CN105363585A - 一种基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器，包括永磁同步电机、雾化器上料及布料机构和雾化轮；所述永磁同步电机集成有高频电源，永磁同步电机内设有磁悬浮径向轴承和磁悬浮轴向轴承为电机轴提供径向和轴向支撑；电机轴伸出端依次套装雾化器上料及布料机构和雾化轮，雾化器上料及布料机构由分配器和进料管组成。本发明采用集大功率高频电源、磁悬浮轴承为一体的永磁同步高速电机直接驱动雾化轮，转子转速调速范围大，且转子轴在高速转动时完全靠磁悬浮轴承支撑，不与其它部件直接接触，因此无需润滑；彻底解决了现有雾化器易磨损、寿命短、运行成本高等问题。

Description

一种基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器

技术领域

本发明涉及一种雾化器，尤其涉及一种基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器。

背景技术

如图1所示，目前常用的旋转式雾化器一般由雾化轮1、上料及布料机构2、传动轴3、机座4、增速齿轮箱5、联轴器6、电机7和变频器8组成，另外需配置供油和冷却系统，其在使用中存在如下问题：

1)设备结构复杂，故障点多，由于是高速旋转，传动、增速等核心机械零部件非常容易磨损，造成寿命短，维护费用高；

2)增速箱及主轴部件都需要使用润滑油，而且是高速旋转(每分钟1万转以上)，润滑油还需要增加冷却系统，为保证润滑油质量，每三个月就需要更换润滑油，运行成本高；

3)由于变速箱及主轴需使用冷却用润滑油，在其运转中容易产生漏油的现象而污染环境，在化工、食品和药品等领域的使用受到限制。

近年来，出现了一种由高速电机直接驱动雾化轮的旋转雾化器，减化了雾化器的结构组成，减轻了雾化器的重量，提高了旋转雾化效率和效果国。但是，由于高速电机的高速轴是竖直放置的，电机转子的重量完全由轴承承受，当高速旋转时，极易造成轴承过热和磨损严重，从而限制了采用高速电机驱动的雾化器的应用。

申请号为201310732773.4(申请日为2013年12月27日)的中国专利公开了一种“磁悬浮旋转雾化器”，为避免过大的轴向力使高速轴承过热和磨损严重，在转子的非轴伸端的转轴上装有铷铁硼永磁铁，与之相对应在电机盖上装有铷铁硼永磁铁。利用永磁铁间的同性相斥原理，辅助支承转轴。但是其采用的磁悬浮技术主要是对转子起轴向辅助支承作用，避免因过大的轴向力使高速轴承过热和磨损严重的情况。也就是说，其仍然以高速轴承为主要支撑元件，没有彻底解决轴承磨损的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器，采用集大功率高频电源、磁悬浮轴承为一体的永磁同步高速电机直接驱动雾化轮，转子转速调速范围大，且转子轴在高速转动时完全靠磁悬浮轴承支撑，不与其它部件直接接触，因此无需润滑；彻底解决了现有雾化器易磨损、寿命短、运行成本高等问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器，包括永磁同步电机、雾化器上料及布料机构和雾化轮；所述永磁同步电机集成有高频电源，永磁同步电机内设有磁悬浮径向轴承和磁悬浮轴向轴承为电机轴提供径向和轴向支撑；电机轴伸出端依次套装雾化器上料及布料机构和雾化轮，雾化器上料及布料机构由分配器和进料管组成。

所述永磁同步电机的电机轴由中部线圈分隔为前后2个转子轴段，电机外壳作为定子；2个转子轴段的中部分别对称设磁悬浮径向轴承，磁悬浮径向轴承的内套套装在转子轴段上,与其耦合的径向电磁铁组件作为外套固定在电机外壳的端盖上；其中1个转子轴段的一端设置磁悬浮轴向轴承，磁悬浮轴向轴承由套装在转子轴段上的推力盘及与其耦合的轴向电磁铁组件组成；磁悬浮径向轴承和磁悬浮轴向轴承处至少分别设1组位置传感器组件连接DSP控制器，DSP控制器另外通过功率放大器连接径向电磁铁组件和轴向电磁铁组件，并形成闭环控制系统。

所述径向电磁铁组件、轴向电磁铁组件沿所在转子轴段周向设置8～16组，具体根据转子轴段的直径确定。

所述位置传感器组件由数个位置传感器组成,且同组的位置传感器沿周向均匀分布。

所述位置传感器为电涡流传感器、电感传感器、电容传感器或光电式传感器中的一种。

所述电机轴与电机壳体之间设保护轴承，且保护轴承与电机轴之间预留保护间隙。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)转子轴在高速转动时完全靠磁悬浮轴承支撑，不与其它部件直接接触，因此无需润滑、无需预热、无磨损；

2)大功率高频电源与永磁同步高速电机集成为一体，转子转速可以达到材料和结构允许的极限转速，调速范围非常大；增加设备的可控性，应用于烟气脱硫工艺时能更好的对烟气进行脱硫控制；

3)系统运行可靠性高、免维护、运行成本低、使用寿命长；

4)对极端高温、极端低温的运行特殊环境都具有很好的适应性；

5)采用轴向及径向磁悬浮轴承及控制系统，可有效抑制外界干扰和系统振动，实现超临界运转、低噪声自平衡运转等；

6)实时监测系统的运行转态，便于提高系统的稳定性和安全性。

附图说明

图1是本发明所述目前常用雾化器的结构示意图。

图2是本发明所述的基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器的结构示意图。

图3是本发明所述磁悬浮轴承的原理示意图。

图中：1.雾化轮2.上料及布料机构3.传动轴4.机座5.增速齿轮箱6.联轴器7.电机8.变频器9.永磁同步电机10.高频电源11.磁悬浮径向轴承11-1.叠片11-2.径向电磁铁组件12.磁悬浮轴向轴承12-1.推力盘12-2.轴向电磁铁组件13.电机轴13-1.转子轴段一13-2.转子轴段二14.线圈15.位置传感器16.DSP控制器17.功率放大器18.保护轴承

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图2，是本发明的结构示意图，本发明一种基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器，包括永磁同步电机9、雾化器上料及布料机构2和雾化轮1；所述永磁同步电机9集成有高频电源10，永磁同步电机9内设有磁悬浮径向轴承11和磁悬浮轴向轴承12为电机轴13提供径向和轴向支撑；电机轴13伸出端依次套装雾化器上料及布料机构2和雾化轮1，雾化器上料及布料机构2由分配器和进料管组成。

如图3所示，所述永磁同步电机9的电机轴13由中部线圈分隔为前后2个转子轴段13-1和13-2，电机外壳作为定子；2个转子轴段13-1、13-2的中部分别对称设磁悬浮径向轴承11，磁悬浮径向轴承11的内套套装在转子轴段13-1、13-2上,与其耦合的径向电磁铁组件11-2作为外套固定在电机外壳的端盖上；其中1个转子轴段13-1或13-2的一端设置磁悬浮轴向轴承12，磁悬浮轴向轴承12由套装在转子轴段13-1或13-2上的推力盘12-1及与其耦合的轴向电磁铁组件12-2组成；磁悬浮径向轴承11和磁悬浮轴向轴承12处至少分别设1组位置传感器组件连接DSP控制器16，DSP控制器16另外通过功率放大器17连接径向电磁铁组件11-2和轴向电磁铁组件12-2，并形成闭环控制系统。

所述径向电磁铁组件11-2、轴向电磁铁组件12-2沿所在转子轴段13-1、13-2周向设置8～16组，具体根据转子轴段13-1、13-2的直径确定。

所述位置传感器组件由数个位置传感器15组成,且同组的位置传感器15沿周向均匀分布。

所述位置传感器15为电涡流传感器、电感传感器、电容传感器或光电式传感器中的一种。

所述电机轴13与电机壳体之间设保护轴承18，保护轴承18与电机轴13之间预留保护间隙(图中以t表示)。当磁悬浮轴承出现故障不能正常工作时，由保护轴承18对电机轴13提供支撑。

本发明所述雾化器采用集磁悬浮轴承11、12，大功率高频电源10为一体的的永磁同步高速电机9作为驱动装置，电机轴13直接安装雾化轮1，省去了普通雾化器所需的传动机构、增速机构以及润滑及冷却系统，在雾化器机座4的前端安装上料及布料机构2，然后用螺栓连接即可，安装方便快捷。使用时，电机轴13带动雾化轮1做高速旋转运动，实现料液的雾化和喷洒，同时通过高频电源10实现转速调节。

本发明所述永磁同步高速电机是一种三相交流同步电动机，其转子轴段一13-1、转子轴段二13-2上分别装有永磁件，通过高频电源10调速实现转速可控制，调速范围20000转/分钟以下。该电机结构紧凑，重量轻，效率高，是节能的理想产品。本发明中的永磁同步电机9的关键技术是采用了磁悬浮轴承11、12。

磁悬浮轴承从原理上可分为两种，一种是主动磁浮轴，另一种是被动磁浮轴承，由于前者具有较好的性能，它在工业上得到了越来越广泛的应用。本发明所述电机采用的就是主动磁悬浮轴承。

本发明中，磁悬浮轴承系统由转子轴段一13-1、转子轴段二13-2、位置传感器15、DSP控制器16和执行器四大部分组成，其中执行器包括电磁铁组件11-2、12-2和功率放大器17两部分。径向电磁铁组件和轴向电磁铁组件均包括磁铁芯及其上的绕组。

以磁悬浮径向轴承11为例，假设径向电磁铁组件11-2绕组上的电流为I，它对转子轴一13-1/转子轴段二13-2产生的吸力和转子轴段一13-1/转子轴段二13-2本身的重力mg相平衡，转子轴段一13-1/转子轴段二13-2处于悬浮的平衡位置，这个位置也称为参考位置。假设在参考位置上，转子轴段一13-1/转子轴段二13-2受到一个向下的扰动，它就会偏离其参考位置向下运动，此时径向磁悬浮轴承11处的位置传感器组件检测出转子轴段一13-1/转子轴段二13-2偏离其参考位置的位移，并将这一位移信号变换成控制信号，功率放大器17使流过径向电磁铁组件11-2绕组上的电流变大，因此，径向电磁铁组件11-2的吸力也变大了，从而驱动转子轴段一13-1/转子轴段二13-2返回到原来的平衡位置。如果转子轴段一13-1/转子轴段二13-2受到一个向上的扰动并向上运动，此时DSP控制器16和功率放大器17使流过径向电磁铁组件11-2绕组上的电流变小，因此，径向电磁铁组件11-2的吸力也变小了，转子轴13-1/13-2也能返回到原来的平衡位置。因此，不论转子轴13-1/13-2受到向上或向下的扰动，其始终能处于稳定的平衡状态。

磁悬浮轴向轴承12的工作原理与磁悬浮径向轴承11的原理相同，其区别是：磁悬浮径向轴承11的内套采用叠片11-1与作为外套的径向电磁铁组件11-2耦合，叠片11-1套装在转子轴段一13-1、转子轴段二13-2上，径向电磁铁组件11-2设置在叠片11-1的外围，多组径向电磁铁组件11-2沿周向均匀布置。而磁悬浮轴向轴承12采用推力盘12-1与轴向电磁铁组件12-2耦合，推力盘12-1套装在转子轴段一13-1或转子轴段二13-2上，推力盘12-1的两侧对称设置轴向电磁铁组件12-2，且轴向电磁铁组件12-2沿周向均匀设置。

本发明中，电机轴13分为转子轴段一13-1和转子轴段二13-2，由2套磁悬浮径向轴承11作为电机轴13的径向定位支撑，其中一个转子轴段上还设有1套磁悬浮轴向轴承12实现电机轴13的轴向定位，且径向和轴向支撑定位系统通过DSP控制器、功率放大器形成一个闭环控制系统。

本发明中，采用电涡流、电感、电容或光电式等高灵敏度的位移传感器15，且必须满足响应速度快，抗干扰能力强等要求。功率放大器17须具备大功率、高带宽、大电流、高频响、抗干扰能力强等特点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器，包括永磁同步电机、雾化器上料及布料机构和雾化轮；其特征在于，所述永磁同步电机集成有高频电源，永磁同步电机内设有磁悬浮径向轴承和磁悬浮轴向轴承为电机轴提供径向和轴向支撑；电机轴伸出端依次套装雾化器上料及布料机构和雾化轮，雾化器上料及布料机构由分配器和进料管组成。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器，其特征在于，所述永磁同步电机的电机轴由中部线圈分隔为前后2个转子轴段，电机外壳作为定子；2个转子轴段的中部分别对称设磁悬浮径向轴承，磁悬浮径向轴承的内套套装在转子轴段上,与其耦合的径向电磁铁组件作为外套固定在电机外壳的端盖上；其中1个转子轴段的一端设置磁悬浮轴向轴承，磁悬浮轴向轴承由套装在转子轴段上的推力盘及与其耦合的轴向电磁铁组件组成；磁悬浮径向轴承和磁悬浮轴向轴承处至少分别设1组位置传感器组件连接DSP控制器，DSP控制器另外通过功率放大器连接径向电磁铁组件和轴向电磁铁组件，并形成闭环控制系统。

3.根据权利要求2所述的一种基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器，其特征在于，所述径向电磁铁组件、轴向电磁铁组件沿所在转子轴段周向设置8～16组，具体根据转子轴段的直径确定。

4.根据权利要求2所述的一种基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器，其特征在于，所述位置传感器组件由数个位置传感器组成,且同组的位置传感器沿周向均匀分布。

5.根据权利要求4所述的一种基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器，其特征在于，所述位置传感器为电涡流传感器、电感传感器、电容传感器或光电式传感器中的一种。

6.根据权利要求2所述的一种基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器，其特征在于，所述电机轴与电机壳体之间设保护轴承，且保护轴承与电机轴之间预留保护间隙。