CN111628608A - 磁轴承支撑的永磁同步电机及其磁轴承 - Google Patents

Abstract

磁轴承支撑的永磁同步电机及其磁轴承，包括电机安装座、电机轴和磁轴承，电机轴转动安装在电机安装座内，在电机轴的两端均安装有磁轴承，在电机安装座上安装有轴承安装件，磁轴承安装在轴承安装件上，采用磁轴承采用双磁链回路，永磁体磁链承担高速轴及轴上部件的载荷及负载；线圈磁路控制高速轴的载荷波动，提高高速转轴的稳定性。

Description

磁轴承支撑的永磁同步电机及其磁轴承

技术领域

本发明属于同步电机领域，具体涉及一种磁轴承支撑的永磁同步电机及其磁轴承。

背景技术

高速主轴在旋转过程中，由于转速过高，普通轴承发热明显，当摩擦产生的热应力超过轴承的转速极限，极易引起结构失效，可靠性降低。采用无接触式的磁悬浮轴承和气浮轴承***，成为降低机械摩擦磨损、能量损耗，提高***运行转速的可替代方案。

采用磁轴承对旋转主轴进行支撑，能够进一步减小主轴的长度，提高主轴的临界转速、更好的控制主轴的稳定性，提高电能的利用率等。随着电力电子技术的发展和电子器件价格的降低，磁轴承的应用会越来越广泛。由于磁轴承和高速旋转的主轴之间不存在物理接触，能量的利用率将达到97％左右。

传统的五自由度磁轴承，主要通过2个径向磁轴承和1个轴向磁轴承，来控制旋转主轴的5个自由度，保留主轴绕着主轴高速旋转。存在轴承数量多，结构复杂，集成度较低，轴加工制造复杂等问题的出现。

发明内容

针对以上不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种磁轴承支撑的永磁同步电机及其磁轴承，采用双磁链回路，永磁体磁链承担高速轴及轴上部件的载荷及负载；线圈磁路控制高速轴的载荷波动，提高高速转轴的稳定性。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是，

磁轴承支撑的永磁同步电机，包括电机安装座、电机轴和磁轴承，电机轴转动安装在电机安装座内，在电机轴的两端均安装有磁轴承，在电机安装座上安装有轴承安装件，磁轴承安装在轴承安装件上。

进一步的，轴承安装件包括成对相对设置的安装块，安装块上挖设有轴承限位槽，磁轴承安装在两个相邻的轴承限位槽之间。

进一步的，电机安装座包括安装座板、电机筒和电机永磁体，电机筒的两端分别固定连接有安装座板，电机永磁体固定安装在电机筒内，电机轴转动安装在电机永磁体围城的安装腔内。

上述永磁同步电机的磁轴承，包括定子铁芯、转子铁芯组件、定子永磁体、定子径向线圈和定子轴向线圈，定子径向线圈均匀地绕设在定子铁芯的内侧壁上，定子永磁体固定安装在相邻的定子径向线圈之间，定子轴向线圈固定安装在定子铁芯的一侧端部，定子永磁体、定子径向线圈、定子轴向线圈合围形成转子安装腔，转子铁芯组件安装在转子安装腔内。

进一步的，转子铁芯组件包括转子径向铁芯、转子轴向铁芯和隔磁板，转子径向铁芯、转子轴向铁芯分别固定安装在隔磁板的两端，转子轴向铁芯靠近定子轴向线圈设置。

进一步的，隔磁板包括隔磁法兰盘和铁芯分隔板，铁芯分隔板垂直连接在隔磁法兰盘上，转子径向铁芯、转子轴向铁芯分别安装在隔磁法兰盘的两端。

进一步的，在定子铁芯内设有轴向线圈安装腔和径向线圈安装腔，定子永磁体、定子径向线圈均固定安装在径向线圈安装腔内，定子轴向线圈安装在轴向线圈安装腔内。

进一步的，径向线圈安装腔内固定连接有线圈柱。

进一步的，定子铁芯的内侧壁上挖设有线圈凹槽，线圈柱固定连接在线圈凹槽内。

进一步的，定子永磁体沿着整个磁轴承的径向充磁，且同一个磁轴承内的所有定子永磁铁的充磁方向一致，指向由径向朝内或径向朝外。

本发明的有益效果是，1、相对传统轴承，本发明磁轴承和高速旋转主轴之间不存在机械接触，降低了机械摩擦生热，提高了***的运行功率和可靠性，运行速度可以进一步提高，高速转动的转子和支撑体之间不存在机械接触，可以进一步提高***的运行效率。

2、本发明采用本磁轴承，能够代替传统轴承支撑，传统的轴承支撑是一种机械接触支撑，可以避免传统轴承的机械接触、摩擦、磨损生热等问题，采用磁轴承的传动效率更高，主轴转速可以进一步提高。

3、本发明减少了高速旋转主轴支撑磁轴承的数量，本发明的磁轴承结构更为紧凑，控制***的效率更高。

4、本发明在旋转主轴的径向力控制方面采用双磁通回路的方式，永磁体磁通回路承担高速旋转主轴及旋转主轴上部件的载荷及负载作用；线圈磁通回路控制旋转主轴及旋转主轴上部件的载荷及负载的波动，提高高速旋转主轴的稳定性。

5、本发明的径向定子永磁体主要用于承担高速旋转主轴的轴重及径向载荷，对于径向载荷的波动，主要由定子径向控制线圈产生的电磁力进行抑制，采用径向定子永磁体抵消轴重及旋转主轴上的径向载荷，能够减小控制功率，提高能量的利用率。

6、本发明采用磁轴承安装定位调整块调整磁轴承定子中心线和高速转轴的中心线保持一致，减小高速转轴离心力，提高其稳定性，磁轴承安装定位调整块能够较大范围的调整磁轴承中心线的高度和径向位置。

附图说明

图1是定子铁芯的结构示意图。

图2是定子铁芯的剖视图。

图3是磁轴承的结构示意图。

图4是磁轴承的***示意图。

图5是永磁同步电机的结构示意图。

图6是永磁同步电机的***视图。

附图标记：电机安装座1，电机轴2，磁轴承3，轴承安装件4，安装块5，轴承限位槽6，安装座板7，电机筒8，电机永磁体9，定子铁芯10，转子铁芯组件11，定子永磁体12，定子径向线圈13，定子轴向线圈14，转子径向铁芯15，转子轴向铁芯16，隔磁板17，隔磁法兰盘18，铁芯分隔板19，轴向线圈安装腔20，径向线圈安装腔21，线圈柱22，线圈凹槽23。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步描述。

磁轴承支撑的永磁同步电机，包括电机安装座1、电机轴2和磁轴承3，电机轴2转动安装在电机安装座1内，在电机轴2的两端均安装有磁轴承3，在电机安装座1上安装有轴承安装件4，磁轴承3安装在轴承安装件4上，采用磁轴承3采用双磁链回路，永磁体磁链承担高速轴及轴上部件的载荷及负载；线圈磁路控制高速轴的载荷波动，提高高速转轴的稳定性。

轴承安装件4包括成对相对设置的安装块5，安装块5上挖设有轴承限位槽6，磁轴承3安装在两个相邻的轴承限位槽6之间，优选的，安装块5为楔形块，通过改变安装块5之间的间距可以调节两个磁轴承3的同轴度，提高磁轴承3的使用寿命，并且通过轴承限位槽6的设置，便于将磁轴承3进行定位安装。

电机安装座1包括安装座板7、电机筒8和电机永磁体9，电机筒8的两端分别固定连接有安装座板7，电机永磁体9固定安装在电机筒8内，电机轴2转动安装在电机永磁体9围城的安装腔内。

上述永磁同步电机的磁轴承，包括定子铁芯10、转子铁芯组件11、定子永磁体12、定子径向线圈13和定子轴向线圈14，定子径向线圈13均匀地绕设在定子铁芯10的内侧壁上，定子永磁体12固定安装在相邻的定子径向线圈13之间，定子轴向线圈14固定安装在定子铁芯10的一侧端部，定子永磁体10、定子径向线圈13、定子轴向线圈14合围形成转子安装腔，转子铁芯组件11安装在转子安装腔内；优选的，定子永磁铁12与径向转子铁芯组件11之间留有气隙，本磁轴承采用双磁链回路，永磁体磁链承担高速轴及轴上部件的载荷及负载；线圈磁路控制高速轴的载荷波动，提高高速转轴的稳定性。

转子铁芯组件11包括转子径向铁芯15、转子轴向铁芯16和隔磁板17，转子径向铁芯15、转子轴向铁芯16分别固定安装在隔磁板17的两端，转子轴向铁芯15靠近定子轴向线圈14设置，对应的，转子径向铁芯15靠近定子径向线圈13设置。

所述定子径向线圈13通入直流电流时，线圈端面与定子铁芯10的线圈柱上产生磁通，与转子径向铁芯15、气隙之间形成第一磁通回路，第一磁通回路对旋转主轴及旋转主轴上的径向载荷的波动进行补偿稳定性控制；根据定子径向线圈13中通入的直流电源的电流大小控制定子径向线圈13的磁通的大小，在定子径向控制线圈13和转子径向铁芯15之间产生电磁吸力；定子永磁体12、转子径向铁芯15，以及定子永磁体12和转子径向铁芯13之间的气隙间形成第二磁通回路，第二磁通回路产生的电磁力用来抑制旋转主轴及旋转主轴上稳定的载荷作用；定子轴向线圈13通入直流电流时产生磁通，转子轴向铁芯16、定子轴向线圈13、线圈柱，以及它们之间的气隙共同形成第三磁通回路，第三磁通回路用于对主轴轴向单一方向自由度的控制。

隔磁板17包括隔磁法兰盘18和铁芯分隔板19，铁芯分隔板19垂直连接在隔磁法兰盘18上，转子径向铁芯15、转子轴向铁芯16分别安装在隔磁法兰盘18的两端，通过隔磁法兰盘18将转子径向铁芯15、转子轴向铁芯16内的磁感线进行分隔，通过铁芯分隔板19的设置，便于转子径向铁芯15、转子轴向铁芯16安装，转子径向铁芯和转子轴向铁芯插接在铁芯分隔板上，与电机轴2之间采用表面贴覆胶粘连接，不存在相对运动。

所述隔磁法兰盘18的左右两侧分别设置有四块铁芯分隔板19，四块铁芯分隔板19同轴心均匀分布，优选的，所述隔磁板17由弱导磁材料制成，如由铝合金薄板冲压后焊接而成。

在定子铁芯10内设有轴向线圈安装腔20和径向线圈安装腔21，定子永磁体12、定子径向线圈13均固定安装在径向线圈安装腔21内，定子轴向线圈14绕设在轴向线圈安装腔20内。

径向线圈安装腔21内固定连接有线圈柱22，定子径向线圈13绕设在线圈柱22上。

定子铁芯10的内侧壁上挖设有线圈凹槽23，线圈柱22固定连接在线圈凹槽23内，线圈凹槽23的设置，可以减少线圈柱22的突出量，减小磁轴承的体积。

定子永磁体12沿着整个磁轴承的径向充磁，且同一个磁轴承内的所有定子永磁铁12的充磁方向一致，指向由径向朝内或径向朝外。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记对应的术语，但并不排除使用其它术语的可能性；使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.磁轴承支撑的永磁同步电机，其特征在于，包括电机安装座(1)、电机轴(2)和磁轴承(3)，电机轴(2)转动安装在电机安装座(1)内，在电机轴(2)的两端均安装有磁轴承(3)，在电机安装座(1)上安装有轴承安装件(4)，磁轴承(3)安装在轴承安装件(4)上。

2.根据权利要求1所述的磁轴承支撑的永磁同步电机，其特征在于，轴承安装件(4)包括成对相对设置的安装块(5)，安装块(5)上挖设有轴承限位槽(6)，磁轴承(3)安装在两个相邻的轴承限位槽(6)之间。

3.根据权利要求1所述的磁轴承支撑的永磁同步电机，其特征在于，电机安装座(1)包括安装座板(7)、电机筒(8)和电机永磁体(9)，电机筒(8)的两端分别固定连接有安装座板(7)，电机永磁体(9)固定安装在电机筒(8)内，电机轴(2)转动安装在电机永磁体(9)围城的安装腔内。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的磁轴承支撑的永磁同步电机的磁轴承，其特征在于，包括定子铁芯(10)、转子铁芯组件(11)、定子永磁体(12)、定子径向线圈(13)和定子轴向线圈(14)，定子径向线圈(13)均匀地绕设在定子铁芯(10)的内侧壁上，定子永磁体(12)固定安装在相邻的定子径向线圈(13)之间，定子轴向线圈(14)固定安装在定子铁芯(10)的一侧端部，定子永磁体(12)、定子径向线圈(13)、定子轴向线圈(14)合围形成转子安装腔，转子铁芯组件(11)安装在转子安装腔内。

5.根据权利要求4所述的磁轴承支撑的永磁同步电机的磁轴承，其特征在于，转子铁芯组件(11)包括转子径向铁芯(15)、转子轴向铁芯(16)和隔磁板(17)，转子径向铁芯(15)、转子轴向铁芯(16)分别固定安装在隔磁板(17)的两端，转子轴向铁芯(16)靠近定子轴向线圈(14)设置。

6.根据权利要求5所述的磁轴承支撑的永磁同步电机的磁轴承，其特征在于，隔磁板(17)包括隔磁法兰盘(18)和铁芯分隔板(19)，铁芯分隔板(19)垂直连接在隔磁法兰盘(18)上，转子径向铁芯(15)、转子轴向铁芯(16)分别安装在隔磁法兰盘(18)的两端。

7.根据权利要求5所述的磁轴承支撑的永磁同步电机的磁轴承，其特征在于，在定子铁芯(10)内设有轴向线圈安装腔(20)和径向线圈安装腔(21)，定子永磁体(12)、定子径向线圈(13)均固定安装在径向线圈安装腔(21)内，定子轴向线圈(14)安装在轴向线圈安装腔(20)内。

8.根据权利要求7所述的磁轴承支撑的永磁同步电机的磁轴承，其特征在于，径向线圈安装腔(21)内固定连接有线圈柱(22)。

9.根据权利要求8所述的磁轴承支撑的永磁同步电机的磁轴承，其特征在于，定子铁芯(10)的内侧壁上挖设有线圈凹槽(23)，线圈柱(22)固定连接在线圈凹槽(23)内。

10.根据权利要求4所述的磁轴承支撑的永磁同步电机的磁轴承，其特征在于，定子永磁体(12)沿着整个磁轴承(3)的径向充磁，且同一个磁轴承(3)内的所有定子永磁铁的充磁方向一致，指向由径向朝内或径向朝外。

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