CN112531958B - 一种磁悬浮单盘式电机及拥有其的风机 - Google Patents

一种磁悬浮单盘式电机及拥有其的风机 Download PDF

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Abstract

一种磁悬浮单盘式电机，包括底座、安装座、定子、转子组件、转轴和磁轴承组，安装座固定在所述底座上，且安装座内具有第一容腔和第二容腔；定子位于第一容腔内且定子的一端与底座固定；转轴穿设第二容腔并与第二容腔同轴设置；转子组件与转轴的端面固定并位于第一容腔内，磁轴承组包括轴向磁轴承和径向磁轴承，轴向磁轴承位于第一容腔内并与安装座固定，径向磁轴承位于第二容腔内并与安装座固定；本方案采用磁悬浮轴承替换传统的普通轴承，使盘式电机在旋转时，转轴系处于悬浮状态，无接触式摩擦，电机极限转速更高、效率高、使用寿命也更长。

Description

一种磁悬浮单盘式电机及拥有其的风机
技术领域
本发明涉及到电机领域，具体为一种磁悬浮单盘式电机和拥有该电机的风机。
背景技术
盘式电机是一种电机定转子轴向相对的电机，因为盘式电机结构结构紧凑，效率高、功率密度大等特点，将其运用到风机上是目前各大厂家常见的做法。
目前，一般盘式电机转子大都还是采用普通轴承(传统滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承)实现转动支撑，所以电机旋转时轴承有摩擦损耗，尤其在高转速工作时，发热严重，噪音大，电机效率低，轴承寿命短等问题时长出现，因此，对于盘式电机的优化是目前设计师不断研究的课题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种新的技术方案，采用磁悬浮轴承与电机结合的技术，使电机在旋转时，转轴系处于悬浮状态，无接触式摩擦，电机极限转速更高、效率高、使用寿命也更长。
本发明提出的技术方案如下：
一种磁悬浮单盘式电机，包括底座、安装座、定子、转子组件、转轴和磁轴承组，所述安装座固定在所述底座上，且所述安装座内具有相互通连且同轴的第一容腔和第二容腔；所述定子位于所述第一容腔内且所述定子的一端与所述底座固定；
所述转轴穿设所述第二容腔并与所述第二容腔同轴设置；
所述转子组件与所述转轴的端面固定并位于所述第一容腔内，所述转子组件与所述定子间隔设置以形成气隙；
所述磁轴承组包括轴向磁轴承和径向磁轴承，所述轴向磁轴承位于所述第一容腔内并与所述安装座固定，所述轴向磁轴承与所述转子组件相对应以控制所述转子组件和转轴的轴向自由度；所述径向磁轴承位于所述第二容腔内并与所述安装座固定，所述径向磁轴承与所述转轴相对应以控制所述转轴的径向自由度。
进一步的，所述转子组件包括依次叠加设置的永磁体、转子铁芯和推力盘，所述永磁体与所述定子间隔设置形成气隙，所述推力盘与所述转轴的端面固定。
进一步的，所述转子组件包括永磁体和与所述永磁体直接固定的推力盘，所述永磁体与所述定子间隔设置形成气隙，所述推力盘与所述转轴的端面固定。
进一步的，所述推力盘的两端面分别设置有对应的轴向磁定子，两个所述轴向磁定子固定在所述安装座上并与对应的推力盘端面间隔设置形成气隙，所述推力盘与两个所述轴向磁定子共同组成所述轴向磁轴承。
进一步的，所述径向磁轴承包括径向磁定子和径向磁转子，所述径向磁定子与所述安装座固定，所述径向磁转子套设在转轴上并与所述径向磁定子相对应。
进一步的，所述磁悬浮单盘式电机还包括第一保护轴承组和第二保护轴承组，所述第一保护轴承组间隙套设在所述推力盘的外圆面上；所述第二保护轴承组位于所述安装座的开口端并套设在所述转轴上。
进一步的，所述径向磁定子与所述径向磁转子之间形成的间隙小于第二保护轴承组与转轴之间的间隙。
进一步的，所述第二保护轴承组与所述转轴之间还设置有轴套，所述轴套用于防止转轴与所述第二保护轴承组的内圈的接触。
进一步的，所述第二保护轴承组至少设置两组，所述第二保护轴承组沿轴向并排间隙套设于所述轴套上。
采用本技术方案所达到的有益效果为：
本方案采用磁悬浮轴承替换传统的普通轴承，使盘式电机在旋转时，转轴系处于悬浮状态，无接触式摩擦，电机极限转速更高、效率高、使用寿命也更长；同时只在转子组件的一侧设置径向磁轴承，这样转轴不需要穿过转子组件和定子，可实现将电机外径做到更小，单端支撑结构简单，也便于装配和拆卸。
本方案在提供磁悬浮单盘式电机即基础上，还提供了一种安装有上述电机的风机，以此来提高风机的使用效果，提升风机散热的优异性。
附图说明
图1为磁悬浮单盘式电机的结构示意图，展示电机的内部结构组成。
图2为转子铁芯与推力盘固定的结构图。
图3为径向磁轴承、第二保护轴承组与转轴的安装结构图。
其中：10底座、20安装座、21第一座体、22第二座体、30定子、41永磁体、42转子铁芯、43推力盘、51轴向磁轴承、52径向磁轴承、61第一保护轴承组、62第二保护轴承组、63轴套、100转轴、521径向磁定子、522径向磁转子。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本实施例提供了一种磁悬浮单盘式电机，将磁悬浮技术运用到盘式电机中，使得盘式电机中的转轴100在工作旋转时处于悬浮状态，促使该盘式电机的极限转速比采用一般轴承的盘式电机高，同时磁悬浮轴承无接触式摩擦，不需要轴承润滑，噪音低的特点，更加的符合目前的使用需求，同时对于延长盘式电机的使用寿命具有极大的促进作用。
参见图1-图2，具体的，磁悬浮单盘式电机的组成包括底座10、安装座20、定子30、转子组件、转轴100和磁轴承组。
其中，安装座20与底座10固定连接，安装座20为分体式结构，即可以理解为安装座20的组成包括了第一座体21和第二座体22，第一座体21直接与底座10固定，第二座体22固定在第一座体21上。
这里提及的第一座体21与第二座体22均为空心结构，这样使得底座10、第一座体21和第二座体22在安装完成后，在安装座20内形成第一容腔和第二容腔；两个容腔相互通连且同轴；这里的第一容腔与第二容腔主要为定子30、转子组件、转轴100和磁轴承组提供安装空间。
具体的，定子30位于第一容腔内且定子30的一端与底座10固定；转轴100穿设第二容腔并与第二容腔同轴设置；转子组件与转轴100的端面固定并位于第一容腔内，同时转子组件与定子30间隔设置以形成气隙；磁轴承组包括轴向磁轴承51和径向磁轴承52，这里设置轴向磁轴承51和径向磁轴承52的目的主要在于实现对转轴100的轴向控制和径向控制；具体的，轴向磁轴承51位于第一容腔内并与第一座体21固定，轴向磁轴承51与转子组件相对应以控制转轴100的轴向自由度；径向磁轴承52位于第二容腔内并与第二座体22固定，径向磁轴承52与转轴100相对应以控制转轴100的径向自由度。
通过采用磁悬浮轴承替换传统的普通轴承，使盘式电机在旋转时，转轴100系处于悬浮状态，无接触，电机极限转速更高、效率高、使用寿命也更长；同时本方案中只在转子组件的一侧设置径向磁轴承52，这样转轴100不需要穿过转子组件和定子30，可实现在不影响输出的情况下将电机外型尺寸做到更小，满足不同的安装需要。
本实施例中，提及的转子组件包括永磁体41、转子铁芯42和推力盘43，三个部件依次叠加设置，即永磁体41固定在转子铁芯42上，转子铁芯42固定在推力盘43上；需要注意的是，这里设置的永磁体41与定子30正相对且间隔设置，使得永磁体41与定子30之间形成气隙，而推力盘43与转轴100的端面固定；这样便于在磁场的作用下永磁体41带动着转轴100实现转动。
通过对以上结构设计，使得盘式电机的涡流损耗较小，同时转子组件的升温率较低，对于盘式电机的输出效率具有极大的促进作用。
在实际的运用过程中，在其他的结构不变的情况下，还可以去掉转子铁芯42的设计，即转子组件的组成仅包括永磁体41和推力盘43，即永磁体41直接与推力盘43进行固定，通过这样设计使得盘式电机轴向尺寸更加紧凑，重量更轻，同时转速可进一步的提高。
本实施例中，轴向磁轴承51对转轴100的轴向控制是通过推力盘43实现的，也可以理解为推力盘43实质上属于轴向磁轴承51的组成部分。
具体的，推力盘43的两端面分别设置有对应的轴向磁定子，两个轴向磁定子固定在第一座体21上并与对应的推力盘43端面间隔设置形成气隙，这时推力盘43等同于轴向磁轴承51中的轴向磁转子，推力盘43在轴向磁定子的作用下，在第一容腔内悬浮，从而使得转轴100处于悬浮状态。
可选的，在推力盘43的外圆面上还间隙套设有第一保护轴承组61，这样在盘式电机不工作时，即推力盘43不旋转时，第一保护轴承组61支撑推力盘43，给与一定的支撑力。
参见图1、图3，本实施例提供的径向磁轴承52仅设置在转子组件的一端，不同于传统的将普通轴承设置在转子组件左右两端的方式，径向磁轴承52只位于一端，这样对于减小整个盘式电机体积具有极大的促进作用。
径向磁轴承52包括径向磁定子521和径向磁转子522，其中，径向磁定子521固定在第二座体22上，径向磁转子522套设在转轴100上并与径向磁定子521相对应。
本实施例中，设计的径向磁轴承52有两个，两个径向磁轴承52同轴间隔设置，每个径向磁轴承52均包括径向磁定子521和径向磁转子522，在两个径向磁定子521间隔设置的情况下，套设在转轴100上的两个径向磁转子522也隔开设计，这样有利于成本的节约和输出的稳定。
当然，参见图1，在实际的运用过程中，还可以将两个径向磁转子522一体化设计，相比于将两个径向磁转子522隔开设计，将两个径向磁转子522一体化设计使得整体结构较为简单，同时在装配时便于操作人员的操作，利于节省装配时间。
可选的，参见图1、图3，为了实现对转轴100的保护，本实施例还设置第二保护轴承组62，第二保护轴承组62位于第二座体22的开口端并套设在转轴100上；这里设置第二保护轴承组62的目的主要在于起到保险作用，比如在轴向磁轴承失效时，第二保护轴承组62可限制转轴100的轴向自由度，以保护盘式电机的内部零件。
需要注意的是，径向磁定子521与径向磁转子522之间形成的间隙应该小于第二保护轴承组62与转轴100之间的间隙。
可选的，第二保护轴承组62与转轴100之间还设置有轴套63，轴套63用于防止转轴100与第二保护轴承组62的内圈接触；即在盘式电机不工作时，转轴100直接与轴套63接触而不是与第二保护轴承组62的内圈接触摩擦，有效的避免转轴100的摩擦损坏。
本实施例中，第二保护轴承组62至少设置两组，第二保护轴承组62沿轴向并排间隙套设于轴套63上。
本方案在提供磁悬浮单盘式电机即基础上，还提供了一种安装有上述盘式电机的风机，通过利用磁悬浮单盘式电机来提高风机的使用效果，提升风机散热的优异性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种磁悬浮单盘式电机，包括底座(10)、安装座(20)、定子(30)、转子组件、转轴(100)和磁轴承组，其特征在于，
所述安装座(20)固定在所述底座(10)上，且所述安装座(20)内具有相互通连且同轴的第一容腔和第二容腔；所述定子(30)位于所述第一容腔内且所述定子(30)的一端与所述底座(10)固定；
所述转轴(100)穿设所述第二容腔并与所述第二容腔同轴设置；
所述转子组件与所述转轴(100)的端面固定并位于所述第一容腔内，所述转子组件与所述定子(30)间隔设置以形成气隙；
所述磁轴承组包括轴向磁轴承(51)和径向磁轴承(52)，所述轴向磁轴承(51)位于所述第一容腔内并与所述安装座(20)固定，所述轴向磁轴承(51)与所述转子组件相对应以控制所述转子组件和转轴(100)的轴向自由度；所述径向磁轴承(52)位于所述第二容腔内并与所述安装座(20)固定，所述径向磁轴承(52)与所述转轴(100)相对应以控制所述转轴(100)的径向自由度；
所述转子组件包括永磁体(41)和与所述永磁体(41)直接固定的推力盘(43)，所述永磁体(41)与所述定子(30)间隔设置形成气隙，所述推力盘(43)与所述转轴(100)的端面固定；
所述推力盘(43)的两端面分别设置有对应的轴向磁定子，两个所述轴向磁定子固定在所述安装座(20)上并与对应的推力盘(43)端面间隔设置形成气隙，所述推力盘(43)与两个所述轴向磁定子共同组成所述轴向磁轴承(51)；
所述径向磁轴承(52)包括径向磁定子(521)和径向磁转子(522)，所述径向磁定子(521)与所述安装座(20)固定，所述径向磁转子(522)套设在转轴(100)上并与所述径向磁定子(521)相对应；
所述磁悬浮单盘式电机还包括第一保护轴承组(61)和第二保护轴承组(62)，所述第一保护轴承组(61)间隙套设在所述推力盘(43)的外圆面上；所述第二保护轴承组(62)位于所述安装座(20)的开口端并套设在所述转轴(100)上；
所述径向磁定子(521)与所述径向磁转子(522)之间形成的间隙小于第二保护轴承组(62)与转轴(100)之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮单盘式电机，其特征在于，所述转子组件包括依次叠加设置的永磁体(41)、转子铁芯(42)和推力盘(43)，所述永磁体(41)与所述定子(30)间隔设置形成气隙，所述推力盘(43)与所述转轴(100)的端面固定。
3.根据权利要求2所述的一种磁悬浮单盘式电机，其特征在于，所述第二保护轴承组(62)与所述转轴(100)之间还设置有轴套(63)，所述轴套(63)用于防止转轴(100)与所述第二保护轴承组(62)的内圈的接触。
4.根据权利要求3所述的一种磁悬浮单盘式电机，其特征在于，所述第二保护轴承组(62)至少设置两组，所述第二保护轴承组(62)沿轴向并排间隙套设于所述轴套(63)上。
5.一种风机，其特征在于，所述风机内设置有如权利要求4所述的一种磁悬浮单盘式电机。
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