[發明專利]一種無推力盤磁懸浮電機

有效

• 申請號: 201710521586.X
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107222132B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 韓邦成;賀贊;翟魯鑫;鄭世強;王坤;劉剛;樂韻
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02N15/00
• 分類號: H02N15/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種無推力盤磁懸浮電機，由靜止部分和轉動部分兩部分組成，其特征在于：靜止部分包括：三自由度一體化混合磁軸承(1)的靜止部分、徑向位移傳感器(2)、高速電機(3)的靜止部分、內筒(4)、殼體(5)和安裝環(9)；轉動部分包括：三自由度一體化混合磁軸承(1)的轉動部分、合金鋼轉子(8)、高速電機(3)的轉子永磁體(6)、永磁體保護套(7)和鎖緊螺紋環(10)，高速電機(3)位于裝置的中間位置，其轉子永磁體由永磁體保護套(7)安裝在兩個合金鋼轉子(8)的中間，其靜止部分安裝在內筒(4)上，三自由度一體化混合磁軸承(1)處于高速電機(3)的兩端，其靜止部分與安裝環(9)連接在一起，其轉動部分與合金鋼轉子(8)連接在一起，左右兩側的三自由度一體化混合磁軸承(1)與高速電機(3)中間各有一個固定在安裝環(9)上的徑向位移傳感器(2)，軸向位移傳感器(13)位于合金鋼轉子(8)的右側，在三自由度一體化混合磁軸承(1)的外側為左側保護軸承(15)和右側保護軸承(12)，右側保護軸承(12)安裝在軸承座(11)與合金鋼轉子(8)中間，整個系統密封在殼體(5)和前/后端蓋(14)內部；徑向位移傳感器(2)和軸向位移傳感器(13)輸出的電信號與外加控制器的輸入端相連，該控制器的輸出端分別與兩個三自由度一體化混合磁軸承(1)的電磁線圈相連，形成電的閉環回路；

所述的左側保護軸承(15)與合金鋼轉子(8)形成0.10-0.30mm的徑向保護間隙，右側保護軸承(12)與合金鋼轉子(8)分別形成0.10-0.30mm的徑向保護間隙和0.20-0.50mm的軸向保護間隙；

三自由度一體化混合磁軸承(1)為非機械接觸軸承，可以是永磁偏置的、電磁控制的主動式磁懸浮軸承，可為永磁偏置混合磁軸承，也可以是純電勵磁的磁懸浮軸承；

永磁偏置主動式三自由度一體化混合磁軸承，主要由螺紋環(102)、軸向激磁線圈(103)、外導磁環(104)、內導磁環(105)、永磁體環(107)、徑向導磁環(108)、徑向定子鐵心(109)、徑向激勵線圈(110)、徑向空氣隙(111)、徑向轉子鐵心(112)組成；外導磁環(104)與螺紋環(102)端面之間形成軸向空氣隙(101)，內導磁環(105)與螺紋環(102)之間形成環形氣隙(106)，徑向定子鐵心(109)與徑向轉子鐵心(112)之間形成軸向氣隙(111)；永磁體環(107)為混合磁軸承提供偏置磁場，并起到隔離軸向和徑向控制磁場的作用，實現軸向徑向控制解耦，其中螺紋環(102)、徑向轉子鐵心(112)為轉動部分，其余為靜止部分；

轉子永磁體(6)在兩合金鋼轉子(8)中間，與自冷卻高強度的永磁體保護套(7)采用過盈配合，防止在高速旋轉中由于離心力過大導致組件脫落以及永磁體過熱導致不可逆退磁的風險；

徑向電渦流位移傳感器中，四個徑向位移傳感器探頭(21～24)均布在傳感器座的內圓周上，四個徑向位移傳感器探頭(21～24)和徑向探測體永磁體保護套(7)之間形成徑向探測間隙，徑向探測間隙一般為0.25mm～1.255mm；兩個徑向位移傳感器探頭(21和23)組成一對，分別位于X軸的兩個方向成180°角，同時探測X方向的位移信號，另兩個徑向位移傳感器探頭(22和24)組成另一對，分別位于Y軸的兩個方向成180°角，同時探測Y方向的位移信號，即四個徑向位移傳感器探頭21～24分別成90°角；

一個軸向位移傳感器探頭(131)安裝在傳感器座的端面中心位置，位移傳感器探頭(131)和軸向探測體右軸承擋座(65)之間形成軸向探測間隙，軸向探測間隙一般為0.5mm～1.5mm，探測Z向方向的位移信號；

保護軸承由左側深溝球軸承(15)、右側一對角接觸球軸承(12)、左側端蓋(62)、鎖緊螺母(64)以及右軸承擋座(65)組成，左右兩側保護軸承(15和12)分別由左側端蓋(62)和鎖緊螺母(64)固定在保護軸承座(11)上，并與合金鋼轉子(8)分別形成0.10～0.30mm的徑向保護間隙(61)，右側保護軸承(12)與合金鋼轉子(8)形成0.20～0.50mm的軸向保護間隙(63)；

高速電機(3)為整體結構的驅動部分，可以是永磁無刷直流電機，也可以是開關磁阻電機，或為感應電機；

永磁無刷直流電機(3)主要由電機定子繞組(31)、電機定子鐵心(32)、轉子永磁體(6)部件組成，其中轉子永磁體(6)為轉動部分，其余為靜止部分；

高速電機(3)不再含有機械軸承，兩個永磁偏置三自由度一體化混合磁軸承(1)同時為電機(3)起到徑向與軸向支撐定位作用。