专利名称：一种磁悬浮式电机座的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电机座，特别是涉及一种磁悬浮式电机座，该磁悬浮式电机座适用于电风扇、电动涡扇、船只电驱动、内燃机驱动的螺旋桨推进器等能够产生推进力而给电机带来反作用力的场合。
背景技术：
当今世界已经迈入了电气化时代，越来越多的电气设备中有电机零件，比如电风扇等，由于电风扇产生向前的风力，对电风扇的主轴会产生一个向后反作用力，该反作用力将作用在电机轴承上，因为电机轴承在设计上是用来承受径向的压力而非轴向压力，而该反作用力产生的轴向压力会加大电机轴承的摩擦损耗，导致发热严重，产生噪声，减少了电机使用寿命。 现在的电机不带电机座，电机轴承直接承受反作用力，而本发明提出的电机座将反作用力通过磁力转移到电机座上，避免、减少了电机(内燃机)轴承的受力摩擦发热损耗和噪声。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可以将该反作用力通过磁力转移到磁悬浮式电机座上，减少甚至消除了电机轴承所受到的轴向作用力的磁悬浮式电机座。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种磁悬浮式电机座，包括传动主轴、上磁环、中磁环、下磁环、上磁环座、中磁环座、下磁环座、顶座、支柱、长螺丝轴、上辅助励磁线圈、中辅助励磁线圈和下辅助励磁线圈；传动主轴通过联轴器与电机的输出轴刚性连接；上磁环、中磁环和下磁环均为环状中空磁铁，从上到下传动主轴依次穿过上磁环、中磁环和下磁环的中心环孔，其中传动主轴与中磁环紧密连接，上磁环和下磁环与传动主轴活动连接；上磁环、中磁环和下磁环之间设有间隔；传动主轴为不导磁材料制成的传动轴；上磁环、中磁环和下磁环分别固定在上磁环座、中磁环座和下磁环座中，上磁环、中磁环和下磁环分别设有上辅助励磁线圈、中辅助励磁线圈和下辅助励磁线圈；上磁环座、中磁环座和下磁环座通过多根长螺丝轴固定在顶座上；下磁环的下端、中磁环的上端、上磁环的下端均为同一组磁极，下磁环的上端、中磁环的下端、上磁环的上端均为另一组磁极，两组磁极相反；上辅助励磁线圈、中辅助励磁线圈和下辅助励磁线圈的磁极分别与上磁环、中磁环和下磁环的磁极相同。为进一步实现本发明目的，所述磁悬浮式电机座还包括电感能量释放电路；电感能量释放电路的第一二极管负极与第二二极管正极相连，第三二极管负极与第四二极管正极相连；第一二极管负极、第三二极管负极均与第二二极管正极、第四二极管正极相连；第一二极管正极与第三二极管正极相连，并且都与下辅助励磁线圈的下端、中辅助励磁线圈的上端、上辅助励磁线圈的下端相连；第二二极管负极与第四二极管负极相连，并且都与都与下辅助励磁线圈的上端、中辅助励磁线圈的下端、上辅助励磁线圈的上端相连；电源的正极与下辅助励磁线圈的下端、中辅助励磁线圈的上端、上辅助励磁线圈的下端相连，电源的负极通过开关与下辅助励磁线圈的上端、中辅助励磁线圈的下端、上辅助励磁线圈的上端相连。所述电机通过多根支柱固定在上磁环座和顶座之间；所述支柱外周设置弹簧，弹簧位于电机和上磁环座之间。所述支柱优选为四根，支 柱与顶座和上磁环座均为过盈配合，四条支柱穿过电机上的四个小孔。所述磁悬浮式电机座还包括消音层和防尘罩；消音层设置在顶座与下磁环座之间，位于上磁环座、中磁环座和下磁环座的外周；防尘罩位于消音层的外周。所述磁悬浮式电机座还包括整流罩，整流罩设置在防尘罩下端；所述上磁环座、中磁环座、下磁环座分别和长螺丝轴之间设有螺母和防滑胶垫。所述长螺丝轴优选为四根，均匀分布在传动主轴外围四周。所述上磁环座和下磁环座分别设有上轴承和下轴承，上轴承和下轴承都与传动主轴活动连接。所述上磁环座、中磁环座和下磁环座的上下表面相互平行，上下间距相等，上磁环座、中磁环座和下磁环座同轴。所述传动主轴优选为铝合金材料制备。相对于现有技术，本发明具有以下优点I、传统电机主轴受到轴向作用力的时候，作用力通过主轴传递到电机内部轴承，再从轴承传递到电机外壳上。而电机轴承主要是用来承受径向的作用力，并非轴向作用力，轴向作用力会导致电机轴承磨损增大，发热严重，大大减少了电机的使用寿命，而通过该磁悬浮式电机座将轴向作用力转移，保护了电机轴承。2、该磁悬浮式电机座原理简单，实现难度不大，可以直接加装在电机上。3、通过电磁辅助励磁线圈来增强磁铁磁场，可以将主轴的运动范围限定在可接受的范围内。4、设计电磁辅助励磁线圈的电感能量释放回路，保护励磁线圈在退出运行时产生的过电压。5、该磁悬浮式电机座能够大大减少运行的噪声和振动，有利于系统的稳定运行。
附图I是磁悬浮原理示意图；附图2是磁悬浮式电机座示意图；附图3是辅助励磁线圈电感能量释放电路图。
具体实施例方式为了进一步理解本发明，下面结合附图对本发明的进行详细的描述，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施方式表述的范围。如图1-3所示，一种磁悬浮式电机座主要包括传动主轴16、上磁环8、中磁环9、下磁环10、上磁环座19、中磁环座21、下磁环座24、顶座I、支柱18、长螺丝轴17、上辅助励磁线圈20、中辅助励磁线圈22和下辅助励磁线圈23。传动主轴16通过联轴器15与电机13的输出轴14连接；上磁环8、中磁环9、下磁环10均为环状中空磁铁，上磁环8与下磁环10尺寸规格相同，中磁环9外径与上磁环8相比略小，中磁环9内径等于传动主轴直径大小。从上到下传动主轴16依次穿过上磁环8、中磁环9和下磁环10的中心环孔，其中传动主轴16与中磁环9紧密连接，上磁环8和下磁环10的环孔内径则比传动主轴外径稍大，上磁环8和下磁环10与传动主轴16活动连接；上磁环、中磁环和下磁环之间设有间隔，该间隙优选等于磁环高度的25%;上磁环8、中磁环9、下磁环10和传动主轴16的关系均为同轴。中磁环9在上磁环8的下方，中磁环9在下磁环8的上方。传动主轴16为不导磁材料制成的传动轴；本发明优选招合金材料制备传动主轴。上磁环8、中磁环9和下磁环10分别固定在上磁环座19、中磁环座21和下磁环座24中，上磁环8、中磁环9和下磁环10分别设有上辅助励磁线圈20、中辅助励磁线圈22和下辅助励磁线圈23 ;上磁环座19、中磁环座21和下磁环座24通过多根长螺丝轴17固定在 顶座I上；顶座I与受力平面连接；优选地上磁环座19、中磁环座21、下磁环座24和长螺丝轴17之间设有螺母5和防滑胶垫6，用于固定上磁环座19、中磁环座21和下磁环座24的位置。上磁环座19与中磁环座21和下磁环座24的关系为彼此上下表面均平行，上下间距相等，每个磁环底座的圆心均为同轴。上磁环座19与下磁环座24尺寸规格相同。优选地，长螺丝轴17为四根，均匀分布在传动主轴16外围四周。上磁环座19和下磁环座24下表面均有两级阶梯孔，第一级阶梯孔用于放置上轴承7和下轴承11，第二级阶梯孔较浅，为了提供轴承的工作空间；上轴承7和下轴承11都与传动主轴16活动链接；为了限定传动主轴在X轴和Y轴的位移，上轴承7和下轴承11都与传动主轴16的配合方式为间隙配合，允许传动主轴16在Z轴方向上运动。其中X轴和Y轴为平面上相互垂直的两坐标轴；Z轴为垂直X轴和Y轴所在平面的坐标轴。电机13通过多根支柱18固定在上磁环座19和顶座I之间，优选在支柱18外周设置弹簧4，弹簧4位于电机13和上磁环座19之间。优选支柱18为四根，支柱18与顶座I和上磁环座19均为过盈配合，四条支柱18穿过电机13上的四个小孔，使电机13仅能在Z轴方向自由移动，支柱18同时承受电机输出扭力时产生的反作用力，每个支柱18上都套有弹簧4，弹簧4支提供的弹力刚好等于电机13的外壳重力，转移了电机外壳对电机轴承的压力，电机13距离顶座I有一定的距离，从而不会妨碍电机13沿着支柱18在Z轴方向的运动。上磁环座19、中磁环座21和下磁环座24中心设有通孔用于传动主轴16穿过，中心通过外周设有阶梯孔，分别用于上磁环8、中磁环9和下磁环10，上磁环8、中磁环9和下磁环10外侧设有阶梯孔用于设置上辅助励磁线圈20、中辅助励磁线圈22和下辅助励磁线圈23 ;上磁环座19、中磁环座21和下磁环座24优选设有4个贯穿孔，4条长螺丝轴17分别穿过这4个贯穿孔。优选地，磁悬浮式电机座还包括消音层2和防尘罩3 ;消音层2设置在顶座I与下磁环座24之间，位于上磁环座19、中磁环座21和下磁环座24的外周；防尘罩3位于消音层2的外周；防尘罩3下接整流罩12，通过整流罩12能够获得更好的空气动力学外形。电机13通过联轴器15与传动主轴16作刚性连接，属于硬轴连接。消音层2采用环形消音棉，消音层2覆盖上至顶座I、下至下磁环座24并作固定连接，通过消音层2能够减少运行噪声。防尘罩3覆盖在消音层2外层，通过防尘罩3能够减少灰尘进去本平台，而对散热影响不大。关于磁环的磁极方面，如图I所示，下磁环的下端33、中磁环的上端36、上磁环的下端37均为同一组磁极，下磁环的上端34、中磁环的下端35、上磁环的上端38均为另一组磁极，两组磁极相反，可假定下磁环的上端34、中磁环的下端35、上磁环的上端38为北极，下磁环的下端33、中磁环的上端36、上磁环的下端37为南极。各磁环上均有辅助励磁线圈，辅助励磁线圈的磁极与磁环磁极一致。可进行如下连接下辅助励磁线圈23的下端27、中辅助励磁线圈22的上端30、上辅助励磁线圈20的下端31为电流的输入端，下辅助励磁线圈23的上端28、中辅助励磁线圈22的下端29、上辅助励磁线圈20的上端32为电流的输出端。另外，由于中磁环9与传动主轴16是紧密链接在一起，随着传动主轴16转动，而各辅助励磁线圈分别镶嵌在上磁环座19，中磁环座21，下磁环座24中，故中磁环9的中辅助励磁线圈22与中磁环9是不接触的。上磁环8、下磁环10分别镶嵌在上磁环座19、下磁环 座24中。将辅助励磁线圈通电后,上磁环8对中磁环9的斥力大大增强,下磁环10对中磁环9的斥力大大增强，使中磁环9和其联接的传动主轴16始终在限定范围内运动。中磁环9受到的斥力与中磁环9距离另外两个磁环的距离的平方成正比，中磁环9的位置虽然会随着传动主轴受到轴向力的变化而变化，但始终会有一个力的平衡点，达到上下两磁环对中磁环斥力的合力等于传动主轴受到的轴向力，该轴向力既可以是推力又可以是拉力。为了较好地解决辅助励磁线圈的电感能量释放问题，如图3所示，优选采用电感能量释放电路，该电感能量释放电路中I、D2、D3、D4分别为第一、第二、第三、第四二极管，Rl为电阻，LI为电感，Vl为电源，Jl为开关；第一二极管Dl负极与第二二极管D2正极相连，第三二极管D3负极与第四二极管D4正极相连，第一二极管Dl负极、第三二极管D3负极均与第二二极管D2正极、第四二极管D4正极相连，第一二极管Dl正极与第三二极管D3正极相连并且都与下辅助励磁线圈23的下端27、中辅助励磁线圈22的上端30、上辅助励磁线圈20的下端31相连；第二二极管D2负极与第四二极管D4负极相连并且都与都与下辅助励磁线圈23的上端28、中辅助励磁线圈22的下端29、上辅助励磁线圈20的上端32相连；电阻Rl和电感LI分别是上辅助励磁线圈20、中辅助励磁线圈22和下辅助励磁线圈23的等效电阻和等效电感的简化表示，因为每个辅助励磁线圈自身都带有电阻和电感，在电路中，它们的电阻和电感之和即为等效电阻和等效电感；如它们的连接方式是串联连接，上辅助励磁线圈20、中辅助励磁线圈22、下辅助励磁线圈23的电阻值相加可得电阻R1，同理将其电感值相加可得电感LI。电源Vl的正极与下辅助励磁线圈23的下端27、中辅助励磁线圈22的上端30、上辅助励磁线圈20的下端31相连，电源Vl的负极通过开关Jl与下辅助励磁线圈23的上端28、中辅助励磁线圈22的下端29、上辅助励磁线圈20的上端32相连。当辅助励磁线圈开关Jl闭合时，电流路径为V电源I-电阻Rl-电感LI-开关Jl-电源VI，因第一二极管Dl和第三二极管D3的正极为高电势，第二二极管D2和第四二极管D4的负极为低电势，所以所有二极管均为反向截止状态，电流不会从二极管流过。也即电流从下辅助励磁线圈23的下端27、中辅助励磁线圈22的上端30、上辅助励磁线圈20的下端31为电流的输入端流入，从下辅助励磁线圈23的上端28、中辅助励磁线圈22的下端29、上辅助励磁线圈20的上端32流出，根据右手螺旋法则，上辅助励磁线圈20的上端是北极，下端是南极，与上磁环8的上端是北极，下端是南极相同，起到增强上磁环8磁场的作用；中辅助励磁线圈22的上端是南极，下端是北极，与中磁环9的上端是南极，下端是北极相同，起到增强中磁环9磁场的作用；下辅助励磁线圈的上端是北极，下端是南极，与下磁环10的上端是北极，下端是南极相同，起到增强下磁环10磁场的作用。辅助励磁线圈通电后，强大的磁场力让传动主轴16和中磁环9始终保持在上磁环8和下磁环10之间运动，能够通过磁力来传递传动主轴受到的轴向作用力，避免了电机轴承直接承受轴向作用力。当开关Jl断开时，电源Vl无法构成回路，没有电流流通，但电感LI内的磁场储能需要能量释放路径，第二二极管D2和第四二极管D4的正极是高电势，第一二极管Dl和第三二极管D3的负极为低电势，二极管呈正向导通状态，电流从二极管中流过，并回到辅助励磁线圈中，形成续流，并依靠辅助励磁线圈固有的电阻Rl来消耗储能，所以不会出现过电压导致的击穿现象。
上轴承7和下轴承11分别受到上磁环8和下磁环10的磁力，因此上轴承7和下轴承11在重力作用下不会掉落或脱落。本发明中，传动主轴上端25接联轴器，传动主轴下端26接负载。本发明磁悬浮式电机座适用于电风扇、电动涡扇、船只电驱动、内燃机驱动的螺旋桨推进器等能够产生推进力而给电机带来反作用力的场合。无论是液体推进器(船只螺旋桨)还气体推进器(常见的电风扇、飞机的涡扇)，只要动力主轴能对电机或内燃机产生反作用力均适合本发明，因此本发明的电机座中的电机并非限制本发明只适用于电机动力主轴对电机产生反作用力场合，该电机要作宽泛的理解，本发明同样适用于内燃机等动力传递装置。
权利要求
1.一种磁悬浮式电机座，其特征在于包括传动主轴、上磁环、中磁环、下磁环、上磁环座、中磁环座、下磁环座、顶座、支柱、长螺丝轴、上辅助励磁线圈、中辅助励磁线圈和下辅助励磁线圈；传动主轴通过联轴器与电机的输出轴刚性连接；上磁环、中磁环和下磁环均为环状中空磁铁，从上到下传动主轴依次穿过上磁环、中磁环和下磁环的中心环孔，其中传动主轴与中磁环紧密连接，上磁环和下磁环与传动主轴活动连接；上磁环、中磁环和下磁环之间设有间隔；传动主轴为不导磁材料制成的传动轴；上磁环、中磁环和下磁环分别固定在上磁环座、中磁环座和下磁环座中，上磁环、中磁环和下磁环分别设有上辅助励磁线圈、中辅助励磁线圈和下辅助励磁线圈；上磁环座、中磁环座和下磁环座通过多根长螺丝轴固定在顶座上； 下磁环的下端、中磁环的上端、上磁环的下端均为同一组磁极，下磁环的上端、中磁环的下端、上磁环的上端均为另一组磁极，两组磁极相反；上辅助励磁线圈、中辅助励磁线圈和下辅助励磁线圈的磁极分别与上磁环、中磁环和下磁环的磁极相同。
2.根据权利要求I所述的磁悬浮式电机座，其特征在于，所述磁悬浮式电机座还包括电感能量释放电路；电感能量释放电路的第一二极管负极与第二二极管正极相连，第三二 极管负极与第四二极管正极相连；第一二极管负极、第三二极管负极均与第二二极管正极、第四二极管正极相连；第一二极管正极与第三二极管正极相连，并且都与下辅助励磁线圈的下端、中辅助励磁线圈的上端、上辅助励磁线圈的下端相连；第二二极管负极与第四二极管负极相连，并且都与都与下辅助励磁线圈的上端、中辅助励磁线圈的下端、上辅助励磁线圈的上端相连；电源的正极与下辅助励磁线圈的下端、中辅助励磁线圈的上端、上辅助励磁线圈的下端相连，电源的负极通过开关与下辅助励磁线圈的上端、中辅助励磁线圈的下端、上辅助励磁线圈的上端相连。
3.根据权利要求I所述的磁悬浮式电机座，其特征在于，所述电机通过多根支柱固定在上磁环座和顶座之间；所述支柱外周设置弹簧，弹簧位于电机和上磁环座之间。
4.根据权利要求I所述的磁悬浮式电机座，其特征在于，所述支柱为四根，支柱与顶座和上磁环座均为过盈配合，四条支柱穿过电机上的四个小孔。
5.根据权利要求I所述的磁悬浮式电机座，其特征在于，所述磁悬浮式电机座还包括消音层和防尘罩；消音层设置在顶座与下磁环座之间，位于上磁环座、中磁环座和下磁环座的外周；防尘罩位于消音层的外周。
6.根据权利要求5所述的磁悬浮式电机座，其特征在于，所述磁悬浮式电机座还包括整流罩，整流罩设置在防尘罩下端。
7.根据权利要求I所述的磁悬浮式电机座，其特征在于，所述上磁环座、中磁环座、下磁环座分别和长螺丝轴之间设有螺母和防滑胶垫。
8.根据权利要求I所述的磁悬浮式电机座，其特征在于，所述长螺丝轴为四根，均匀分布在传动主轴外围四周。
9.根据权利要求I所述的磁悬浮式电机座，其特征在于，所述上磁环座和下磁环座分别设有上轴承和下轴承，上轴承和下轴承都与传动主轴活动连接。
10.根据权利要求I所述的磁悬浮式电机座，其特征在于，所述上磁环座、中磁环座和下磁环座的上下表面相互平行，上下间距相等，上磁环座、中磁环座和下磁环座同轴；所述传动主轴为铝合金材料制备。
全文摘要
本发明公开了一种磁悬浮式电机座，该电机座的传动主轴通过联轴器与电机的输出轴刚性连接；上磁环、中磁环和下磁环均为环状中空磁铁，从上到下传动主轴依次穿过上磁环、中磁环和下磁环的中心环孔，其中传动主轴与中磁环紧密连接，上磁环和下磁环与传动主轴活动连接；上磁环、中磁环和下磁环之间设有间隔；上磁环、中磁环和下磁环分别固定在上磁环座、中磁环座和下磁环座中，上磁环、中磁环和下磁环分别设有上辅助励磁线圈、中辅助励磁线圈和下辅助励磁线圈；上磁环座、中磁环座和下磁环座通过多根长螺丝轴固定在顶座上；本发明可以将该反作用力通过磁力转移到磁悬浮式电机座上，减少甚至消除了电机轴承所受到的轴向作用力的磁悬浮式电机座。
文档编号H02K5/24GK102882304SQ201210362749
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者张忠, 李彦豪, 马永良, 林立新 申请人:华南理工大学广州学院