一侧导磁体的内径，所述轴向位移传感器设置在所述转子轴的非输出端，且位于所述转子轴的轴向延长线上。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于：还包括壳体，所述电机定子铁芯、径向定子永磁体以及轴向磁轴承均固定于所述壳体内，所述转子轴的输出端由所述壳体的一侧伸出。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述壳体包括两个一端开口的分壳体，两个所述分壳体的开口端可拆卸连接，每个所述分壳体内分别固定有一个所述径向定子永磁体和一个所述轴向磁轴承，所述分壳体与开口端相对的一端设有用于所述转子轴伸出的轴孔。
4.根据权利要求3所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述分壳体的内腔呈阶梯状设置，由所述分壳体的开口处至所述轴孔处各级台阶面的直径逐渐缩小，所述分壳体的开口处的首级台阶面用于固定电机定子铁芯，所述径向定子永磁体和轴向磁轴承分别固定于所述首级台阶面与轴孔之间的不同台阶面上。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述分壳体内所述径向定子永磁***于所述轴向磁轴承与所述电机定子铁芯之间。
6.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述转子轴与所述电机定子铁芯对应的位置设有主永磁体。
7.根据权利要求6所述的磁悬浮电机，其特征在于：所述主永磁体外侧套设有碳纤维材质护套。
8.一种吸尘器，其特征在于：包括如权利要求1-7任一项所述的磁悬浮电机。
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