大功率空氣懸浮永磁高速電機的製作方法
2023-12-09 06:56:36 2
專利名稱：大功率空氣懸浮永磁高速電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種大功率的高速電機，還涉及應用於該電機的永磁轉子和空氣懸浮軸承。
背景技術：
高速電機通常是指轉速超過lOOOOr/min的電動機，由於轉速很高，高速電機通常作為原動機與執行機構直接連接，省卻了複雜的中間變速機構，傳動效率高，噪音小；同時由於轉速高，電機的功率密度較高，可有效節約材料，方便安裝。高速電機是高速加工的關鍵技術，廣泛用於鑽、銑、磨等加工工具機上，通常稱之為電主軸，不僅可獲得更大的生產率，而且還可獲得很高的加工質量，並可降低生產成本。目前我國數控工具機用電主軸大部分為進口，國內生產的電主軸普通採用滾珠軸承作為支撐。 由於轉速高，滾珠軸承磨損快，壽命短，使用的油霧潤滑汙染較大。隨著新能源技術的發展和低碳環保的需求，高速電機在離心壓縮機、分布式能源、混合動力汽車等領域擁有較大的發展前景，而作為工具機加工用的高速電機其功率普遍較低，並不能滿足這些應用的需求。
發明內容
本發明的目的是解決上述問題，提供一種帶有空氣軸承、使用永磁轉子的大功率高速電機。本發明的一種大功率空氣懸浮永磁高速電機，包括永磁同步電機轉子，驅動永磁同步電機轉子旋轉的電機定子，懸浮支撐永磁同步電機轉子的前徑向空氣軸承、後徑向空氣軸承和軸向止推空氣軸承，和包圍電機定子、空氣軸承及永磁同步電機轉子的電機殼體。本發明的優點在於系統結構簡單、功率密度大、整機效率高、環保，其具體表述如下。(1)使用了先進的永磁同步電機轉子而非普通轉子，降低了損耗，可以提高整機效率；(2)使用永磁同步電機轉子使得磁場強度更大，且轉子尺寸更小，故而可以適用於更高的轉速，磁場強度和轉速的同步提高可以大大提高電機的功率；(3)使用永磁同步電機轉子，可以通過變頻電源直接驅動，實現電機的軟啟動以及變頻調速功能，可減弱機器啟動時對電網的衝擊；
(4)用前述空氣軸承代替了普通的滾子軸承，空氣軸承處於永磁同步電機轉子和電機殼體之間，通過形成高壓氣膜隔絕永磁同步電機轉子和軸承間的物理接觸，可以使永磁同步電機轉子無摩擦轉動，能極大程度地提高電機轉子的轉速，實現高速旋轉，可以提高整機效率，同時增加機器的使用壽命；(5)用空氣軸承代替普通的滾子軸承後，省卻了複雜笨重的滑油系統，減輕系統重量，並免除了滑油洩露的可能，可用於醫藥行業等高潔淨無汙染的應用。
圖1是本發明的一種大功率空氣懸浮永磁高速電機的結構示意圖； 圖2是本發明執行機構為葉輪時的結構示意圖3是本發明永磁同步電機轉子、空氣軸承、止推盤的結構示意圖；圖中1-永磁同步電機轉子；2-電機定子；3-前徑向空氣軸承；4-後徑向空氣軸承； 5-軸向止推空氣軸承；6-電機殼體；7-反撬螺母；8-執行機構；9-止推盤。
具體實施例方式下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。本發明是一種大功率空氣懸浮永磁高速電機，如圖1所示，包括永磁同步電機轉子1，驅動永磁同步電機轉子1旋轉的電機定子2，懸浮支撐永磁同步電機轉子1的前徑向空氣軸承3、後徑向空氣軸承4和軸向止推空氣軸承5，和包圍電機定子2、三個空氣軸承及永磁同步電機轉子1的電機殼體6。永磁同步電機轉子1是將磁鋼鑲嵌在轉軸表面，然後磨削到精度，屬表面插入式轉子。由於使用了磁鋼代替鋁條或銅條，由轉子永磁體勵磁，其功率因數可達到或接近1.0， 沒有轉差率，轉子上無基波鐵、銅耗。轉子優於鋁轉子或銅轉子。永磁同步電機轉子1的前端和執行機構8直接相連，永磁同步電機轉子1的伸出端穿過執行機構8的中心通孔，然後套上反撬螺母7將執行機構8緊壓在永磁同步電機轉子1的轉子軸的臺階面上固定，圖2是執行機構8為葉輪時的圖例。執行機構8的旋轉方向與反撬螺母7的旋向相反，則在旋轉時，由於摩擦力的作用可使反撬螺母7進一步旋緊， 起到防松的作用。如圖1、圖3所示，為高速電機的軸系設計，永磁同步電機轉子1由前徑向空氣軸承 3、後徑向空氣軸承4和軸向止推空氣軸承5共同支撐；前徑向空氣軸承3、後徑向空氣軸承 4的軸瓦和永磁同步電機轉子1的軸承面之間存在5 μ m 25 μ m的間隙，工作時將形成高壓氣膜隔絕兩個面的接觸，提供徑向支撐力，並通過永磁同步電機轉子1的高速旋轉定心； 同時，在永磁同步電機轉子1的轉子軸上有一個止推盤9，止推盤9的兩側安裝轉子由前徑向空氣軸承3和軸向止推空氣軸承4，前徑向空氣軸承3上也有軸向止推氣孔，兩軸承與止推盤9的兩面之間的間隙為5 μ m 20 μ m，工作時形成高壓氣膜提供軸向止推力。前徑向空氣軸承3、後徑向空氣軸承4、軸向止推空氣軸承5和電機定子2都安裝在電機殼體6中，通過微間隙配合，軸向用端蓋和臺階面進行定位。電機定子2由矽鋼片疊加並繞上線圈而成，三相供電，直接由變頻器驅動，可實現變頻調速功能。電機殼體6內設有軸向的圓柱形氣路通道，用於給前徑向空氣軸承3、後徑向空氣軸承4和軸向止推空氣軸承5提供高壓氣體。高速電機工作時，首先開啟外置高壓氣源，通過電機殼體6內的軸向的圓柱形氣路通道給電機兩端的前徑向空氣軸承3、後徑向空氣軸承4和軸向止推空氣軸承5分別提供高壓氣體，經噴嘴小孔噴出後在軸和軸承間隙裡形成高壓氣膜，使永磁同步電機轉子1懸浮起來。徑向軸承和軸向軸承分別提供徑向和軸向支撐，保證永磁同步電機轉子1完全脫離和其他部件的物理接觸。這樣，極大地降低了永磁同步電機轉子1運轉的摩擦力和噪音，在電機殼體6內部的電機定子2驅動下，可以實現高速旋轉，提高了整個系統的效率和壽命。氣源打開，空氣軸承開始工作以後，啟動變頻電源給電機定子2供電，在交變磁場的作用下驅動永磁同步電機轉子1旋轉，而永磁同步電機轉子1的前端利用螺帽擠壓執行機構到後座上的摩擦力由永磁同步電機轉子1帶動執行機構直接旋轉；當需要調節執行機構轉速時，調節變頻電源的輸出頻率，改變永磁同步電機轉子1旋轉速度，即可調節執行機構轉速。當要停止工作時，首先將變頻器輸出頻率緩慢調節至零，待永磁同步電機轉子1 完全停轉以後，再關閉外置氣源停止供氣。
權利要求
1.大功率空氣懸浮永磁高速電機，其特徵在於，包括永磁同步電機轉子、電機定子、前徑向空氣軸承、後徑向空氣軸承、軸向止推空氣軸承和電機殼體；電機定子驅動永磁同步電機轉子旋轉，前徑向空氣軸承、後徑向空氣軸承、軸向止推空氣軸承懸浮支撐永磁同步電機轉子，電機殼體包圍電機定子、前徑向空氣軸承、後徑向空氣軸承、軸向止推空氣軸承、永磁同步電機轉子。
2.根據權利要求1所述的大功率空氣懸浮永磁高速電機，其特徵在於，所述的永磁同步電機轉子的轉軸表面鑲嵌磁鋼。
3.根據權利要求1所述的大功率空氣懸浮永磁高速電機，其特徵在於，所述的前徑向空氣軸承、後徑向空氣軸承的軸瓦和轉子的軸承面之間設有5 μ m 25 μ m的間隙。
4.根據權利要求1所述的大功率空氣懸浮永磁高速電機，其特徵在於，所述的永磁同步電機轉子的軸上設有一個止推盤，止推盤的兩側安裝前徑向空氣軸承和軸向止推空氣軸承。
5.根據權利要求4所述的大功率空氣懸浮永磁高速電機，其特徵在於，前徑向空氣軸承與止推盤、軸向止推空氣軸承與止推盤之間的間隙為5 μ m 25 μ m。
6.根據權利要求1所述的大功率空氣懸浮永磁高速電機，其特徵在於，所述的前徑向空氣軸承上設有軸向止推氣孔。
7.根據權利要求1所述的大功率空氣懸浮永磁高速電機，其特徵在於，所述的電機定子由矽鋼片疊加並繞上線圈而成，置於電機定子外圍，三相供電，直接由變頻器驅動，實現變頻調速功能。
8.根據權利要求1所述的大功率空氣懸浮永磁高速電機，其特徵在於，所述的前徑向空氣軸承、後徑向空氣軸承、軸向止推空氣軸承和電機定子都安裝在電機殼體中，通過微間隙配合，軸向用端蓋和臺階面進行定位。
9.根據權利要求1所述的大功率空氣懸浮永磁高速電機，其特徵在於，所述的電機殼體內設有軸向的圓柱形氣路通道，用於給前徑向空氣軸承、後徑向空氣軸承和軸向止推空氣軸承提供高壓氣體。
全文摘要
本發明公開了大功率空氣懸浮永磁高速電機，包括永磁同步電機轉子、電機定子、前徑向空氣軸承、後徑向空氣軸承、軸向止推空氣軸承和電機殼體；電機定子驅動永磁同步電機轉子旋轉，前徑向空氣軸承、後徑向空氣軸承、軸向止推空氣軸承懸浮支撐永磁同步電機轉子，電機殼體包圍電機定子、前徑向空氣軸承、後徑向空氣軸承、軸向止推空氣軸承、永磁同步電機轉子。本發明使用永磁同步電機轉子使得磁場強度更大，且轉子尺寸更小，故而可以適用於更高的轉速，磁場強度和轉速的同步提高可以大大提高電機的功率。
文檔編號H02K5/16GK102290946SQ20111013759
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月25日 優先權日2011年5月25日
發明者侯安平 申請人:北京虎渡能源科技有限公司