一种磁悬浮转子支承系统、磁悬浮电机及吸尘器的制作方法

本实用新型涉及电动机技术领域，尤其涉及一种小型的磁悬浮转子支承系统、磁悬浮电机及设有该电机的吸尘器。

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，因此电子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。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种磁悬浮转子支承系统，解决现有技术中磁悬浮电机无法实现小型化，生产成本高的问题；

本实用新型的另一目的是提供一种磁悬浮电机，解决现有技术中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，本实用新型提供了一种磁悬浮转子支承系统，包括壳体、径向位移传感器、径向磁悬浮轴承以及轴向磁悬浮轴承；所述径向位移传感器、径向磁悬浮轴承以及轴向磁悬浮轴承均同轴设置在壳体内；所述壳体沿所述径向位移传感器、径向磁悬浮轴承以及轴向磁悬浮轴承的排布方向的一端设有开口，用于容纳电机定子铁芯，另一端设有用于转子轴伸出的轴孔。

根据本实用新型，所述壳体的内腔呈阶梯状设置，由所述壳体的开口处至所述轴孔处各级台阶面的直径逐渐缩小；所述壳体开口处的首级台阶面用于固定电机定子铁芯，所述径向位移传感器、径向磁悬浮轴承以及轴向磁悬浮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，且所述轴向磁悬浮轴承位于所述轴孔与所述径向磁悬浮轴承之间。

根据本实用新型，所述壳体采用镂空方式设置。

根据本实用新型，所述壳体外侧设有沿所述壳体的开口至轴孔的方向设置的支撑肋，所述支撑肋设有多条，且多条所述支撑肋沿所述壳体的周向间隔设置。

根据本实用新型，紧贴轴孔的末级台阶面上固定有与所述径向磁悬浮轴承同轴设置的起浮环。

根据本实用新型，所述起浮环为机械轴承、石墨环或金属环。

本实用新型还提供了一种磁悬浮电机，包括电机定子铁芯、转子轴以及两个上述的磁悬浮转子支承系统，两个所述磁悬浮转子支承系统对称设置在所述电机定子铁芯的两侧，两个所述磁悬浮转子支承系统的壳体开口处对接形成电机外壳；所述转子轴套设在两个所述磁悬浮转子支承系统以及电机定子铁芯内，且所述转子轴与两个磁悬浮转子支承系统以及电机定子铁芯之间在径向上均留有间隙；所述转子轴的输出端由所述磁悬浮转子支承系统的轴孔伸出；还包括用于测量所述转子轴轴向位移的轴向位移传感器。

根据本实用新型，所述转子轴的一端为输出端，另一端为非输出端，所述轴向位移传感器固定于所述非输出端对应的所述磁悬浮转子支承系统的轴孔处。

根据本实用新型，两个所述磁悬浮转子支承系统的壳体连接位置设有相配合的内止口和外止口。

根据本实用新型，所述转子轴与所述电机定子铁芯配合处套设有永磁体。

根据本实用新型，所述永磁体的外侧包覆有护套。

根据本实用新型，所述护套采用碳纤维材质。

本实用新型还提供了一种吸尘器，包括上述的磁悬浮电机。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

(1)本实用新型实施例提供的磁悬浮转子支承系统将径向位移传感器、径向磁悬浮轴承以及轴向磁悬浮轴承集成到一个壳体内，可以用来支撑电机转子轴的一端，结构紧凑适用于小型电动机的生产；使用时将两个磁悬浮转子支承系统拼接完成电机的组装，实现了模块化生产，相较于单独多个零件组装形成电机，模块化生产时零件数量较少，可以首先保证磁悬浮转子支承系统中各个零件的同轴度，有利于提高电机整体的同轴精度，提高了生产效率，降低了成本。

(2)本实用新型实施例提供的磁悬浮电机采用两个磁悬浮转子支承系统拼接而成，结构紧凑，实现了电动机转子轴的非接触支撑，使其超高转速、超稳、超静地运行成为可能，而且脱离了机械轴承的限制可以实现设备的长寿命，清洁无油，适用于家用电器以及工业领域小型工业设备等。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的磁悬浮转子支承系统的剖视图；

图2是本实用新型实施例提供的磁悬浮转子制成系统的三维视图；

图3是本实用新型实施例提供的磁悬浮电机的剖视图；

图4是本实用新型实施例提供的磁悬浮电机的分解视图。

图中：101：磁悬浮转子支承系统；1：壳体；2：径向位移传感器；3：径向磁悬浮轴承；4：轴向磁悬浮轴承；5：轴孔；6：支撑肋；7：起浮环；8：电机定子铁芯；9：转子轴；10：轴向位移传感器；11：永磁体。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的一种磁悬浮转子支承系统101，包括壳体1、径向位移传感器2、径向磁悬浮轴承3以及轴向磁悬浮轴承4；径向位移传感器2、径向磁悬浮轴承3以及轴向磁悬浮轴承4均同轴设置在壳体1内；壳体1沿径向位移传感器2、径向磁悬浮轴承3以及轴向磁悬浮轴承4的排布方向的一端设有开口，用于容纳电机定子铁芯8，另一端设有用于转子轴9伸出的轴孔5。本实用新型实施例提供的磁悬浮转子支承系统101将径向位移传感器2、径向磁悬浮轴承3以及轴向磁悬浮轴承4集成到一个壳体1内，可以用来支撑电机转子轴9的一端，结构紧凑适用于小型电动机的生产；使用时将两个磁悬浮转子支承系统101拼接完成电机的组装，实现了模块化生产，相较于单独多个零件组装形成电机，模块化生产时零件数量较少，可以首先保证磁悬浮转子支承系统101中各个零件的同轴度，有利于提高电机整体的同轴精度，提高了生产效率，降低了成本。

优选地，本实施例中壳体1的内腔呈阶梯状设置，由壳体1的开口处至轴孔5处各级台阶面的直径逐渐缩小；壳体1开口处的首级台阶面用于固定电机定子铁芯8，径向位移传感器2、径向磁悬浮轴承3以及轴向磁悬浮轴承4分别固定于首级台阶面与轴孔5之间的不同台阶面上，且轴向磁悬浮轴承4位于轴孔5与径向磁悬浮轴承3之间。由于轴向磁悬浮轴承4对应位置处转子轴9的直径较小，若将轴向磁悬浮轴承4设置在较为靠近电机定子铁芯8的位置，会导致转子轴9的轴径变化过大，影响转子轴9强度以及使用寿命，并且由于径向磁悬浮轴承3所提供的浮力与吸附面积有关，若将轴向磁悬浮轴承4设置在较为靠近电机定子铁芯8的位置，径向磁悬浮轴承3设置相对距离电机定子铁芯8较远的位置，在提供同样浮力的情况下，由于转轴的直径小需要设置的径向磁悬浮轴承3厚度会增大。因此，本实用新型实施例中壳体1呈阶梯状设置，且将轴向磁悬浮轴承4设置在径向磁悬浮轴承3与轴孔5之间，保证了电机使用性能的同时，可以进一步地节约空间，使结构更加紧凑。

优选地，本实施例中壳体1采用镂空方式设置。将壳体1设置为镂空的有利于散热、减少材料，并且便于走线。进一步地，本实施例中壳体1外侧设有沿壳体1的开口至轴孔5的方向设置的支撑肋6，支撑肋6设有多条，且多条支撑肋6沿壳体1的周向间隔设置。设置支撑肋6有利于提高壳体1的强度。

优选地，本实施例中紧贴轴孔5的末级台阶面上固定有与径向磁悬浮轴承3同轴设置的起浮环7。进一步地，起浮环7可以为机械轴承、石墨环或金属环。起浮环7与转子轴9之间的间隙小于径向磁悬浮轴承3与转子轴9之间的间隙，用于辅助电机启动时转子轴9浮起以及支撑电机停止时的转子轴9，在转子轴9停止运转落下时起到支撑保护的作用。需要说明的是，起浮环7并不限于上述几种形式，也可以是其他材质的环状物。另外，起浮环7的起浮作用也可以是由轴孔5直接来实现，不再设置单独的起浮环7，但是由于壳体1一般采用塑料制成，强度和硬度都难以保证能够长时间支撑保护转子轴9。

本实用新型实施例还提供了一种磁悬浮电机，如图3和图4所示，包括电机定子铁芯8、转子轴9以及两个磁悬浮转子支承系统101，两个磁悬浮转子支承系统101对称设置在电机定子铁芯8的两侧，两个磁悬浮转子支承系统101的壳体1开口处对接形成电机外壳；转子轴9套设在两个磁悬浮转子支承系统101以及电机定子铁芯8内，且转子轴9与两个磁悬浮转子支承系统101以及电机定子铁芯8之间在径向上均留有间隙；转子轴9的输出端由磁悬浮转子支承系统101的轴孔5伸出；还包括用于测量转子轴9轴向位移的轴向位移传感器10。电机不工作时，转子落在起浮环7上，当不设置起浮环7时，直接落在壳体1的轴孔5上，开始工作时，根据径向位移传感器2和轴向位移传感器10的检测位置对径向磁悬浮轴承3和轴向磁悬浮轴承4进行主动控制，通过控制径向磁悬浮轴承3和轴向磁悬浮轴承4的吸力达到转子轴9的悬浮，由转子轴9的输出端输出扭矩，开始工作。在电机结束工作时，首先电机停止输出扭矩，转子轴9在悬浮状态降速到零，然后磁悬浮轴承停止工作，转子轴9落回起浮位置。本实用新型实施例提供的高速磁悬浮电机采用两个磁悬浮转子支承系统101拼接而成，结构紧凑，实现了电动机转子轴9的非接触支撑，使其超高转速、超稳、超静地运行成为可能，而且脱离了机械轴承的限制可以实现设备的长寿命，清洁无油，适用于家用电器以及工业领域小型工业设备等。

优选地，本实施例中转子轴9的一端为输出端，另一端为非输出端，轴向位移传感器10固定于非输出端对应的磁悬浮转子支承系统101的轴孔5处。轴向位移传感器10固定在转子轴9的非输出端，不占用壳体1内的空间，整体结构更加紧凑。

优选地，本实施例中两个磁悬浮转子支承系统101的壳体1连接位置设有相配合的内止口和外止口。通过设置的内止口和外止口相配合可以使得两个壳体1定位准确，有利于保持两个磁悬浮转子支承系统101的同轴度。两个壳体1之间的连接可以是通过销钉连接、也可以是粘接、螺纹连接等方式。

优选地，本实施例中转子轴9与电机定子铁芯8配合处套设有永磁体11。永磁体11与转子轴9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，永磁体11占用空间小，结构更加紧凑。进一步地，本实施例中永磁体11的外侧包覆有护套。设置护套避免永磁体11在离心力作用下破裂，提高永磁体11的使用寿命。具体地，本实施例中转子轴9可以采用高强度的导磁材料，如40Cr，40CrNiMo等。护套采用高强度不导磁材料如碳纤维，3J40，GH4169。采用高强度低密度的碳纤维材质更大程度上保证了电机的轻量化。径向磁悬浮磁轴承电机定子铁芯8采用高导磁材料如硅钢，电工纯铁，1J50，1J22。

本实用新型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，提高了系统性能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。