磁悬浮电机的制作方法

1.本实用新型涉及电机领域，特别涉及一种磁悬浮电机。


背景技术：

2.传统电机是由定子和转子组成，定子与转子之间通过机械轴承连接或者存在机械接触，因此转子运动过程中存在机械摩擦，机械摩擦不仅增加动子的摩擦阻力，使运动部件磨损，产生机械振动和噪音，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，缩短电机使用寿命。磁悬浮电机是利用定子和转子励磁磁场之间的“同性相斥、异性相吸”原理使转子悬浮起来，同时产生推动力驱动转子在悬浮状态下运动。因此，定子与转子之间不存在任何机械接触，可以产生较高的加速度和减速度，机械磨损小，机械与电机保护容易，维修、检修和更换方便，适用于恶劣环境、极其洁净无污染和特殊需要的领域。
3.现有的磁悬浮电机多数需要在转子的两端均设置悬浮结构，进而使得电机结构相对复杂，无法实现结构紧凑和轻量化，进而限制了磁悬浮电机的进一步应用空间。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的是提出一种磁悬浮电机，旨在通过改良优化电机构造，从而实现磁悬浮电机的结构紧凑和轻量化。
5.为实现上述目的，本实用新型提出的磁悬浮电机，包括：
6.转子，包括第一永磁环和沿所述第一永磁环径向朝外延伸的多个第一铁芯，多个所述第一铁芯沿所述第一永磁环的周向分布；
7.定子，所述转子可旋转地设置于所述定子内，所述定子包括：
8.多个线圈绕组，沿所述转子的周向呈间隔分布，所述线圈绕组包括第二铁芯、悬浮线圈和驱动线圈，所述第二铁芯呈轴向延伸，所述悬浮线圈和所述驱动线圈均绕制于所述第二铁芯上，且所述悬浮线圈和所述驱动线圈呈轴向依次排布，所述悬浮线圈用以将所述转子悬浮于所述定子内，所述驱动线圈用以驱动所述转子旋转；以及
9.传感器，与所述悬浮线圈相连接，用以控制所述转子的径向悬浮间隙。
10.优选地，所述第二铁芯具有导磁凸起，所述导磁凸起沿所述定子的径向朝内侧延伸；
11.所述第一铁芯与所述导磁凸起呈相对间隔设置。
12.优选地，所述导磁凸起位于所述第二铁芯的一端，且所述悬浮线圈临近所述导磁凸起设置。
13.优选地，所述第一铁芯设于所述第一永磁环的一端，且所述第一永磁环的另一端背对所述定子设置。
14.优选地，所述定子还包括沿所述转子的周向延伸设置的第二永磁环，所述转子间隔地设置于所述第二永磁环内，所述第二永磁环固定于所述第二铁芯一端处，且所述第二
永磁环位于所述导磁凸起背对所述悬浮线圈的一侧。
15.优选地，所述悬浮线圈和所述导磁凸起呈间隔设置。
16.优选地，所述第一铁芯的数量至少为四个；所述线圈绕组的数量至少为四组。
17.优选地，所述第一铁芯的数量为四个，且所述线圈绕组的数量为六组。
18.优选地，所述定子还包括导磁固定座，所述第二铁芯的一端固定于所述导磁固定座，多个所述线圈绕组和所述导磁固定座围合形成一供容置所述转子旋转的容纳空间。
19.优选地，所述悬浮线圈和所述驱动线圈呈间隔设置。
20.本实用新型技术方案通过采用设计新的定子结构和转子结构，分别通过定子上的悬浮线圈和驱动线圈实现转子悬浮和驱动旋转，悬浮结构简单，有大大简化磁悬浮电机的结构，从而实现磁悬浮电机的结构紧凑和轻量化。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
22.图1为本实用新型磁悬浮电机一实施例的结构示意图；
23.图2为图1中磁悬浮电机的定子和转子的拆分示意图；
24.图3为图2中定子的分解示意图；
25.图4为图2中转子的分解示意图；
26.图5为图1中磁悬浮电机在另一视角的示意图；
27.图6为图5中沿a-a线的剖视图；
28.图7为图5中磁悬浮电机的磁场磁感线传递示意图；
29.图8为图2中定子的线圈绕组与导磁固定座的安装示意图。
30.附图标号说明：
31.标号名称标号名称1磁悬浮电机220第二永磁环10转子230导磁固定座20定子211第二铁芯101第一铁芯212导磁凸起102第一永磁环213悬浮线圈210线圈绕组214驱动线圈
32.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
33.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，所描述的实施例仅仅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作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，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示) 下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
35.另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，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的保护范围之内。
36.心脏是人生命中的永动机，一旦发生故障难以修复，利用人工心脏部分或全部替代心脏功能成为心脏病患者生命延续的关键，过去利用机械轴承人工心脏泵会产生摩擦和发热，使血细胞破损，引起溶血、凝血和血栓，甚至危及病人生命，而采用磁悬浮电机的血液泵不仅效率高，而且可以防止血细胞破损，避免溶血、凝血和血栓等问题，有助于缓解心血管病患者的疾苦，提高患者生活质量。
37.超大规模集成电路的发展要求半导体硅片在超真空、无杂质密封室内加工，对传送硅片的机器人具有苛刻的要求：既不能用润滑油，也不能产生尘粒和气体，因此采用磁悬浮电机直接控制机器人及其操纵手臂成为理想的选择。
38.在化工领域，环境污染严重的放射性环境或者高温辐射环境，如用磁悬浮电机进行驱动工作，可以解决机械轴承磨损与定期维修的难题。
39.本实用新型提出一种磁悬浮电机，适用于上述医疗血液泵以及半导体、化工领域。
40.在本实用新型一实施例中，参照图1至图7，该磁悬浮电机1包括：
41.转子10，包括第一永磁环102和沿所述第一永磁环102径向朝外延伸的多个第一铁芯101，多个所述第一铁芯101沿所述第一永磁环102的周向分布；
42.定子20，所述转子10可旋转地设置于所述定子20内，所述定子20包括：
43.多个线圈绕组210，沿所述转子10的周向呈间隔分布，所述线圈绕组210 包括第二铁芯211、悬浮线圈213和驱动线圈214，所述第二铁芯211呈轴向延伸，所述悬浮线圈213和所述驱动线圈214均绕制于所述第二铁芯211上，且所述悬浮线圈213和所述驱动线圈214呈轴向依次排布，所述悬浮线圈213 用以将所述转子10悬浮于所述定子20内，所述驱动线圈214用以驱动所述转子10旋转；以及
44.传感器，与所述悬浮线圈213相连接，用以控制所述转子10的径向悬浮间隙。
45.具体地，本磁悬浮电机1中，定子20对转子10可产生悬浮力以及旋转驱动力，进而使得转子10在定子20内悬浮转动。转子10包括第一永磁环102 和第一铁芯101，第一永磁环102的充磁方向为轴向充磁，且第一永磁环102 采用高磁通密度永磁材料制成，例如钕铁硼永磁、永磁铁氧体、铁铬钴系永磁合金材料等。对于定子20而言，定子20具有一外壳(图未示出)，线圈绕组210固定设置在外壳内，第二铁芯211上分别绕制有两组线圈，即悬浮线圈213和驱动线圈214，悬浮线圈213和驱动线圈214相互独立通电工作，悬浮线圈213通过产生励磁悬浮磁场，使得第一永磁环102和第一铁芯101悬浮于该励磁悬浮磁场内，驱动线圈214产生励磁驱动磁场，从而驱动转子10 旋转。其中，在沿磁悬浮电机1的轴向方向上，第一永磁环102和第一铁芯 101上在励磁悬浮磁场中受到轴向悬浮力作用，进而在轴向上稳定悬浮
于定子 20内；在沿磁悬浮电机1的径向方向上，传感器(图未示出)用于检测转子 10的径向偏移，根据传感器反馈的转子10的径向偏移来控制悬浮线圈213的电流大小，调整转子10的径向偏移，进而以保证转子10与定子20之间保持稳定的径向气隙。可以理解的是，转子10在轴向悬浮方向上是受到励磁悬浮磁场的被动控制，而转子10在径向悬浮方向上是根据转子10的径向偏移来实现主动控制的。需要说明的是，设置于第二铁芯211上的悬浮线圈213和驱动线圈214呈轴向依次排布，且悬浮线圈213和驱动线圈214分别独立工作，通入悬浮线圈213和驱动线圈214的电流大小、频率以及波形均不相同，进而产生的励磁驱动磁场和励磁悬浮磁场不存在发生磁场耦合的现象，保证了转子10相对定子20分别独立地实现悬浮和转动，互不影响。
46.上述第一铁芯101优选设于第一永磁环102的一端，且第一永磁环102 的另一端背对定子20设置。上述传感器的设置位置有多处，可以设于转子10 上，也可以设于定子20上。例如当传感器位于转子10上时，传感器可以设置在第一铁芯101背对第一永磁环102的一侧，传感器位于转子10的轴线中心处，进而可以检测转子10相对定子20的径向偏移；当传感器位于定子20 上时，传感器可以设置在相邻的两个线圈绕组210之间，即传感器分布在相邻的两个第二铁芯211的间隙内。传感器可以采用霍尔元器件实现对转子10 径向偏移的检测。
47.在本实施例中，上述转子10包括多个第一铁芯101，第一铁芯101沿第一永磁环102的轴向延伸，且多个第一铁芯101沿第一永磁环102的周向呈间隔均与分布，该第一铁芯101的数量至少为四个；上述定子20也包括多个线圈绕组210，多个线圈绕组210沿转子10的周向呈间隔均匀的分布，转子 10位于多个线圈绕组210围合形成的空间区域内，线圈绕组210的数量至少为四组。在本实施例的优选方案中，第一铁芯101的数量为四个，且成十字型排布，线圈绕组210的数量为六组，此时该磁悬浮电机1能较好的兼顾悬浮稳定性和结构紧凑性。
48.悬浮线圈213和驱动线圈214可以依次抵接设置，或者悬浮线圈213和驱动线圈214呈间隔设置。在本实施例中，悬浮线圈213和驱动线圈214优选采用间隔排布的方式，从而可以减少励磁驱动磁场和励磁悬浮磁场的相互干扰。
49.本实用新型技术方案通过采用设计新的定子20结构和转子10结构，分别通过定子20上的悬浮线圈213和驱动线圈214实现转子10悬浮和驱动旋转，悬浮结构简单，有大大简化磁悬浮电机1的结构，从而实现磁悬浮电机1 的结构紧凑和轻量化。
50.在本实施例中，第二铁芯211的具有导磁凸起212，导磁凸起212沿定子 20的径向朝内侧延伸；第一铁芯101与所述导磁凸起212呈相对间隔设置。如此一来，如图7所示，第二铁芯211上的磁感线集中在导磁凸起212处，从而与转子10的磁场形成封闭磁场，有助于提高转子10的悬浮稳定性。当然，由于导磁凸起212的存在，也使得转子10相对于定子20内沿轴向方向的位置得以确定。
51.上述导磁凸起212优选设于第二铁芯211的一端部处，此时第二铁芯211 大体呈“l”形设置，悬浮线圈213临近导磁凸起212设置，进而以保障悬浮线圈213产生的磁感线尽可能地向导磁凸起212处集中。
52.为了进一步提高转子10在轴向方式的悬浮稳定性，定子20还包括第二永磁环220，其中第二永磁环220沿转子10的周向延伸设置，转子10间隔地设置于第二永磁环220内，转
子10的外周直径小于定子20的内周直径，即第一铁芯101的外端面与导磁凸起212的内端面具有一定的间隙，第二永磁环220的充磁方向也为轴向充磁，且第二永磁环220的充磁方向与第一永磁环102的充磁方向相反；第二永磁环220固定于第二铁芯211一端处，且第二永磁环220位于导磁凸起212背对悬浮线圈213的一侧，如此，第二永磁环220的磁感线也集中在第二铁芯211的导磁凸起212处，从而与转子10的磁场形成封闭磁场。可以理解的是，由于第二永磁环220的存在，转子10受到的励磁悬浮磁场增强，转子10的轴向悬浮稳定性提高，且第二永磁环220 的磁场可产生抑制转子10沿轴向移动的磁阻力，从而使得转子10的第一铁芯101能正对导磁凸起212。第二永磁环220采用高磁通密度永磁材料制成，例如钕铁硼永磁、永磁铁氧体、铁铬钴系永磁合金材料等。
53.在本实施例中，为了确保转子10相对定子20在轴向悬浮过程中具有一定轴向移动空间，上述悬浮线圈213和导磁凸起212呈间隔设置，进而使得转子10在轴向悬浮过程中，可以允许适当的轴向偏移。当然，于其它实施例中，悬浮线圈213和导磁凸起212之间可以不保留间隙，而是悬浮线圈213 与导磁凸起212抵接在一起。
54.进一步地，上述定子20还包括导磁固定座230，第二铁芯211的一端固定于导磁固定座230，多个线圈绕组210和导磁固定座230围合形成一供容置转子10旋转的容纳空间。导磁固定座230一方面用于固定第二铁芯211，使得定子20的多个线圈绕组210固定于导磁固定座230处，实现定子20结构的稳固；另一方面，导磁固定座230与第二铁芯211相互接触，线圈绕组210 上形成的磁场磁感线可以通过第二铁芯211在导磁固定座230内传递，提高磁能利用率。
55.其中，第二铁芯211与导磁固定座230的固定方式有多种，第二铁芯211 的一端设置有导磁凸起212，另一端可直接采用插接固定或者焊接固定的方式与导磁固定座230相连接，此处不作具体限定。如图8所示，第二铁芯211 与导磁固定座230采用插接固定方式，进而可以便于定子20的装配。
56.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。