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无轴承电机适用于超纯水泵用途简介
发布时间:2014-10-12        浏览次数:577        返回列表


轴承电机不使用球轴承和滑动轴承,能够在非接触的状态下利用磁力支撑轴,并同时施加旋转力。

无轴承电机因为无需滑座,所以具有以下特征:

(1)几乎不产生灰尘;

(2)能够高速旋转;

(3)能够耐极低温、真空等难以使用润滑油的环境;

(4)噪声小;

(5)基本上无摩擦损失。因此一直是研究的热点。

 以往虽然有过在电机上另行安装磁轴承的先例,但是随着电机的大型化,出现了不管电机是否运转,都需要随时供应悬浮电力的课题。对此,研究人员通过灵活利用电机旋转的驱动机构,开发出了旋转的同时使轴悬浮的方式,但这种方式普遍存在浮力较小、扭矩远远低于普通电机等问题。

在研究中发现,交替极型结构极为适合于无轴承电机结构。浮力能够达到此前的无轴承电机的30倍以上,扭矩也只比普通电机降低10%左右。

交替极型的结构如下:使转子中嵌入的永磁铁全部沿同一方向(例如N极全部朝外),并在磁铁与磁铁之间设置铁心。这样,转子外侧N极发出的磁通量将首先进入对置的定子,然后出现弯转,由定子进入转子的铁心(即铁心成为S极。成为“交替极”),最后返回该磁铁S极,形成磁路。交替极型结构最初由英国研究人员开发,其目的是减少磁铁数量,以降低电机价格。

使用上述转子时,由于支撑轴的磁通量全部通过转子的铁心,因此,即使增加永磁铁的厚度,也不会出现退磁现象,并且,无论转子位于什么角度,都可产生稳定的对轴支持力。不需要类似编码器的角度位置传感器及其相应的高速控制。

此次应用于超纯水泵的是5轴控制无轴承电机。可以对电机径向轴位差(二维)、轴向位差、轴沿径向倾斜位差(二维),共计5个轴向进行控制。电机直径不到200mm,去除轴的突起部分后,电机全长也不到200mm。具有最高转速6000rpm、功率1.2kW、最大扭矩约2N·m的性能。轴向载荷约为100N。另外,轴位置的控制使用渦流式传感器

开发此次电机的难点在于必须把转子和定子的间隙扩大到5mm。

由于泵为密封泵,线圈部分密封,在水中也能够使用,叶轮和电机都可直接置于水中。也就是说,转子和定子均由树脂覆盖,之间通入水,需要额外设置一定间隙,缩小对水的阻力。为此,该公司这次在转子和定子周围设置了2mm的树脂层,并在树脂层之间设置了1mm的间隙。“普通电机的间隙为0.5mm左右。为了把这一距离扩大10倍,并且使其在无轴承的情况下高效工作,设计过程非常艰辛”。因为当间隙较小时,二维电磁场分析可以与实验结果一致,如果扩大间隙,设计就需要使用三维电磁场分析。     

5轴控制超纯水泵,除了在恶劣环境下使用的用途之外,还将最大限度地利用无机械轴承的优势,向可使高速旋转的轴进行缓慢位移等特殊用途进军。