一种紧凑型的无轴承电机

1.本发明属于电动机领域，涉及一种无轴承电机，具体的说是涉及一种紧凑型的无轴承电机。


背景技术：

2.电动机是根据电磁感应定律实现电能传递转换的一种电磁装置，主要用于产生驱动转矩作为各种机械设备的动力源，其转子系统通常由机械轴承进行支承，因此转子在转动过程中轴承存在机械摩擦，这不仅给转子带来摩擦阻力，影响转子的转动性能，还会因磨损降低轴承的使用寿命，降低电机的运行效率。而磁悬浮电机采用磁轴承代替机械轴承，使得转子系统不存在机械摩擦，降低了轴承的损耗，极大的提高了机械效率。但传统的磁悬浮电机通常由普通电机改进而来，仅支承部件替换为磁轴承，使得电机整体结构较为复杂且体积加大，这样的结构不利于电机的小型化，极大的限制了磁悬浮电机的应用范围。针对以上技术问题，为了使磁悬浮电机的结构简化，需要设计出一种悬浮支承与旋转驱动一体化的新型磁悬浮电机——即无轴承电机，对磁悬浮电机的普及使用具有重要的意义。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是为了提供一种紧凑型的无轴承电机，无轴承电机的驱动和支承结构由浮转驱动定子部件、轴向磁轴承组成，浮转驱动定子部件设置为圆弧分段形式结构，共分为4个正交多相绕组区域，在整个浮转驱动定子部件的线槽内设置一套悬浮与驱动共用绕组，控制电流的输入形式，将绕组电流分为转矩电流分量和悬浮电流分量，转矩电流分量形成浮转部件气隙中的旋转磁场，驱动转子实现旋转运动，而悬浮电流分量则在4个正交区域中形成悬浮磁场，产生两对正交的磁力拉，控制转子在径向上实现悬浮平衡，同时，由于浮转驱动定子部件的长度较长，每个槽口两侧的铁芯为u型铁芯，在浮转驱动定子部件内侧的两个磁极相距较大，相当于两个轴向布置的普通径向磁轴承，因此产生的径向悬浮力可限制转子的4个自由度。同时，通过控制轴向磁轴承的电流输入，可实现对无轴承电机的轴向力控制，轴向磁轴承由两套轴向铁芯连接件、轴向铁芯和轴向绕组制成的环形体与轴向轴承套组合而成，轴向磁轴承将转轴上的推力盘夹在其两环形体中，通过磁吸力实现轴向平衡支承，由于轴向磁轴承在圆周平面上布置了4个u型磁极，相对于转轴位置为对称分布，因此在转轴发生偏摆时，轴向磁轴承还可以对转轴进行纠偏，使转轴迅速拉回平衡状态，在电机两端的端盖上设置了两个机械保护轴承，用于对磁轴承失效时对轴系的跌落保护，通过控制径向磁轴承的电流的输入形式，将产生电磁转矩和径向悬浮力的结构一体化，实现了转子的旋转与悬浮。
4.本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：一种紧凑型的无轴承电机，包括后端盖、铝壳、前端盖、浮转驱动定子部件、前保护轴承、前轴套、转轴、转子、轴向磁轴承、推力盘、轴向轴承套、后轴套、后保护轴承、浮转驱动定子铁芯连接件、浮转驱动定子铁芯、浮转驱动定子绕组、轴向铁芯连接件、轴向铁芯和轴
向绕组，铝壳一侧安装有后端盖，铝壳的另一侧安装有前端盖，前端盖中部设置通孔，转轴从通孔中伸出，前轴套内侧套设有前保护轴承，浮转驱动定子部件套设在铝壳内壁靠近前端盖处，转轴中间对应浮转驱动定子部件处套设有转子，前轴套与转轴的轴肩定位转子，轴向磁轴承通过轴向轴承套套设在铝壳内壁靠近后端盖处，轴向磁轴承中间设有推力盘，轴向轴承套、轴向磁轴承和推力盘内保有间隙，后轴套设在轴向磁轴承外部处，且后轴套与轴向磁轴承无接触，且插入轴向轴承套一侧中间处与转轴的轴肩定位推力盘，后保护轴承套设装置后端盖内孔处，铝壳套设在后端盖和前端盖外壁处，前端盖插入铝壳定位浮转驱动定子部件，后端盖插入铝壳定位轴向磁轴承。
5.优选的，铝壳为圆筒状，铝壳内侧设有台阶与浮转驱动定子部件和轴向磁轴承相互定位连接，浮转驱动定子部件和轴向磁轴承设在转轴中间两侧处与铝壳内侧的定位台阶相互配合，浮转驱动定子部件由浮转驱动定子铁芯连接件、浮转驱动定子铁芯和浮转驱动定子绕组组成，轴向磁轴承由轴向轴承套和两套轴向铁芯连接件、轴向铁芯、轴向绕组组成。
6.优选的，浮转驱动定子部件由四组浮转驱动定子铁芯和浮转驱动定子铁芯连接件相互间隔安装构成环形体，且浮转驱动定子铁芯的定子齿间线槽中安装有浮转驱动定子绕组构成个正交多向绕组区，浮转驱动定子铁芯每个齿为u型结构。
7.优选的，轴向磁轴承分别由两套轴向铁芯连接件、轴向铁芯和轴向绕组制成的环形体与轴向轴承套组合而成，四组轴向铁芯连接件和轴向铁芯相互间隔安装构成一套轴向磁轴承的环形体，由两套环形体轴向磁轴承磁极相对安装在轴向轴承套两侧处。
8.优选的，浮转驱动定子铁芯上设有个线槽，浮转驱动定子部件上设有槽结构，且线槽内设有浮转驱动定子绕组。
9.优选的，轴向磁轴承由个轴向铁芯连接件和个轴向铁芯组成，轴向铁芯连接件两侧设有圆弧形凹槽，轴向铁芯为u型铁芯，轴向铁芯设在轴向铁芯连接件两侧的圆弧形凹槽上。
10.优选的，转子有5个自由度限位。
11.本发明的有益技术效果：本发明提供的一种紧凑型的无轴承电机，无轴承电机的驱动和支承结构由浮转驱动定子部件、轴向磁轴承组成，浮转驱动定子部件设置为圆弧分段形式结构，共分为4个正交多相绕组区域，在整个浮转驱动定子部件的线槽内设置一套悬浮与驱动共用绕组，控制电流的输入形式，将绕组电流分为转矩电流分量和悬浮电流分量，转矩电流分量形成浮转部件气隙中的旋转磁场，驱动转子实现旋转运动，而悬浮电流分量则在4个正交区域中形成悬浮磁场，产生两对正交的磁力拉，控制转子在径向上实现悬浮平衡，同时，由于浮转驱动定子部件的长度较长，每个槽口两侧的铁芯为u型铁芯，在浮转驱动定子部件内侧的两个磁极相距较大，相当于两个轴向布置的普通径向磁轴承，因此产生的径向悬浮力可限制转子的4个自由度。同时，通过控制轴向磁轴承的电流输入，可实现对无轴承电机的轴向力控制，轴向磁轴承由两套轴向铁芯连接件、轴向铁芯和轴向绕组制成的环形体与轴向轴承套组合而成，轴向磁轴承将转轴上的推力盘夹在其两环形体中，通过磁吸力实现轴向平衡支承，由于轴向磁轴承在圆周平面上布置了4个u型磁极，相对于转轴位置为对称分布，因此在转轴发生偏摆时，轴向磁轴承还可以对转轴进行纠偏，使转轴迅速拉回平衡状态，在电机两端的
端盖上设置了两个机械保护轴承，用于对磁轴承失效时对轴系的跌落保护，通过控制径向磁轴承的电流的输入形式，将产生电磁转矩和径向悬浮力的结构一体化，实现了转子的旋转与悬浮。
附图说明
12.图1为按照本发明的一种紧凑型的无轴承电机的一优选实施例的装置为本发明整体结构爆炸图；图2为按照本发明的一种紧凑型的无轴承电机的一优选实施例的装置为本发明整体结构主视图；图3为按照本发明的一种紧凑型的无轴承电机的一优选实施例的装置为本发明整体结构主视图中的a-a剖视图；图4为按照本发明的一种紧凑型的无轴承电机的一优选实施例的装置为本发明中径向磁轴承的结构示意图；图5为按照本发明的一种紧凑型的无轴承电机的一优选实施例的装置为本发明中径向铁芯结构示意图；图6为按照本发明的一种紧凑型的无轴承电机的一优选实施例的装置为本发明中轴向磁轴承结构示意图。
13.图中：1-后端盖，2-铝壳，3-前端盖，4-浮转驱动定子部件，5-前保护轴承，6-前轴套，7-转轴，8-转子，9-轴向磁轴承，10-推力盘，11-轴向轴承套，12-后轴套，13-后保护轴承，14-浮转驱动定子铁芯连接件，15-浮转驱动定子铁芯，16-浮转驱动定子绕组，17-轴向铁芯连接件，18-轴向铁芯，19-轴向绕组。
具体实施方式
14.为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
15.如图1-图6所示，本实施例提供的一种紧凑型的无轴承电机，包括后端盖1、铝壳2、前端盖3、浮转驱动定子部件4、前保护轴承5、前轴套6、转轴7、转子8、轴向磁轴承9、推力盘10、轴向轴承套11、后轴套12、后保护轴承13、浮转驱动定子铁芯连接件14、浮转驱动定子铁芯15、浮转驱动定子绕组16、轴向铁芯连接件17、轴向铁芯18和轴向绕组19，铝壳2一侧安装有后端盖1，铝壳2的另一侧安装有前端盖3，前端盖3中部设置通孔，转轴7从通孔中伸出，前轴套6内侧套设有前保护轴承5，浮转驱动定子部件4套设在铝壳2内壁靠近前端盖3处，转轴7中间对应浮转驱动定子部件4处套设有转子8，前轴套6与转轴7的轴肩定位转子8，轴向磁轴承9通过轴向轴承套11套设在铝壳2内壁靠近后端盖处，轴向磁轴承9中间设有推力盘10，轴向轴承套11、轴向磁轴承9和推力盘10内保有间隙，后轴套12设在轴向磁轴承9外部处，且后轴套12与轴向磁轴承9无接触，且插入轴向轴承套11一侧中间处与转轴7的轴肩定位推力盘，后保护轴承13套设装置后端盖1内孔处，铝壳2套设在后端盖1和前端盖3外壁处，前端盖3插入铝壳2定位浮转驱动定子部件4，后端盖1插入铝壳2定位轴向磁轴承9。
16.总工作原理：无轴承电机的驱动和支承结构由浮转驱动定子部件4、轴向磁轴承9组成，浮转驱动定子部件4设置为圆弧分段形式结构，共分为4个正交多相绕组区域，在整个
浮转驱动定子部件4的线槽内设置一套悬浮与驱动共用绕组，控制电流的输入形式，将绕组电流分为转矩电流分量和悬浮电流分量，转矩电流分量形成浮转部件气隙中的旋转磁场，驱动转子实现旋转运动，而悬浮电流分量则在4个正交区域中形成悬浮磁场，产生两对正交的磁力拉，控制转子在径向上实现悬浮平衡，同时，由于浮转驱动定子部件4的长度较长，每个槽口两侧的铁芯为u型铁芯，在浮转驱动定子部件4内侧的两个磁极相距较大，相当于两个轴向布置的普通径向磁轴承，因此产生的径向悬浮力可限制转子的4个自由度。同时，通过控制轴向磁轴承9的电流输入，可实现对无轴承电机的轴向力控制，轴向磁轴承9由两套轴向铁芯18连接件、轴向铁芯18和轴向绕组19制成的环形体与轴向轴承套组合而成，轴向磁轴承9将转轴上的推力盘10夹在其两环形体中，通过磁吸力实现轴向平衡支承，由于轴向磁轴承9在圆周平面上布置了4个u型磁极，相对于转轴位置为对称分布，因此在转轴发生偏摆时，轴向磁轴承9还可以对转轴7进行纠偏，使转轴迅速拉回平衡状态，在电机两端的端盖上设置了两个机械保护轴承，用于对磁轴承失效时对轴系的跌落保护，通过控制径向磁轴承的电流的输入形式，将产生电磁转矩和径向悬浮力的结构一体化，实现了转子的旋转与悬浮。
17.在本实施例中：铝壳2为圆筒状，铝壳2内侧设有台阶与浮转驱动定子部件4和轴向磁轴承9相互定位连接，浮转驱动定子部件4和轴向磁轴承9设在转轴7中间两侧处与铝壳2内侧的定位台阶相互配合，浮转驱动定子部件4由浮转驱动定子铁芯连接件14、浮转驱动定子铁芯15和浮转驱动定子绕组16组成，轴向磁轴承9由轴向轴承套11和两套轴向铁芯连接件17、轴向铁芯18、轴向绕组19组成。
18.在本实施例中：浮转驱动定子部件4由四组浮转驱动定子铁芯15和浮转驱动定子铁芯连接件14相互间隔安装构成环形体，且浮转驱动定子铁芯15的定子齿间线槽中安装有浮转驱动定子绕组16构成4个正交多向绕组区，浮转驱动定子铁芯15每个齿为u型结构。
19.在本实施例中：轴向磁轴承9分别由两套轴向铁芯连接件17、轴向铁芯18和轴向绕组19制成的环形体与轴向轴承套11组合而成，四组轴向铁芯连接件17和轴向铁芯18相互间隔安装构成一套轴向磁轴承9的环形体，由两套环形体轴向磁轴承9磁极相对安装在轴向轴承套11两侧处。
20.在本实施例中：浮转驱动定子铁芯15上设有9个线槽，浮转驱动定子部件4上设有36槽结构，且线槽内设有浮转驱动定子绕组16。
21.在本实施例中：轴向磁轴承9由4个轴向铁芯连接件17和4个轴向铁芯18组成，轴向铁芯连接件17两侧设有圆弧形凹槽，轴向铁芯18为u型铁芯，轴向铁芯18设在轴向铁芯连接件17两侧的圆弧形凹槽上。
22.在本实施例中：转子8有5个自由度限位。
23.以上，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。