磁悬浮电机结构设计要点

　　磁悬浮电机，定子和动子无接触运行的特种电机。按磁场作用力,分为吸引型和推斥型;按磁场耦合程度,分为悬浮力与驱动力独立控制型和悬浮力与驱动力耦合控制型;按定子和动子结构,分为磁悬浮旋转电机和磁悬浮直线电机。用于磁悬浮列车、磁悬浮轴承和磁悬浮人工心脏血泵等场合。

　　一、磁钢的设计

　　高速大功率的磁浮电机转子表面线速度会很高，大多采用实心轴的结构，从而减小转子外径来减小转子表面线速度。磁钢用厌氧胶直接贴在转轴上，磁钢之间的缝隙需要有填充物，保证电机在运行时磁钢不会攒动。这一点很重要，磁钢攒动会破坏转子初始动平衡，使磁轴承的控制难度加大，所以填充物一定要是硬质材料，不能变形。磁钢的设计上也应该注意，为减小涡流损耗，磁钢轴向进行分段设计，如下图所示，220厚的磁钢轴向分8段。

　　另外，磁钢贴在转子上后，外表面会缠碳纤维或者合金护套。

　　单块磁钢与转子的贴合面积过大，外表面缠碳纤维后，容易将磁钢压裂，即使缠绕时工艺性较好，没有裂开，电机运行一段时间后也容易甩裂开，所以设计时一定要注意将磁钢水平方向再分段，如下图所示，磁钢分五段，然后用胶水粘起来，保证磁钢不会被压裂开。

　　二、转子芯轴

　　在转子芯轴的设计上，采用三段轴的设计，两端轴承各一段，中间转子铁芯一段，如下图：

　　这种结构便于后续的拆卸维修，售后维护成本低。中间铁芯段可以采用硅钢片叠压成型，采用一些特殊的设计方法将其固定住，转子外径可以做的特别小。这种结构的电机问题是转子结构强度没有一整段的高，中间的工艺也复杂，但这些问题都是可以很容易克服的。而且这种转子不仅成本可以做低，性能上优势也很明显，我们知道，实心轴的转子高次谐波引起的涡流损耗较高，为了滤杂波，大多都会配一个电抗器或者正弦波滤波器，不谈电抗器的成本问题，即使配了滤波器，转子发热还是会很严重，特别是对于大功率的电机，转子发热严重是最头疼的问题。而这种三段式的结构中间段如果做成硅钢片式，发热会小很多，效率也高，也容易做散热，应该是未来大功率型电机的优选方案。

　　三、磁轴承

　　电机定子两端为径向磁悬浮轴承，说的通俗一点，这玩意就是个吸铁石，如下图所示：

　　上面的定子为磁悬轴承定子，定子齿上绕线，线圈通电后产生吸力，将下面的转子铁芯吸起来，定转子气隙大概在0.4mm左右。定子线圈对转子产生四个方向的吸力，对应的四个方向上有四个径向传感器，传感器实时采集数据，将转子保持在正中心，稍有偏离就会加大相应方向的电流将转子拉到中心位置。轴向的推力轴承也一样，两个推力轴承定子都去吸中间那个推力盘，保持推力盘在两个定子中间，同样也是轴向传感器监测推力盘的轴向位置。(磁轴承设计后续单独讲)

　　四、保护轴承

　　磁悬浮电机是都有保护轴承的，保护轴承内圈比转子外径大，一般单边会有0.2mm的间隙。电机停机的时候转子轴放置在保护轴承上，如下图所示：

　　运行时磁轴承先通电将转子浮起来，使转子与保护轴承不接触，停机时转子直接跌落到保护轴承上。保护轴承目前都是用一般的机械轴承(角接触球轴承和深沟球轴承)，这种抗跌落的大型机械轴承成本都比较高，后期还需要经常维护更换。就保护轴承而言，采用空气轴承作为磁悬浮轴承的保护轴承是未来的发展方向。

　　五、磁悬浮电动机的应用领域

　　1、电子工业方面：例如，大规模集成电路的生产过程，要求半导体硅片在超真空、无杂质密封室内加工，这对加工机器提出了苛刻的要求，不能用润滑油，不能产生尘粒和气体，因此采用磁悬浮电机直接控制的机器人及其操纵手臂成为理想的选择。

　　2、化工领域方面：因为磁悬浮电动机可以做成全封闭形式，所以它可以做成离心机、压缩机等，可以在污染严重的环境中工作，使用寿命长。

　　3、生命科学领域：人工心脏的泵体要求很高，用磁悬浮压缩泵正合适，现在国外研制成功的离心式和振动式磁悬浮人工心脏血泵，不仅效率高，而且可以防止血细胞破损、溶血、凝血和血栓等问题。

　　4、轨道交通方面：超导磁悬浮机车能实现超高速、大容量平稳安全地轮轨运输，极大地提高运输效率。

　　5、磁悬浮潜水泵：是完全在水中工作的，它能把地下的水提升到地面。潜水泵的用途很广，包括矿山抢险、建设施工排水、农业排灌、工业水循环、城乡居民引用水供应等。我国自主研发的磁悬浮潜水泵世界领先，它转换效率高、转速高、大流量、扬程上千米、检修周期长。磁悬浮潜水泵不仅可以泵水，还可以泵油、石油、化学液体等。

　　6、磁悬浮气体压缩机：无噪音、转速高、压缩效率高。

　　7、磁悬浮(无负压)加压供水增压机：代替传统的供水增压机，把满足设定压力的自来水送入市政供水的管网系统。

　　8、磁悬浮离心式鼓风机：它把磁悬浮技术和高速电机技术融入传统风机之中，是一种高效、节能、环保的新型鼓风机，广泛应用于工厂、矿井、隧道等场地的通风;城市污水处理;风洞风源等工业项目中。

　　9、扁平式的磁悬浮电动机：磁悬浮电机适用于电动自行车、电动摩托车、电动三轮车及电动汽车等电动机的更新换代。