无轴承电机转子及无轴承电机

技术领域

本发明涉及无轴承电机技术领域，具体而言，涉及一种无轴承电机转子及无轴承电机。

背景技术

目前，无轴承电机利用定子上缠绕的绕组提供悬浮力和能量，使得转子可以悬浮并转动，实现了无轴承电机的转子无轴承运行。例如公告号CN115514128A的专利，公开了一种无轴承高速电机结构，其结构与传统高速电机一样，由一套绕组提供稳定的悬浮力及能量使得转子能够悬浮并转动。但是，转子偏置无法回正，容易引发转子悬浮的不稳定性。因此，需要一种能够更加稳定悬浮的转子。

发明内容

本发明提供了一种无轴承电机转子及无轴承电机，以解决现有技术中的无轴承电机转子悬浮不稳定的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种无轴承电机转子，包括转子轴、转子铁芯和阻尼线圈，转子轴穿过定子设置；转子铁芯套设在转子轴外侧；阻尼线圈设置在在转子轴和转子铁芯之间，阻尼线圈通过产生磁场，调整无轴承电机转子的转动位置。

进一步地，无轴承电机转子还包括隔磁结构，隔磁结构设置在阻尼线圈内外两侧，隔磁结构用于将阻尼线圈与转子轴、转子铁芯分隔。

进一步地，阻尼线圈为筒状结构，隔磁结构包括内减振筒和外减振筒，内减振筒设置在转子轴与阻尼线圈之间，外减振筒设置在转子铁芯与阻尼线圈之间，内减振筒用于将转子轴与阻尼线圈分隔，外减振筒用于将转子铁芯与阻尼线圈分隔。

进一步地，阻尼线圈包括线圈本体和线圈壳体，线圈壳体为筒状结构，线圈本体设置在线圈壳体内，线圈壳体用于保护线圈本体。

进一步地，线圈壳体为环氧树脂材质，线圈壳体的厚度范围为3-5mm。

进一步地，阻尼线圈径向的宽度大于等于25mm，阻尼线圈轴向的长度大于等于转子铁芯的长度。

进一步地，转子铁芯具有多个磁钢槽，多个磁钢槽沿转子铁芯的周向分布。

进一步地，无轴承电机转子还包括多个永磁体，永磁体插设在磁钢槽内，永磁体用于提供磁场，使得无轴承电机转子在定子产生的磁场作用下转动。

进一步地，无轴承电机转子还包括转子挡片，转子挡片穿设在转子轴上，两个转子挡片分别设置在转子铁芯的两端，转子挡片用于保护转子铁芯。

进一步地，转子挡片包括挡板和容纳壳，挡板为环状，挡板的外径与转子铁芯的外径一致，挡板的内圈与容纳壳的外圈固定连接，容纳壳具有凹槽，凹槽用于容纳与无轴承电机转子连接的电器件。

根据本发明的另一方面，提供了一种无轴承电机，包括外壳、定子和上述的无轴承电机转子，定子设置在外壳内，无轴承电机转子穿过定子，无轴承电机在运行时，无轴承电机转子通过定子提供的磁场悬浮转动。

进一步地，无轴承电机还包括两个备用轴承，两个备用轴承分别设置在外壳的两端，无轴承电机转子穿过两个备用轴承，备用轴承的内径大于无轴承电机转子的外径，备用轴承用于在无轴承电机停机时承载无轴承电机转子。

应用本发明的技术方案，提供了一种无轴承电机转子，包括转子轴、转子铁芯和阻尼线圈，转子轴穿过定子设置；转子铁芯套设在转子轴外侧；阻尼线圈设置在在转子轴和转子铁芯之间，阻尼线圈通过产生磁场，调整无轴承电机转子的转动位置。采用本方案，无轴承电机转子穿过定子，在定子产生的磁场内悬浮转动。转子轴、阻尼线圈和转子铁芯套设在一起转动，阻尼线圈中的电流会产生磁场，阻尼线圈的磁场受到定子的磁场作用，使得无轴承电机转子的转动位置可调，回正无轴承电机转子的偏心，使得无轴承电机转子可以更稳定地悬浮。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的实施例提供的无轴承电机转子的结构示意图；

图2示出了图1中的无轴承电机转子的剖视图；

图3示出了图1中的无轴承电机转子的转子挡片的结构示意图；

图4示出了本发明的实施例提供的无轴承电机的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、转子轴；

20、转子铁芯；21、磁钢槽；

30、阻尼线圈；

40、隔磁结构；41、内减振筒；42、外减振筒；

50、永磁体；

60、转子挡片；61、挡板；62、容纳壳；

70、定子；

80、备用轴承；

90、外壳。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本发明的实施例提供了一种无轴承电机转子，包括转子轴10、转子铁芯20和阻尼线圈30，转子轴10穿过定子70设置；转子铁芯20套设在转子轴10外侧；阻尼线圈30设置在在转子轴10和转子铁芯20之间，阻尼线圈30通过产生磁场，调整无轴承电机转子的转动位置。

采用本方案，无轴承电机转子穿过定子70，在定子70产生的磁场内悬浮转动。转子轴10、阻尼线圈30和转子铁芯20套设在一起转动，阻尼线圈30中的电流会产生磁场，阻尼线圈30的磁场受到定子的磁场作用，使得无轴承电机转子的转动位置可调，回正无轴承电机转子的偏心，使得无轴承电机转子可以更稳定地悬浮。

如图2所示，无轴承电机转子还包括隔磁结构40，隔磁结构40设置在阻尼线圈30内外两侧，隔磁结构40用于将阻尼线圈30与转子轴10、转子铁芯20分隔。

如此设置，隔磁结构40设置在阻尼线圈30的内外两侧，使得阻尼线圈30在无轴承电机转子旋转过程中不受到损坏，不会受到无轴承电机转子振动的影响。隔磁结构40将阻尼线圈30与转子轴10、转子铁芯20分隔，使得磁场的吸收和释放不会受到影响。

如图2所示，阻尼线圈30为筒状结构，隔磁结构40包括内减振筒41和外减振筒42，内减振筒41设置在转子轴10与阻尼线圈30之间，外减振筒42设置在转子铁芯20与阻尼线圈30之间，内减振筒41用于将转子轴10与阻尼线圈30分隔，外减振筒42用于将转子铁芯20与阻尼线圈30分隔。

如此设置，内减振筒41用于将转子轴10与阻尼线圈30分隔，避免转子轴10对阻尼线圈30产生摩擦或影响阻尼线圈30的磁场与定子70产生的磁场发生作用。外减振筒42用于将转子铁芯20与阻尼线圈30分隔，避免转子铁芯20对阻尼线圈30产生摩擦或者影响阻尼线圈30的磁场与定子70产生的磁场发生作用。

在本发明的一个具体实施例中，阻尼线圈30包括线圈本体和线圈壳体，线圈壳体为筒状结构，线圈本体设置在线圈壳体内，线圈壳体用于保护线圈本体。

如此设置，线圈壳体为筒状结构，线圈壳体套设在线圈本体外部，线圈壳体用于保护线圈本体，避免线圈本体在无轴承电机转子振动时受到损坏。

进一步地，线圈壳体为环氧树脂材质，线圈壳体的厚度范围为3-5mm。

如此设置，环氧树脂材质使用周期较长，不易发生磨损。将线圈壳体的侯素设置在3-5mm，既保护了线圈本体，又避免了线圈壳体过厚使得无轴承电机转子体积过大。

在本发明的一个具体实施例中，阻尼线圈30径向的宽度大于等于25mm，阻尼线圈30轴向的长度大于等于转子铁芯20的长度。

如此设置，阻尼线圈30径向的宽度大于等于25mm，使得阻尼线圈30中电流的磁场可以让无轴承电机转子回正。阻尼线圈30轴向的长度大于等于转子铁芯20的长度，保证了阻尼线圈30的偏置磁场可以作用于整条转子铁芯20，保证了无轴承电机转子的悬浮精度。

如图2所示，转子铁芯20具有多个磁钢槽21，多个磁钢槽21沿转子铁芯20的周向分布。

转子铁芯20包括多个转子冲片，多个转子冲片依次重叠组成转子铁芯20。如此设置，转子铁芯20设置有多个磁钢槽21，磁钢槽21用于插设永磁体50。

如图1所示，无轴承电机转子还包括多个永磁体50，永磁体50插设在磁钢槽21内，永磁体50用于提供磁场，使得无轴承电机转子在定子70产生的磁场作用下转动。

如此设置，永磁体50插设在磁钢槽21内，永磁体50分布在无轴承电机转子的周向，为无轴承电机转子提供磁场，使得无轴承电机转子受到定子70产生的磁场作用，在定子70内悬浮转动。

如图3所示，无轴承电机转子还包括转子挡片60，转子挡片60穿设在转子轴10上，两个转子挡片60分别设置在转子铁芯20的两端，转子挡片60用于保护转子铁芯20。

如此设置，转子挡片60设置在转子铁芯20的两端，对转子铁芯20起到保护作用，避免转子铁芯20在无轴承电机转子转动过程中发生损坏。转子挡片60穿设在转子轴10上，使得转子挡片60随转子轴10的转动而转动。

如图3所示，转子挡片60包括挡板61和容纳壳62，挡板61为环状，挡板61的外径与转子铁芯20的外径一致，挡板61的内圈与容纳壳62的外圈固定连接，容纳壳62具有凹槽，凹槽用于容纳与无轴承电机转子连接的电器件。

如此设置，挡板61的外径与转子铁芯20的外径一致，挡板61的内圈与容纳壳62的外圈固定连接，容纳壳62穿设在转子轴10上。传感器、与阻尼线圈30连接的电容、电感和开关等均设置在容纳壳内部。

根据本发明的另一方面，提供了一种无轴承电机，包括外壳90、定子70和上述的无轴承电机转子，定子70设置在外壳90内，无轴承电机转子穿过定子70，无轴承电机在运行时，无轴承电机转子通过定子70提供的磁场悬浮转动。

如此设置，定子70设置在外壳90内，无轴承电机转子穿过定子70设置，无轴承电机运行时，定子70提供磁场，无轴承电机转子在定子70提供的磁场内悬浮转动。

如图4所示，无轴承电机还包括两个备用轴承80，两个备用轴承80分别设置在外壳90的两端，无轴承电机转子穿过两个备用轴承80，备用轴承80的内径大于无轴承电机转子的外径，备用轴承80用于在无轴承电机停机时承载无轴承电机转子。

如此设置，当无轴承电机装机或停机时，定子70不再提供磁场，无轴承电机转子不在定子70内悬浮，备用轴承80用于承载无轴承电机转子，避免无轴承电机转子发生损坏。

根据电磁感应定律可知，当定子70内部的磁场发生变化时，阻尼线圈30上就会感应出电流，电流产生的磁场会与定子70内部磁场叠加，削弱它的变化趋势，使内部磁场的变化更加缓慢。如此，在加入阻尼线圈30之后，由于控制谐波引起的振动以及装配因素等原因造成的单边磁拉力Fx以及Fy将分为两部分。

式1：F

式2：F

式3：F

式4：

其中，F1为普通的单边磁拉力，F2为由增加阻尼线圈所引起的的附加磁拉力。

至此，磁拉力可以分为两部分，第一部分为由于无轴承电机转子的偏心所引起的磁拉力，这与偏心量成正比。第二部分为加入阻尼线圈30后，与定子70的磁场彼此作用生成的径向悬浮力，与电流的大小成正比。

加入阻尼线圈30后产生的额外力F2的大小与偏心量的大小成正比，其余的项为固定参数，例如线圈内阻、转子半径、铁芯长度等。

F2前的系数为负数，故加入阻尼线圈30后原来的磁拉力F受到该力的影响，使得整体的磁拉力变化趋势变小。当发生偏心时，无轴承电机中使转子偏心恶化的力与阻尼线圈30产生的磁拉力相互抵消，与原来相比减小，故受到同方向的合力也减小，转子偏心程度削弱。因此，加入阻尼线圈30后，无轴承电机对于外界干扰的抵抗性增强，稳定性增加。这使得无轴承电机转子在定子70的气隙中的振动相对减弱，提高无轴承电机转子稳定悬浮性能，有效提高抗外界干扰性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。