一种外转子磁悬浮电机的制作方法

本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种外转子磁悬浮电机。

背景技术：

外转子磁悬浮电机与普通的永磁同步电机在结构上相反，是一种转子在外、定子在内的永磁同步电机。其既具有永磁同步电机定子励磁电流小、力能指标高、易于调速和节能效果好等优点，又具有转动惯量大、散热好、节省铜线、功率密度高、效率高的优点。

普通外转子永磁电机的转子采用普通轴承支撑，工作过程中有摩擦损耗，需要润滑，噪声高、轴承寿命低、维护保养困难。

技术实现要素：

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的外转子磁悬浮轴承。具体地，本发明提供能够消除轴承摩擦、无需润滑、噪声低、寿命长的外转子磁悬浮电机。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种外转子磁悬浮电机，所述外转子磁悬浮电机包括转子轴、外转子磁轭、定子架、定子芯、电机线圈、永磁体和磁轴承组，其中，所述外转子磁轭套设在所述转子轴上，所述定子架套设在所述转子轴的中部，所述定子芯嵌设在所述定子架的外圈，所述电机线圈设置在所述定子芯的外圈上，所述永磁体固定在所述外转子磁轭的内表面、且与所述电机线圈相对设置；所述磁轴承组套设在所述转子轴上，用于控制所述转子轴在五个方向的自由度。

其中，所述磁轴承组包括第一径向磁轴承、第二径向磁轴承和轴向磁轴承，所述五个方向的自由度包括：所述转子轴的轴向自由度以及垂直于所述转子轴轴向的X1方向、Y1方向、X2方向和Y2方向的自由度，其中，所述X1方向垂直于所述Y1方向，所述X2方向垂直于所述Y2方向；所述轴向磁轴承套设在所述转子轴的一端，用于控制所述转子轴的轴向自由度；所述第一径向磁轴承和所述第二径向磁轴承套设在所述转子轴的中部、且分别位于所述定子芯的两侧；所述第一径向磁轴承用于控制所述转子轴在所述X1方向和所述Y1方向的自由度，所述第二径向磁轴承用于控制所述转子轴在所述X2方向和所述Y2方向的自由度。

其中，所述外转子磁悬浮电机还包括推力盘，所述推力盘固定在所述转子轴的一端，所述轴向磁轴承套设在所述推力盘的外圈上。

其中，所述外转子磁悬浮电机还包括套设在所述转子轴端部的辅助轴承组，用以在所述外转子磁悬浮电机不工作时，对所述转子轴承重。

其中，所述辅助轴承组包括第一辅助轴承和第二辅助轴承，所述第一辅助轴承和所述第二辅助轴承分别套设在所述转子轴的两端。

其中，所述外转子磁悬浮电机还包括防尘盖，所述防尘盖套设在所述转子轴的端部，位于所述磁轴承组的外侧。

其中，所述外转子磁悬浮电机还包括位移传感器，所述位移传感器通过传感器支架固定在所述定子架上、且环绕所述转子轴设置。

其中，所述定子架为环形结构，且所述定子架的外周中部设置有环形凹槽，所述定子芯固定在所述环形凹槽内。

其中，所述定子架为分体式结构，包括第一环形支架和第二环形支架，所述第一环形支架和所述第二环形支架固定连接。

其中，所述外转子磁悬浮电机应用于外转子磁悬浮轴流风机或外转子磁悬浮离心风机。

根据本发明所提供的外转子磁悬浮电机通过对转子轴进行五个方向的自由度进行控制，有效消除轴承的摩擦，降低噪声、无需润滑保养，延长轴承的使用寿命，提高外转子磁悬浮电机的运行稳定性和运行效率，延长外转子磁悬浮电机的使用寿命。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了本发明的外转子磁悬浮电机的一种结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3示例性地示出了本发明的外转子磁悬浮电机的另一种结构示意图；

图4是图3的B-B剖视图；

图5示例性地示出了本发明的外转子磁悬浮电机的另一种结构示意图；

图6是图5的C-C剖视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明通过在转子轴上设置一个轴向磁轴承和两个径向磁轴承来控制转子轴在五个方向的自由度，有效消除轴承的摩擦，降低噪声，无需润滑，易于保养，提高外转子磁悬浮电机的效率，延长电机使用寿命。

下面结合附图，对根据本发明所提供的外转子磁悬浮电机进行详细说明。

图1示出了本发明的外转子磁悬浮电机的一种具体实施例的结构示意图，图2是图1的A-A剖视图，参照图1和图2所示，该外转子磁悬浮电机包括转子轴1、外转子磁轭2、定子架3、定子芯4、电机线圈5、永磁体6和磁轴承组7。其中，外转子磁轭2套设在转子轴1上，定子架3套设在转子轴1的中部，定子芯4嵌设在定子架3的外圈，位于转子轴1与外转子磁轭2之间；电机线圈5设置在定子芯4的外圈上，永磁体6固定在外转子磁轭2的内表面、且与电机线圈5相对设置；磁轴承组7套设在转子轴1上，用于控制转子轴1在五个方向的自由度，以有效保证转子轴1的运行稳定性，消除转子轴1与轴承之间的摩擦，降低噪声，提高磁悬浮电机的使用性能、延长磁悬浮电机的使用寿命。

在本发明中，由磁轴承组7控制的转子轴1在五个方向的自由度包括：转子轴1的轴向自由度，即沿转子轴1的中心轴线延伸方向的自由度，以及垂直于转子轴1轴向的X1方向、Y1方向、X2方向和Y2方向的自由度，其中，X1方向垂直于Y1方向，X2方向垂直于Y2方向。

具体地，磁轴承组7包括第一径向磁轴承71、第二径向磁轴承72和轴向磁轴承73。其中，轴向磁轴承73套设在转子轴1的一端，用于控制转子轴1的轴向自由度；第一径向磁轴承71和第二径向磁轴承72均套设在转子轴1的中部，并且沿转子轴1的轴向分别位于定子芯4的两侧，分别用于控制转子轴1的两端径向自由度。具体地，第一径向磁轴承71用于控制转子轴1在X1方向和Y1方向的自由度，第二径向磁轴承72用于控制转子轴1在X2方向和Y2方向的自由度。

轴向磁轴承73是沿转子轴1的轴向布置磁极，从而对转子轴1进行限位。为得到足够大的限位力，并考虑到装配性，进而制作一个推力盘作为轴向磁轴承73与转子轴1之间的介质。

本发明的外转子磁悬浮电机还包括推力盘8，推力盘8固定在转子轴1的一端，用于稳定转子轴1的运行。具体地，推力盘8与外转子磁轭2固定在转子轴1的不同端。轴向磁轴承73套设在推力盘8的外圈上，通过推力盘8将转子轴1的轴向推力传递给轴向磁轴承73，控制转子轴1的轴向运行稳定性。

在高速旋转的设备上，大直径推力盘的离心力可能会超出材料的屈服强度，因此可以将轴向磁轴承73的磁极设计为折叠式磁极，以减小推力盘直径。

另外，该外转子磁悬浮电机还包括套设在转子轴1端部的辅助轴承组，用以在外转子磁悬浮电机不工作时，对转子轴1承重。如图1所示，在本实施例中，辅助轴承组包括第一辅助轴承91和第二辅助轴承92，第一辅助轴承91和第二辅助轴承92分别套设在转子轴1的两端。具体地，第一辅助轴承91和第二辅助轴承92的内径大于转子轴1的两端的外径，以避免在转子轴1磁悬浮运行过程中对转子轴1两端造成阻碍和磨损，保证转子轴1的运行顺畅性和使用性能。

为避免灰尘等杂质由端部进入磁悬浮电机内部，造成各部件的磨损，影响运行性能和使用寿命，该外转子磁悬浮电机还包括防尘盖10。防尘盖10套设在转子轴1的端部，即转子轴1的两端各设置有一个防尘盖10，防尘盖10位于磁轴承组7的外侧，有效放置外界灰尘等杂质进入磁轴承中影响轴承运行。

本发明的外转子磁悬浮电机还包括至少一个位移传感器11，用以实时检测转子轴1的位置偏移情况，以便于监控转子轴1的运行稳定性。具体地，位移传感器11通过传感器支架固定在定子架3上、且环绕转子轴1设置，监测转子轴1在其轴向和径向（水平径向和垂直径向）方向的自由度变化情况。每个位移传感器11均可以监测相互垂直的X、Y、Z三个方向的自由度。

如图1所示，在本实施例中，在转子轴1上设置有位于第一径向磁轴承71与第一辅助轴承91之间的第一位移传感器111、位于第二径向磁轴承72与第二辅助轴承92之间的第二位移传感器112，分别用于实时监测转子轴1两端在三个自由度上的位置偏移情况，即第一位移传感器111用于实时监控转子轴1的一端在Z方向、X1方向和Y1方向的自由度变化，第二位移传感器112用于实时监控转子轴1另一端在Z方向、X2方向和Y2方向的自由度变化。

本发明的外转子磁悬浮电机在工作前，转子轴1停放在第一辅助轴承91和第二辅助轴承92上；需要该外转子磁悬浮电机工作时，向磁轴承组7供电，令转子轴1在第一径向磁轴承71、第二径向磁轴承72和轴向磁轴承73的磁场作用下悬浮，然后向电机线圈5供电，在电机线圈5和永磁体6产生的磁场作用下，通过驱动外转子磁轭2转动来带动转子轴1旋转运行。通过控制变频器和电机的参数，特别是磁悬浮电机上的永磁体6的磁极对数，可以有效控制磁悬浮电机的运行转速。

在运行过程中，第一径向磁轴承71与第一位移传感器111配合，控制转子轴1在X1、Y1方向的自由度；第二径向磁轴承72与第二位移传感器112配合，控制转子轴1在X2、Y2方向的自由度；轴向磁轴承73与第一位移传感器111、第二位移传感器112配合，控制转子轴1在Z轴方向的自由度。在第一径向磁轴承71、第二径向磁轴承72和轴向磁轴承73的共同作用下，完成转子轴1在五个方向上的自由度控制，并由第一位移传感器111和第二位移传感器112实时监测，确保转子轴1的运行性能。

在本发明的外转子磁悬浮电机结构中，定子架3为环形结构，并且在定子架3的外周中部设置有环形凹槽30，定子芯4固定在环形凹槽30内。定子架3的环形结构，其中部用于与转子轴1相匹配、且固定定子芯4，两端则用于固定磁轴承组7、位移传感器11等部件。

在本实施例中，定子架3为分体式结构，包括第一环形支架31和第二环形支架32，第一环形支架31和第二环形支架32固定连接。如图1所示，第一环形支架31的剖面为Z型结构，定子芯4过盈压装在第一环形支架31的内圈外周上；第一环形支架31的内圈端部与第二环形支架32的端部固定连接。

需要指出的是，本发明的外转子磁悬浮电机可以应用于外转子磁悬浮轴流风机或外转子磁悬浮离心风机。图3为一种外转子磁悬浮轴流风机的结构示意图，图4为图3的B-B剖视图，其中，该外转子磁悬浮轴流风机还包括机壳12，在外转子磁轭2的外表面均匀设置有若干叶轮13，叶轮13可以为二元流叶轮或三元流叶轮。图5则为一种外转子磁悬浮离心风机的结构示意图，图6为图5的C-C剖视图。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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