[發明專利]馬達

有效

• 申請號: 201410149087.9
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103944456A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 孟永鋼;米金泰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02N15/00
• 分類號: H02N15/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及微電機技術領域，尤其涉及一種馬達。

背景技術

當前，電磁懸浮技術已經廣泛地應用于人們的生產生活之中，如電磁懸浮冶煉技術、磁懸浮軸承、磁懸浮列車、靜電陀螺等。在慣性導航領域，由于磁懸浮陀螺可以避免傳統機械陀螺由接觸而導致的摩擦和磨損，而能夠實現極高的轉子旋轉速度，得到了廣泛的應用。電磁懸浮陀螺采用的是一種無源懸浮技術，即不需要外加反饋控制電路，與靜電懸浮陀螺相比，電磁懸浮陀螺結構簡單，控制電路不復雜。上世紀90年代以及本世紀初，Shearwood和吳校生等人先后提出了各自的電磁懸浮微陀螺，這些微陀螺都屬于MEMS領域，尺寸為微米級。電磁懸浮微陀螺的核心是電磁懸浮微馬達，微馬達主要由微轉子、平面線圈和感應電極等組成，其中平面線圈又由懸浮線圈、旋轉線圈和穩定線圈組成。在微馬達中，根據電磁感應原理和電磁力理論，轉子能懸浮在平面線圈上方并旋轉。

目前常用的一種懸浮系統，該系統由轉子、懸浮裝置和旋轉驅動裝置組成。其中，懸浮、旋轉裝置由懸浮線圈、旋轉線圈和穩定線圈組成，且這三種線圈是串聯在一起的，懸浮線圈位于最內側，穩定線圈位于最外側，旋轉線圈位于懸浮和旋轉線圈中間。經分析，轉子轉速較低的原因之一是微轉子旋轉時存在偏心，隨著轉速的升高，微轉子的離心力增大，最終微轉子在離心力的作用下被甩出平衡位置。除此之外，陀螺的串聯線圈中需要通過兩種頻率不同的高頻電流，控制電路比較復雜；并且穩定懸浮線圈產生的電磁場與旋轉線圈產生的電磁場同時作用在轉子下方，兩線圈產生的磁場之間存在干擾。

另外一種電磁懸浮微轉子馬達，該馬達采用了盒形轉子以及內嵌式雙定子結構，而且還將懸浮穩定線圈與旋轉線圈分開。這種結構增加了轉子的懸浮剛度以及側向穩定性，能大大提高轉子的旋轉速度，并且控制電路也比較簡單。但是，由于該馬達采用的仍是平面線圈結構，因此當轉子轉速很高時，還是存在側向穩定性限制轉速以及磁場干擾等問題，并且該微轉子結構采用微細加工方法進行制造也比較困難。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的目的在于提出一種有效地提高轉子轉速以及懸浮穩定性的馬達。

根據本發明實施例的馬達，包括：軸承；轉子，所述轉子被構造為與所述軸承相適配的桶狀，所述轉子可旋轉地套設在所述軸承內且所述轉子沿所述軸承的軸向可上下移動；旋轉磁芯組件，所述旋轉磁芯組件圍繞所述軸承設置且與所述軸承間隔開，用于為所述轉子提供扭矩以使所述轉子在所述軸承內旋轉；懸浮磁芯組件，所述懸浮磁芯組件位于所述軸承的下方且與所述軸承同軸設置，用于對所述轉子的下表面提供推力以使所述轉子懸浮；以及底座，所述旋轉磁芯組件和所述懸浮磁芯組件固定在所述底座上。

根據本發明實施例的馬達，采用桶狀結構的轉子，將轉子套設在軸承之中，當轉子高速旋轉時，利用轉子與軸承之間空氣的流體動壓效應，使轉子穩定地懸浮在平衡位置。懸浮磁芯組件位于轉子下方，旋轉磁芯組件位于轉子四周，沒有穩定線圈，這樣的布局增大了線圈之間的間距，減小了不同線圈之間磁場的相互干擾，從而有效地提高了轉子的轉速以及懸浮穩定性。

在一些示例中，所述旋轉磁芯組件包括：旋轉磁芯支架，所述旋轉磁芯支架固定在所述底座上且所述旋轉磁芯支架的上表面設置多個以所述軸承為中心呈軸對稱分布的凹槽；多個旋轉磁芯，所述多個旋轉磁芯一一對應地固定在所述旋轉磁芯支架的多個凹槽中；多個旋轉線圈，所述多個旋轉線圈一一對應地纏繞在所述多個旋轉磁芯上。

在一些示例中，所述多個旋轉磁芯的靠近所述軸承的一端與所述軸承的外表面間隔預定距離。

在一些示例中，所述多個旋轉磁芯的靠近所述軸承的一端具有長條形凸起，所述旋轉線圈臨近旋轉磁芯的具有所述長條形凸起的一端。

在一些示例中，所述懸浮磁芯組件包括：懸浮磁芯固定螺栓；懸浮磁芯，所述懸浮磁芯的上表面與所述軸承的下表面同軸固定連接，所述懸浮磁芯的下端通過所述懸浮磁芯固定螺栓固定在所述底座上；懸浮線圈骨架，所述懸浮線圈骨架套設在所述懸浮磁芯上；懸浮線圈，所述懸浮線圈纏繞在所述懸浮線圈骨架上。

在一些示例中，所述懸浮線圈骨架臨近所述懸浮磁芯的上端設置。

在一些示例中，所述轉子的材料為高電導率金屬，且所述轉子的側壁壁厚小于底厚。

在一些示例中，所述軸承的材料為絕緣高分子材料，所述軸承的內徑大于所述轉子的外圓半徑且所述軸承側壁高度大于所述轉子側壁高度。