CN1301583C - 被动磁悬浮式无刷直流电机 - Google Patents
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Abstract
一种被动磁悬浮式无刷直流电机，由壳体、定子、转子、转轴，和两个具有对称结构的被动式磁力轴承组成，壳体内中间安放电机的定子铁心，左右分别放置两组被动式磁力轴承的永磁外环，电机转子与两个被动式磁力轴承的永磁内环固定在一个非导磁材料制作的转轴上，磁力轴承永磁环采用轴向充磁，电机转子永磁体采用径向充磁，本发明实现了悬浮力不需要控制的电机磁悬浮，省去了转子位移检测和悬浮力控制装置，提高了运行可靠性和系统效率，特别适于要求体积小和免维护的人工心脏旋转血泵应用，本发明所提出的被动式磁悬浮结构，不仅适用于无刷直流电机，而且适用于其他结构形式的电机。
Description
技术领域
本发明属于一种电机，特别涉及一种被动磁悬浮式无刷直流电机。
背景技术
由于无机械磨损和噪声，非接触式磁力轴承广泛用于高速电机以及如人工心脏旋转血泵等对轴承免维护要求的特殊应用领域。有多种非接触式旋转电机，其中最具吸引力的是无轴承电机结构，其转子的旋转力矩和悬浮力皆由电机的定转子本身产生，而不需要任何传统的还是磁力的轴承，然而转矩和磁悬浮力解耦控制技术的复杂性限制了无轴承电机的实际应用。具有主动式磁力轴承的电机虽然可以实现电磁转矩与悬浮力的解耦控制，其控制技术比无轴承电机相对简单一些，但仍需要转子位置的多个自由度的动态检测和悬浮力的实时控制，其控制技术仍然比较复杂。如果能够实现磁悬浮而又不需要复杂的控制技术，将对磁悬浮技术在电机中的实际应用具有重大的推动作用。
发明内容
针对无轴承电机和具有主动式磁力轴承电机需要进行多个自由度的转子位置动态检测和悬浮力实时控制的问题，本发明提供一种不需要悬浮力控制的被动磁悬浮式无刷直流电机。
本发明采用永磁体构成的被动式磁力轴承结构，通过合理设计，实现了不需要悬浮力控制的电机转子稳定磁悬浮。本发明的被动磁悬浮式电机由壳体、电机的定子和转子、转轴以及具有对称结构的两个被动式磁力轴承构成。被动式磁力轴承由两组具有相同几何尺寸和磁性能的永磁内环和外环组成，每组永磁环的轴向充磁方向相同，而两组永磁环的轴向充磁方向相反。每组永磁环的内环相对于外环有一个向左或向右的轴向位移，两组永磁环内外环之间的轴向位移量相等而方向相反。磁力轴承内外环之间的气隙远小于电机定转子之间的气隙，磁力轴承内外环间的轴向偏移必须大于一定值，即必须大于最大轴向力对应的轴向偏移值，以保证电机转子的稳定径向悬浮和轴向稳定性。壳体可采用金属或非金属材料做成圆筒状。壳体内中间安放电机的定子铁心，左右分别放置两组被动式磁力轴承的永磁外环。电机转子与两个被动式磁力轴承的永磁内环固定在一个非导磁材料制作的转轴上。定子铁心由开有一定数量槽的电工钢片叠压而成，槽中放置定子绕组。无刷直流电机的转子由具有一定极数和磁化方向的瓦片状永磁体固定在导磁或非导磁的转子轭上，然后固定在转轴上。磁力轴承和电机转子的永磁体皆采用高性能稀土永磁钕铁硼材料，磁力轴承永磁环采用轴向充磁，而电机转子永磁体采用径向充磁。
本发明的关键技术是如何解决被动式磁力轴承的稳定性问题。根据经典磁力轴承理论，由永磁体构成的被动式磁力轴承不可能获得稳定的平衡，至少需要在一个自由度方向上施加另外的约束才行。本发明采用了两组结构尺寸和磁性能相同的永磁环，利用其对称性巧妙地实现了被动式磁力轴承的径向和轴向的稳定性。理论分析与样机实验证明，被动式磁力轴承的轴向力与内外永磁环之间的轴向位移有关，而且存在一个最大值，当轴向位移小于某值时轴向力随轴向位移的增大而增大，而当轴向位移大于某值时轴向力随轴向位移的增大而减小。通过施加轴向偏置位移以避开不稳定区，利用两个磁力轴承的轴向对称关系，便可保证整个电机转子系统的轴向稳定性。通过磁力轴承永磁环的宽度、厚度及相互间的气隙以及与电机定转子之间气隙等参数的合理匹配，可实现电机转子径向的稳定磁悬浮。
本发明的优点是实现了悬浮力不需要控制的电机磁悬浮，省去了磁悬浮无轴承电机和主动式磁力轴承电机复杂的转子位置动态检测和悬浮力实时控制装置，不仅提高了运行可靠性和系统效率，而且对于置入人体内要求体积很小和免维护的人工心脏旋转血泵等应用场合，更具有其特殊的优越性。由于仅需要对电机的转矩进行控制，其控制技术比较简单。对于本发明所示的无刷直流电机，采用的是无位置传感器的变频调速控制方法。本发明所提出的被动式磁悬浮结构，不仅适用于无刷直流电机，而且适用于其他结构形式的电机，如感应式、磁阻式和永磁式转子的电机。
附图说明
图1为本发明磁力轴承双内环向电机定子偏移的结构示意图。
图2为本发明磁力轴承双内环向电机定子反向偏移的结构示意图。
图中：1壳体，2定子铁心，3定子绕组，4永磁转子，5转子轭，6磁力轴承永磁外环，7磁力轴承永磁内环，8非导磁转轴，9固定磁力轴承外环的非导磁环。图中箭头所示方向为充磁方向。
具体实施方式
如附图所示，本发明主要由电机和被动式磁力轴承两大部分组成。电机由固定在壳体1上的定子铁心2、定子绕组3以及固定在转子轭5和非导磁转轴8上的永磁转子4组成。定子铁心由电工钢片叠压而成，并开有一定数量的槽用以放置定子绕组，绕组的电源线通过壳体1上的孔引出。永磁转子4由径向充磁的永磁体构成。被动式磁力轴承由两组具有相同几何尺寸和磁性能的永磁内环7和外环6组成，每组永磁环的轴向充磁方向相同，而两组永磁环的轴向充磁方向相反。每组永磁环的内环相对于外环有一个向左或向右的轴向位移，可构成附图所示的两种被动式磁力轴承结构形式，两组永磁环内外环之间的轴向位移量相等而方向相反。被动式磁力轴承的外环6通过非导磁套9固定在壳体1上，而内环7直接固定在非导磁转轴8上。
本实施例中，磁力轴承内外环皆由轴向充磁的钕铁硼永磁材料制成，内外环厚度和长度分别为5和10mm，外环直径26mm，内外环之间气隙为0.4mm，内外环间的轴向偏移约为1.5mm。无刷直流电机的定子铁心由0.35mm的电工钢片叠压而成，开有12槽，放置对称三相绕组，定子铁心内外径分别为18mm和36mm，轴向长10mm。转子由径向充磁的四块长10mm、厚2mm的钕铁硼永磁体瓦片粘接在转子轭上，电机定转子间的气隙为2mm。
Claims (3)
1.一种被动磁悬浮式无刷直流电机，包含有壳体、定子、转子和转轴，其特征在于该直流电机还设有两个具有对称结构的被动式磁力轴承，壳体内中间安放电机的定子铁心，左右各放置一组被动式磁力轴承的永磁外环，电机转子与两个被动式磁力轴承的永磁内环固定在一个非导磁材料制作的转轴上，磁力轴承的永磁内环和外环采用轴向充磁，电机转子永磁体采用径向充磁，其所述被动式磁力轴承由两组具有相同几何尺寸和磁性能的永磁内环和外环组成，每组永磁环包括内环和外环，其轴向充磁方向相同，而两组永磁环的轴向充磁方向相反，每组永磁环的内环相对于外环有一个向左或向右的轴向位移，两组永磁环内外环之间的轴向位移量相等而方向相反，其所述被动式磁力轴承的永磁内环和外环之间的气隙小于电机定转子之间的气隙，磁力轴承永磁内环和外环间的轴向偏移必须大于最大轴向力对应的轴向偏移值。
2.根据权利要求1所述的被动磁悬浮式无刷直流电机，其特征在于所述定子铁心是由开有一定数量槽的电工钢片叠压而成，槽中放置定子绕组。
3.根据权利要求1所述的被动磁悬浮式无刷直流电机，其特征在于所述转子由具有一定极数和磁化方向的瓦片状永磁体固定在导磁或非导磁的转子轭上，然后固定在转轴上。
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|---|---|
| CN (1) | CN1301583C (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102355172A (zh) * | 2011-09-28 | 2012-02-15 | 兰州海兰德泵业有限公司 | 一种磁耦合悬浮式复合动作机构 |
| US10722631B2 (en) | 2018-02-01 | 2020-07-28 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular blood pumps and methods of use and manufacture |
| US11185677B2 (en) | 2017-06-07 | 2021-11-30 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular fluid movement devices, systems, and methods of use |
| US11511103B2 (en) | 2017-11-13 | 2022-11-29 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular fluid movement devices, systems, and methods of use |
| WO2022261733A1 (pt) * | 2021-06-17 | 2022-12-22 | Weg Equipamentos Elétricos S.a. | Sistema de alinhamento axial para rotor de máquina elétrica girante e máquinas elétricas girantes correspondentes |
| US11654275B2 (en) | 2019-07-22 | 2023-05-23 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular blood pumps with struts and methods of use and manufacture |
| US11724089B2 (en) | 2019-09-25 | 2023-08-15 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular blood pump systems and methods of use and control thereof |
| US11964145B2 (en) | 2019-07-12 | 2024-04-23 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular blood pumps and methods of manufacture and use |
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Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1322244C (zh) * | 2005-05-27 | 2007-06-20 | 南京航空航天大学 | 永磁偏置径向磁轴承 |
| CN102003461B (zh) * | 2009-08-31 | 2012-09-05 | 卓向东 | 不完整环形干扰波磁悬浮轴承 |
| CN101951114B (zh) * | 2010-10-08 | 2012-07-25 | 中南大学 | 一种永磁悬浮支承圆筒型直线电机 |
| CN102306995B (zh) * | 2011-08-26 | 2013-08-28 | 北京航空航天大学 | 一种永磁偏置无轴承开关磁阻电机 |
| CN102434587B (zh) * | 2011-09-19 | 2013-08-21 | 北京航空航天大学 | 具有被动阻尼作用的永磁被动式轴向磁悬浮轴承 |
| CN104930056A (zh) * | 2014-03-18 | 2015-09-23 | 卓向东 | 具有径向轴向两种悬浮功能的磁悬浮轴承 |
| CN104251262A (zh) * | 2014-09-09 | 2014-12-31 | 骄阳山水（江苏）油气工程技术有限公司 | 用于涡轮钻具的磁悬浮轴承节 |
| CN105477706B (zh) * | 2016-01-14 | 2018-01-26 | 山东大学 | 双定子混合支承人工心脏泵 |
| CN107420424A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-12-01 | 深圳智慧能源技术有限公司 | 永磁式磁悬浮轴承 |
| CN107124069B (zh) * | 2017-06-15 | 2023-11-10 | 北京昆腾迈格技术有限公司 | 一种磁悬浮转子支承系统、磁悬浮电机及吸尘器 |
| CN107769622B (zh) * | 2017-11-30 | 2019-05-17 | 北京理工大学 | 一种径向磁悬浮式电机 |
| CN108123562B (zh) * | 2017-12-19 | 2021-04-16 | 河北师范大学 | 一种无轴承永磁同步电机 |
| CN108861746B (zh) * | 2018-07-23 | 2020-04-10 | 威海先优包装科技有限公司 | 一种卷纸的磁悬浮电驱型自动复卷装置 |
| CN109268390A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-01-25 | 北京航空航天大学 | 一种精密跟踪支架用多线圈轴向磁轴承 |
| CN114301231A (zh) * | 2020-09-22 | 2022-04-08 | 罗伯特·博世有限公司 | 电磁布置结构及具有电磁布置结构的电机 |
| CN112865421B (zh) * | 2020-12-21 | 2024-04-09 | 山东大学 | 一种五自由度单绕组无轴承磁悬浮电机 |
| CN112855517A (zh) * | 2021-02-20 | 2021-05-28 | 江苏可奈力机械制造有限公司 | 一种永磁轴承支承式柱塞泵 |
| CN114928214A (zh) * | 2022-04-16 | 2022-08-19 | 迈思维动力技术（常州）有限公司 | 一种磁悬浮电机系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4633109A (en) * | 1984-10-23 | 1986-12-30 | Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft | Electronically commutated, collectorless direct-current motor |
| US4970423A (en) * | 1984-12-10 | 1990-11-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Stepper motor with a rotor teeth sensor |
| CN1263373A (zh) * | 2000-03-03 | 2000-08-16 | 广东工业大学 | 一种新型混合励磁无刷直流电机 |
-
2003
- 2003-07-15 CN CNB03133718XA patent/CN1301583C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4633109A (en) * | 1984-10-23 | 1986-12-30 | Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft | Electronically commutated, collectorless direct-current motor |
| US4970423A (en) * | 1984-12-10 | 1990-11-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Stepper motor with a rotor teeth sensor |
| CN1263373A (zh) * | 2000-03-03 | 2000-08-16 | 广东工业大学 | 一种新型混合励磁无刷直流电机 |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102355172B (zh) * | 2011-09-28 | 2014-09-17 | 兰州海兰德泵业有限公司 | 一种磁耦合悬浮式复合动作机构 |
| CN102355172A (zh) * | 2011-09-28 | 2012-02-15 | 兰州海兰德泵业有限公司 | 一种磁耦合悬浮式复合动作机构 |
| US11717670B2 (en) | 2017-06-07 | 2023-08-08 | Shifamed Holdings, LLP | Intravascular fluid movement devices, systems, and methods of use |
| US11185677B2 (en) | 2017-06-07 | 2021-11-30 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular fluid movement devices, systems, and methods of use |
| US11511103B2 (en) | 2017-11-13 | 2022-11-29 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular fluid movement devices, systems, and methods of use |
| US11229784B2 (en) | 2018-02-01 | 2022-01-25 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular blood pumps and methods of use and manufacture |
| US10722631B2 (en) | 2018-02-01 | 2020-07-28 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular blood pumps and methods of use and manufacture |
| US12076545B2 (en) | 2018-02-01 | 2024-09-03 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular blood pumps and methods of use and manufacture |
| US12161857B2 (en) | 2018-07-31 | 2024-12-10 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular blood pumps and methods of use |
| US12220570B2 (en) | 2018-10-05 | 2025-02-11 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular blood pumps and methods of use |
| US11964145B2 (en) | 2019-07-12 | 2024-04-23 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular blood pumps and methods of manufacture and use |
| US11654275B2 (en) | 2019-07-22 | 2023-05-23 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular blood pumps with struts and methods of use and manufacture |
| US11724089B2 (en) | 2019-09-25 | 2023-08-15 | Shifamed Holdings, Llc | Intravascular blood pump systems and methods of use and control thereof |
| US12102815B2 (en) | 2019-09-25 | 2024-10-01 | Shifamed Holdings, Llc | Catheter blood pumps and collapsible pump housings |
| US12121713B2 (en) | 2019-09-25 | 2024-10-22 | Shifamed Holdings, Llc | Catheter blood pumps and collapsible blood conduits |
| WO2022261733A1 (pt) * | 2021-06-17 | 2022-12-22 | Weg Equipamentos Elétricos S.a. | Sistema de alinhamento axial para rotor de máquina elétrica girante e máquinas elétricas girantes correspondentes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1472874A (zh) | 2004-02-04 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |