一种同极型磁悬浮电机的制作方法

1.本实用新型涉及电动机技术领域，具体涉及一种同极型磁悬浮电机。


背景技术：

2.电动机是将电能转变为机械能的一种旋转式电动机器设备。按照支承方式分类，主要有滚珠电动机、磁悬浮电动机和空气悬浮电动机。
3.首先，结合图1所示的现有技术中的主动式磁悬浮电机的结构示意图，对现有常用的主动式磁悬浮电机进行简单的介绍，主要包括电机定子5、前径向磁轴承3、前径向位移传感器2、后径向磁轴承7、后径向位移传感器8、左轴向磁轴承9、右轴向磁轴承11、轴向位移传感器13、转子主轴6、推力盘10。所述前径向位移传感器2和所述后径向位移传感器8将检测的转子主轴6位移信号发送给控制器，控制器再通过调理接收的位移信号控制前径向磁轴承3和后径向磁轴承7的电流大小，从而使转子主轴6能够悬浮在前径向磁轴承3和后径向磁轴承7中间。同理，控制器通过调理轴向位移传感器13的信号，控制左轴向磁轴承9和右轴向磁轴承11的电流大小，从而使转子主轴6上的推力盘10能够悬浮在左轴向磁轴承9和右轴向磁轴承11中间。但是由于前、后径向磁轴承，前、后径向位移传感器的存在，导致转子主轴的轴向尺寸比较大，影响了转子主轴的刚度和动态性能，再者控制器也需要增加相应的控制通道对前、后径向磁轴承的电流进行控制，也大大增加了整体电机的体积，导致电机功率密度的减小等一系列问题。
4.再者，结合如图2所示的现有技术中的被动式磁悬浮电机结构示意图可知，该被动式磁悬浮电机相对于主动式磁悬浮电机，用前、后径向永磁轴承(30、31)代替了前、后径向磁轴承，虽然省去了前、后径向位移传感器及控制器，但是由于前、后径向永磁轴承的存在，致使转子主轴的轴向尺寸较大及整体电机体积较大的问题还是难以解决。
5.最后，结合如图3所示的现有技术中的空气悬浮电机结构示意图可知，该空气悬浮电机相对于被动式磁悬浮电机来说，仅仅是通过前、后径向空气轴承(32、33)代替了前、后径向永磁轴承(30、31)而已，还是难以解决转子主轴的轴向尺寸较大及整体电机体积较大的问题。
6.综上，对于现有磁悬浮或者空气悬浮轴承支承的的各种电动机存在缺点如下：
7.第一是：转子主轴较长，不利于转子刚性的提高，从而限制了电动机的高转速需求；
8.第二是：电动机体积优化较困难，电机功率密度的优化受到了限制；
9.第三是：对于电磁轴承，还需要一套复杂的控制器系统，无疑增加了设备的成本及整体电机的体积。


技术实现要素：

10.有鉴于此，为至少解决上述存在的问题之一，本实用新型实施例提供了一种同极型磁悬浮电机，该同极型磁悬浮电机无径向轴承和无径向位移传感器，通过同极型定子的
磁极单元及转子主轴上的永磁体单元来实现转子主轴稳定悬浮及高速旋转，进而解决转子主轴的轴向尺寸较大及整体电机体积较大的技术问题。
11.为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种同极型磁悬浮电机，包括电机壳体，位于所述电机壳体内的转子主轴以及套设于所述转子主轴外侧的同极型定子，所述同极型定子固定在所述电机壳体上，所述同极型定子包括与所述电机壳体固定连接的定子本体和沿所述定子本体内圆周设置的若干组磁极单元，所述磁极单元上缠绕有线圈；所述转子主轴上设置有若干组永磁体单元，所述永磁体单元与所述磁极单元相对设置。
12.进一步地，每组所述磁极单元包括沿所述定子本体轴向设置的第一n磁极和第一s磁极，所述第一n磁极和第一s磁极上均缠绕有线圈，缠绕在所述第一n磁极的线圈电流方向与缠绕在所述第一s磁极的线圈电流方向相反，进而形成轴向分布的磁力线。
13.进一步地，每组所述永磁体单元包括沿所述转子主轴轴向设置的第二n磁极和第二s磁极，所述第二n磁极、第二s磁极分别与所述第一n磁极、第一s磁极相对设置。
14.进一步地，所述磁极单元的数量为正整数n1，则3≤n1≤30。
15.进一步地，所述磁极单元的数量n1为9组，其中a相b相c相各占3组磁极单元，其分布规则为abcabcabc，9组磁极单元按照以下规则依次循环接通控制电流，即ab相
→
bc相
→
ca相
→
ab相，进而形成旋转磁场。
16.进一步地，所述永磁体单元的数量为正整数n2，则2≤n2≤30。
17.进一步地，所述永磁体单元的数量n2为6组。
18.进一步地，还包括用于测量转子主轴轴向位移的轴向位移传感器，所述轴向位移传感器位于所述同极型磁悬浮电机的非输出端。
19.进一步地，所述转子主轴靠近所述轴向位移传感器的一端上固定设置有推力盘。
20.进一步地，还包括用于控制所述推力盘轴向位置的左、右轴向磁轴承，所述左、右轴向磁轴承固定在所述电机壳体上，所述推力盘位于所述左、右轴向磁轴承之间。
21.本实用新型的有益效果：
22.本实用新型通过同极型定子的磁极单元与转子主轴上的永磁体单元相互作用，既可以产生支承力，使得转子主轴稳定悬浮；按照一定规律接通电流后，也可以产生旋转磁场，推动转子主轴高速旋转，该同极型磁悬浮电机不需要径向轴承和径向位移传感器，省去了径向轴承座和径向位移传感器的空间，使得转子主轴长度得到减小，刚性增加，动态性能提高，且还能够省去复杂的控制器系统，进而大大减小了整体电机体积及提高了电机功率密度的有益效果。
附图说明
23.以下附图是用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，且仅旨在于对本实用新型做示意性的解释和说明，并非用以限制本实用新型的范围。在附图中：
24.图1为现有技术中的主动式磁悬浮电机的结构示意图；
25.图2为现有技术中的被动式磁悬浮电机的结构示意图；
26.图3为现有技术中的空气悬浮电机的结构示意图；
27.图4为本技术实施例中的同极型磁悬浮电机的结构示意图；
28.图5为本技术实施例中的同极型定子的剖视结构示意图；
29.图6为本技术实施例中的同极型定子的立体结构示意图；
30.图7为本技术另一实施例中的9组磁极单元按照的规则依次循环接通控制电流的电路结构示意图。
31.附图标记：
32.1、电机左盖板；2、前径向位移传感器；3、前径向磁轴承；30、前径向永磁轴承；31、后径向永磁轴承；32、前径向空气轴承；33、后径向空气轴承；4、电机壳体；5、电机定子；6、转子主轴；7、后径向磁轴承；8、后径向位移传感器；9、左轴向磁轴承；10、推力盘；11、右轴向磁轴承；12、电机右盖板；13、轴向位移传感器；14、同极型定子；15、线圈；151、第一n磁极线圈；152、第一s磁极线圈；16、永磁体单元；161、第二n磁极；162、第二s磁极；17、定子本体；18、磁极单元；181、第一n磁极；182、第一s磁极。
具体实施方式
33.下面将以图示揭露本技术的若干个实施方式，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，构成本技术的一部分说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及说明是用来解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定，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。
34.需要说明，除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的上、下、左、右等方向均是以本技术实施例图1所示的上、下、左、右等方向为准，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应随之改变。本技术使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。此外，在本公开各个实施例中，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。
35.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以互相结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求保护的范围之内。
37.实施例一
38.请参考图4至图6所示，本实施例中的一种同极型磁悬浮电机，该同极型磁悬浮电机包括电机壳体4，电机左盖板1，电机右盖板12，位于电机壳体4内的转子主轴6以及套设于所述转子主轴6外侧的同极型定子14，该同极型定子14的外缘固定在电机壳体4上；还包括轴向位移传感器13，推力盘10，及用于控制推力盘10的左轴向磁轴承9和右轴向磁轴承11，其中，轴向位移传感器13用于测量转子主轴6轴向位移，该轴向位移传感器13位于同极型磁悬浮电机的非输出端；推力盘10设置在转子主轴6靠近非输出端(即轴向位移传感器)的一端上，且推力盘与转子主轴为过盈配合的固定连接。
39.值得注意的是，本实施例中的同极型定子14包括与电机壳体固定连接的定子本体17和沿定子本体17内圆周设置的若干组磁极单元18，该磁极单元18上缠绕有线圈15；转子
主轴6上设置有若干组永磁体单元16，该永磁体单元16与磁极单元18相对设置。
40.利用本实施例的技术方案，本实施例中的磁极单元的线圈上通入偏置电流和控制电流后，同极型定子上的各个磁极单元产生偏置磁场和旋转磁场，该偏置磁场和旋转磁场与转子主轴上的各个永磁体单元所产生的磁场相互作用，产生维持转子主轴稳定悬浮的支承力和使转子主轴旋转的转矩，推动转子主轴高速旋转。
41.由此可知，本实施例中的同极型磁悬浮电机相对于现有技术中的(主动式、被动式)磁悬浮电机和空气悬浮电机不需要径向轴承和径向位移传感器，省去了径向轴承座和径向位移传感器的空间，使得转子主轴长度得到减小，刚性增加，动态性能提高，且还能够省去复杂的控制器系统，进而大大减小了整体电机体积及提高了电机功率密度的有益效果。
42.实施例二
43.如图4至图6所示，本实施例是在实施例一的基础上，作为一种优选的实施方式，本实施例中的每组磁极单元18包括沿定子本体17轴向设置的第一n磁极181和第一s磁极182，该第一n磁极181、第一s磁极182上分别缠绕有第一n磁极线圈151、第一s磁极线圈152，其中，缠绕在各个第一n磁极线圈151的电流方向是一致的，且第一n磁极线圈151的电流方向与缠绕在第一s磁极线圈152的电流方向相反，进而形成轴向分布的磁力线。
44.再者，如图5所示，本实施例中的每组永磁体单元16包括沿转子主轴6轴向设置的第二n磁极161和第二s磁极162，该第二n磁极161、第二s磁极162分别与第一n磁极181、第一s磁极182相对设置，即磁极单元的n、s极与永磁体单元的n、s极在轴向位移上是一致对应的。
45.值得注意的是，本实施例能够省去径向轴承、径向轴承座及径向位移传感器等一系列部件后，依然保持较高的动态性能，是由于磁极单元的第一n磁极、第一s磁极产生的磁力线和永磁体单元的第二n磁极、第二s磁极产生的磁力线相互排斥，形成一定的支承力，来维持转子主轴稳定悬浮，通入偏置电流是为了确保一直维持一定的支承力。另外，本实施例中转子主轴上的周向均匀间隔布置若干个永磁体单元，这里并不是转子外围一圈都有永磁体单元，该种结构布置还具有以下效果：磁极单元通入控制电流后，形成旋转磁场，即磁极单元的第一n极和第一s极一直旋转，对应的永磁体单元上的第二n极和第二s极便会被旋转磁场推动，从而带动转子主轴高速旋转。在磁悬浮电机制造技术方面，做出了巨大的技术贡献和进步，在降低了电机制造成本的同时，还能充分保证磁悬浮电机的动态稳定性能。
46.实施例三
47.如图7所示，本实施例是在实施例一、实施例二的基础上，作为一种优选的实施方式，本实施例中沿定子本体17周向均匀设置有九组磁极单元，其中a相b相c相各占三组磁极单元，其分布规则为abcabcabc，九组磁极单元按照以下规则依次循环接通控制电流，即ab相
→
bc相
→
ca相
→
ab相，最终进而形成旋转磁场。进一步地，本市实施例中沿转子主轴6周向均匀分布有六组永磁体单元16，该永磁体单元的磁极(第二n磁极161、第二s磁极162)呈轴向分布，并和第一n磁极181、第一s磁极182的极性相对布置，最终产生旋转磁场。
48.需要说明的是，本实施例中的磁极单元的数量优选但不限于九组，还可根据实际情况设计为十八组、二十七组、三十组、三十三组和三十六组等；永磁体单元的数量优选但不限于六组，还可根据实际情况设计为二组以上的任何组数。
49.进一步需要说明是，本实施例中的偏置电流和控制电流二者电流的线路均是磁极单元的线圈，即为同一线路。如图7所示，二者电流都通入9组磁极单元的线圈，同一个线圈上即通入偏置电流，也会按照一定规律通入控制电流。
50.具体地，所述偏置电流，在abcabcabc9组磁极单元的线圈上通入一个设定好的电流，此时电流流入线圈，根据电磁感应原理，9组磁极上都会产生磁场，并与永磁体单元产生排斥力，从而维持转子主轴的稳定悬浮。
51.所述控制电流，在9组磁极单元的线圈上按照一定的规律通入电流，从而产生旋转磁场，9组磁极单元按照以下规律，即ab相
→
bc相
→
ca相
→
ab相依次循环通入控制电流，于是产生旋转磁场，该磁场与永磁体单元形成排斥力，从而推动转子主轴高速旋转。而在现有技术中，磁悬浮电机仅通入控制电流，或者一小部分无轴承电机会通入控制电流和偏置电流，但是其控制电流和偏置电流的线圈不是同一组，即存在控制磁极和偏置磁极，而本技术的偏置电流和控制电流都通入同一组线圈。
52.综上，通过本实用新型的磁极单元的线圈上通入偏置电流和控制电流后，同极型定子上的各个磁极单元产生偏置磁场和旋转磁场，该偏置磁场和旋转磁场与转子主轴上的各个永磁体单元所产生的磁场相互作用，产生维持转子主轴稳定悬浮的支承力和使转子主轴旋转的转矩，推动转子主轴高速旋转。相对于现有技术中的(主动式、被动式)磁悬浮电机和空气悬浮电机不需要径向轴承和径向位移传感器，省去了径向轴承座和径向位移传感器的空间，使得转子主轴长度得到减小，刚性增加，动态性能提高，且还能够省去复杂的控制器系统，进而大大减小了整体电机体积及提高了电机功率密度的有益效果。
53.上述说明示出并描述了本技术的优选实施方式，但如前对象，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文对象构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求的保护范围内。