CN112821658B - 基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构和立式电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构和立式电机，基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构，包括盖体，盖体固定在电机壳体的顶部；磁体，磁体固定在盖体上，对转子轴及安装在转子轴上的元件产生方向向上的吸力。本申请的基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构在不增加额外功耗的情况下，为立式电机的转子轴提供了轴向吸力，减小了轴承所承载的轴向推力，减小了立式电机承重***的磨损程度和维护难度。

Description

基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构和立式电机

技术领域

本申请涉及电机技术领域，特别涉及基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构和立式电机。

背景技术

旋转电机通常有卧式和立式两种形式。其中，卧式旋转电机运行时的离心力和重力均在径向，二者合成为径向力，使转子轴的径向受力不均而发生变形，并进而改变电机的气隙。同时，转子轴的径向受力由转子轴两端的轴承来共同承担，但每个轴承仅由处于下侧的滚珠承重，其余滚珠并不承重，这也会加快轴承的磨损。立式旋转电机垂直安装在驱动机构上，广泛用于立式水泵、立式车床。与卧式旋转电机不同，立式旋转电机的转子轴受到的重力沿轴向，与运行时的径向离心力相互正交，因此不会导致转子轴的径向受力不均。

因立式旋转电机的转子轴受到的重力沿轴向，所以需要的轴向支撑力较大。现有的立式电机，主要通过转子轴上部设置的角接触轴承来承担转子旋转时的径向离心力，并保证转子轴在径向的位置固定。转子轴的轴向力主要由下部的推力轴承来支撑。

但是，角接触轴承和推力轴承所能承受的轴向力有限，而且推力轴承的极限转速很低，在高速情形下，其所能承受的轴向力将进一步减小，导致轴承破坏、电机故障。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构和立式电机，以解决上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构，包括：

盖体，所述盖体固定在电机壳体的顶部；

磁体，所述磁体固定在所述盖体上，对转子轴及安装在所述转子轴上的元件产生方向向上的吸力；

所述牵引机构还包括动子铁芯，所述动子铁芯为圆盘状，固定在所述转子轴的顶部，且与所述转子轴同轴；

所述转子轴上设有第一法兰盘，所述动子铁芯与所述转子轴法兰连接；

所述盖体包括安装部和连接部，所述连接部用于与所述电机壳体固定连接，所述安装部为盘状且位于所述转子轴的正上方，所述磁体固定在所述安装部上；

所述磁体为永磁体，且为圆盘型；

所述动子铁芯的径向尺寸大于所述永磁体的径向尺寸；

所述连接部为圆环形；

所述磁体与所述连接部的内壁之间具有第一周向环形间隙；所述动子铁芯与所述连接部的内壁之间具有第二周向环形间隙。

进一步的，所述轴向牵引机构还包括磁性体，所述磁性体固定在所述转子轴的顶部，与所述磁体相互吸引。

进一步的，所述连接部的径向外侧设有第二法兰盘，所述第二法兰盘上设有光孔，所述电机壳体上设有螺纹孔，所述螺纹孔的位置和数量与所述光孔对应，所述第二法兰盘与所述电机壳体通过螺纹组件连接；

所述螺纹组件包括无头螺栓、第一紧固螺母和第二紧固螺母，所述无头螺栓上设有径向凸起，所述径向凸起位于所述电机壳体与所述第二法兰盘之间，所述无头螺栓的下端与所述螺纹孔螺纹连接，所述无头螺栓的上部穿出所述光孔，所述第一紧固螺母螺纹连接在所述无头螺栓螺纹的上部，所述第一紧固螺母与所述径向凸起夹紧所述第二法兰盘，所述第二紧固螺母螺纹连接在所述无头螺栓上并压紧在所述螺纹孔的孔沿处；

所述连接部与所述电机壳体之间沿上下方向具有调整间隙，所述磁体与所述动子铁芯之间具有轴向间隙；

优选的，所述径向凸起为环形凸起。一种立式电机，包括电机壳体和转子轴，转子轴的两端部通过轴承固定在电机壳体上，还包括基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构，基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构，包括：

盖体，所述盖体固定在电机壳体的顶部；

磁体，所述磁体固定在所述盖体上，对转子轴及安装在所述转子轴上的元件产生方向向上的吸力；

所述牵引机构还包括动子铁芯，所述动子铁芯为圆盘状，固定在所述转子轴的顶部，且与所述转子轴同轴；

所述转子轴上设有第一法兰盘，所述动子铁芯与所述转子轴法兰连接；

所述盖体包括安装部和连接部，所述连接部用于与所述电机壳体固定连接，所述安装部为盘状且位于所述转子轴的正上方，所述磁体固定在所述安装部上；

所述磁体为永磁体，且为圆盘型；

所述动子铁芯的径向尺寸大于所述永磁体的径向尺寸；

所述连接部为圆环形；

所述磁体与所述连接部的内壁之间具有第一周向环形间隙；所述动子铁芯与所述连接部的内壁之间具有第二周向环形间隙。

进一步的，所述轴向牵引机构还包括磁性体，所述磁性体固定在所述转子轴的顶部，与所述磁体相互吸引。

进一步的，所述连接部的径向外侧设有第二法兰盘，所述第二法兰盘上设有光孔，所述电机壳体上设有螺纹孔，所述螺纹孔的位置和数量与所述光孔对应，所述第二法兰盘与所述电机壳体通过螺纹组件连接；

所述螺纹组件包括无头螺栓、第一紧固螺母和第二紧固螺母，所述无头螺栓上设有径向凸起，所述径向凸起位于所述电机壳体与所述第二法兰盘之间，所述无头螺栓的下端与所述螺纹孔螺纹连接，所述无头螺栓的上部穿出所述光孔，所述第一紧固螺母螺纹连接在所述无头螺栓螺纹的上部，所述第一紧固螺母与所述径向凸起夹紧所述第二法兰盘，所述第二紧固螺母螺纹连接在所述无头螺栓上并压紧在所述螺纹孔的孔沿处；

所述连接部与所述电机壳体之间沿上下方向具有调整间隙，所述磁体与所述动子铁芯之间具有轴向间隙；

优选的，所述径向凸起为环形凸起。

与最接近的现有技术相比，本申请实施例的技术方案具有如下有益效果：

1)本申请的基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构在不增加额外功耗的情况下，为立式电机的转子轴提供了轴向吸力，减小了轴承所承载的轴向推力，减小了立式电机承重***的磨损程度和维护难度。

2)基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构可有效减轻转子轴轴承所受的轴向推力，并且不附加额外的损耗，同时可减少维护成本、增加设计灵活性。

3)动子铁芯与转子轴法兰连接，连接较为可靠。

4)磁性体与永磁体相互吸引，增大对转子轴的吸力。

5)磁体固定在转子轴的正上方，能在使用同等质量的磁体时，产生较大的吸力。

6)螺纹组件的使用灵活，并可达到较高的调节精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：

图1为本申请的立式电机的具体实施例的结构示意图；

图2为图1中基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构的部分结构示意图。

图中：1、盖体，101、安装部，102、连接部，1021、第二法兰盘，2、永磁体，3、动子铁芯，4、第一法兰盘，5、转子轴，6、无头螺栓，61、径向凸起，7、第一紧固螺母，8、第二紧固螺母，9、螺纹孔，10、光孔，11、角接触轴承，12、电机壳体，13、双向推力轴承。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

本发明的立式电机的具体实施例：如图1和图2所示，立式电机包括转子轴5、电机壳体12和基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构，转子轴5和电机壳体12为现有技术中电机的常见结构，此处不再赘述。基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构包括盖体1、磁体、动子铁芯3和螺纹组件，磁体为圆盘型的永磁体2。

盖体1包括安装部101和连接部102(安装部101构成定子铁芯轭部，连接部102构成定子铁芯齿部)，连接部102为圆环形，通过螺纹组件与电机壳体12固定连接，安装部101为盘状且位于转子轴5的正上方。安装部101和连接部102均采用导磁金属材料，用来构成磁通回路，并使盖体1具有较高的结构强度，使盖体1能够可靠地固定在电机壳体12上。本实施例中，盖体1一体成型，结构强度高，加工步骤少。可选的，安装部101和连接部102也可以分体制造后连接在一起，连接方式可采用螺纹连接、焊接、螺纹紧固件连接和粘接。可选地，安装部101和连接部102材料为电工纯铁、硅钢片、软磁复合材料中的一种。

连接部102的径向外侧设有第二法兰盘1021，第二法兰盘1021上设有光孔10，电机壳体12上设有螺纹孔9，螺纹孔9的位置和数量与光孔10对应，第二法兰盘1021与电机壳体12通过螺纹组件连接。

螺纹组件包括无头螺栓6、第一紧固螺母7和第二紧固螺母8，无头螺栓6上设有径向凸起61，径向凸起61为环形凸起，位于电机壳体12与第二法兰盘1021之间，无头螺栓6的下端与螺纹孔9螺纹连接，无头螺栓6的上部穿出光孔10，第一紧固螺母7螺纹连接在无头螺栓6螺纹的上部，第一紧固螺母7与径向凸起61夹紧第二法兰盘1021，以固定盖体1。第二紧固螺母8螺纹连接在无头螺栓6上并压紧在螺纹孔9的孔沿处，防止无头螺栓6与电机壳体12之间的定位松动。

可选的，螺纹组件可以采取其他形式，例如，螺纹组件包括螺栓和垫片，螺栓穿过第二法兰盘1021上的光孔10与螺纹孔9连接，第二法兰盘1021与螺纹孔9的孔沿之间设有垫片，垫片套设在螺栓上，螺栓实现盖体1与电机壳体12之间的连接，通过调整垫片的数量和厚度，调整磁体与动子铁芯3之间的轴向间隙La。

连接部102与电机壳体12之间沿上下方向具有调整间隙，磁体与动子铁芯3之间具有轴向间隙La，以使盖体1与电机壳体12之间的相对位置能够调整，从而调整永磁体2与动子铁芯3之间的轴向间隙La。永磁体2和动子铁芯3之间的可靠定位和灵活调节是非常重要的，直接影响永磁体2与动子铁芯3之间的轴向间隙La，进而影响动子铁芯3受到的轴向吸力。永磁体2对动子铁芯3产生轴向吸力，通过调整无头螺栓6旋入螺纹孔9的深度，可调整永磁体2与动子铁芯3的轴向相对位置，即调整永磁体2与动子铁芯3之间的轴向间隙La，进而改变永磁体2对动子铁芯3产生的轴向吸力。

永磁体2固定在盖体1的安装部101上，固定方式可采用胶粘，为减小主磁路磁阻，永磁体2与安装部101应紧密相连。永磁体2与连接部102的内壁之间具有第一周向环形间隙Lsr。永磁体2沿轴向充磁形成两个磁极，两个磁极沿上下方向分布于盖体1中，盖体1与动子铁芯3形成闭合磁场回路：永磁体2的主磁通路径由永磁体2出发，依次经过安装部101、连接部102和动子铁芯3，最后回到永磁体2，形成闭合磁路。永磁体2对转子轴5及安装在转子轴5上的元件(主要为动子铁芯3)产生方向向上的吸力。

动子铁芯3为圆盘状，同轴固定在转子轴5的顶部，动子铁芯3的径向尺寸大于永磁体2的径向尺寸，动子铁芯3与连接部102的内壁之间具有第二周向环形间隙Lmr，固定方式为：转子轴5上设有第一法兰盘4，动子铁芯3与转子轴5法兰连接。可选地，动子铁芯3的材料为电工纯铁、硅钢片、软磁复合材料中的一种。

而为避免漏磁，永磁体2与连接部102之间的第一周向环形间隙Lsr应大于永磁体2与动子铁芯3的轴向间隙La和连接部102与动子铁芯3之间的第二周向环形间隙Lmr之和，即应使Lsr>La+Lmr：永磁体2与动子铁芯3之间的轴向间隙La与永磁体2对转子轴5的轴向吸力大小紧密相关，通过调整轴向间隙La可调整轴向吸力。动子铁芯3与连接部102之间的第二周向环形间隙Lmr同样为主磁路的一部分，永磁体2与连接部102之间的第一周向环形间隙Lsr为永磁体2漏磁路的主要部分，较大的第一周向环形间隙Lsr可导致漏磁路磁阻较大，并减小永磁体2的漏磁通；为了增大主磁通并减小漏磁通，应使Lsr>La+Lmr。

可选的，其他实施例中，用磁性体代替动子铁芯3：磁性体固定在转子轴5的顶部，并采用与永磁体2相同充磁方向。磁性体与永磁体2相互吸引，增大对转子轴5吸力。

转子轴5的两端部通过轴承固定在电机壳体12上，其中上端部通过角接触轴承11固定在电机壳体12上；角接触轴承11的数量为二，可选的，两个角接触轴承11面对面设置；或者，两个角接触轴承11背对背设置。

可选的，转子轴5的下端部通过双向推力轴承13或者面对面设置的两个角接触轴承11或者背对背设置的两个角接触轴承11固定在电机壳体12上，本实施例中选用双向推力轴承13。

本发明的立式电机的具体实施例的使用过程中，当需要增加转子轴5受到沿轴向且向上的吸力，以减小转子轴5上端部轴承和下端部轴承受的轴向力时，旋开第一紧固螺母7和第二紧固螺母8，并将无头螺栓6螺栓旋入螺纹孔9适当长度，然后旋紧第一紧固螺母7和第二紧固螺母8，这样可将永磁体2和动子铁芯3间的轴向间隙La减小，增大转子轴5所受的轴向吸力。反之，当需要减小转子轴5受到的轴向吸力时，旋开第一紧固螺母7和第二紧固螺母8，并将无头螺栓6螺栓旋出螺纹孔9适当长度，然后旋紧第一紧固螺母7和第二紧固螺母8，这样可将永磁体2和动子铁芯3间的轴向间隙La增大，减小转子轴5所受的轴向吸力。在改变永磁体2和动子铁芯3间的轴向间隙La和转子轴5受到的轴向吸力的过程中，永磁体2与连接部102之间的第一周向环形间隙Lsr和动子铁芯3与连接部102之间的第二周向环形间隙Lmr不发生变化，因此转子轴5受到轴向吸力的调节得到简化。

本发明的基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构的具体实施例，本实施例与上述立式电机的实施例中的，基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构的结构相同，不再赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构，其特征在于，包括：

盖体，所述盖体固定在电机壳体的顶部；

磁体，所述磁体固定在所述盖体上，对转子轴及安装在所述转子轴上的元件产生方向向上的吸力；

所述牵引机构还包括动子铁芯，所述动子铁芯为圆盘状，固定在所述转子轴的顶部，且与所述转子轴同轴；

所述转子轴上设有第一法兰盘，所述动子铁芯与所述转子轴法兰连接；

所述盖体包括安装部和连接部，所述连接部用于与所述电机壳体固定连接，所述安装部为盘状且位于所述转子轴的正上方，所述磁体固定在所述安装部上；

所述磁体为永磁体，且为圆盘型；

所述动子铁芯的径向尺寸大于所述永磁体的径向尺寸；

所述连接部为圆环形；

所述磁体与所述连接部的内壁之间具有第一周向环形间隙；所述动子铁芯与所述连接部的内壁之间具有第二周向环形间隙。

2.根据权利要求1所述的基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构，其特征在于，所述轴向牵引机构还包括磁性体，所述磁性体固定在所述转子轴的顶部，与所述磁体相互吸引。

3.根据权利要求2所述的基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构，其特征在于，所述连接部的径向外侧设有第二法兰盘，所述第二法兰盘上设有光孔，所述电机壳体上设有螺纹孔，所述螺纹孔的位置和数量与所述光孔对应，所述第二法兰盘与所述电机壳体通过螺纹组件连接；

所述螺纹组件包括无头螺栓、第一紧固螺母和第二紧固螺母，所述无头螺栓上设有径向凸起，所述径向凸起位于所述电机壳体与所述第二法兰盘之间，所述无头螺栓的下端与所述螺纹孔螺纹连接，所述无头螺栓的上部穿出所述光孔，所述第一紧固螺母螺纹连接在所述无头螺栓螺纹的上部，所述第一紧固螺母与所述径向凸起夹紧所述第二法兰盘，所述第二紧固螺母螺纹连接在所述无头螺栓上并压紧在所述螺纹孔的孔沿处；

所述连接部与所述电机壳体之间沿上下方向具有调整间隙，所述磁体与所述动子铁芯之间具有轴向间隙；

优选的，所述径向凸起为环形凸起。

4.一种立式电机，包括电机壳体和转子轴，所述转子轴的两端部通过轴承固定在所述电机壳体上，其特征在于，还包括如权利要求1-3任意一项所述的基于永磁体吸力的电机轴向牵引机构。

5.根据权利要求4所述的立式电机，其特征在于，所述转子轴的上端部通过角接触轴承固定在所述电机壳体上；

优选的，所述角接触轴承的数量为二，两个所述角接触轴承面对面设置；或者，两个所述角接触轴承背对背设置。

6.根据权利要求4所述的立式电机，其特征在于，所述转子轴的下端部通过双向推力轴承或者两个角接触轴承固定在所述电机壳体上，两个所述角接触轴承面对面设置或者背对背设置。

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