無軸承電機不使用球軸承和滑動軸承昧廷,能夠在非接觸的狀態(tài)下利用磁力支撐軸暮的,并同時施加旋轉(zhuǎn)力喂走。2008年5月28日胳施,致力于無軸承電機實用化的風(fēng)險公司——Motor Solution(總部:千葉縣野田市)宣告成立熟空。該公司將首先投產(chǎn)用于半導(dǎo)體制造工廠中的超純水泵的電機际终,使銷售額達到約100萬日元姿记。
該公司為大學(xué)創(chuàng)辦的風(fēng)險公司月锅,其目的是投產(chǎn)東京理科大學(xué)理工學(xué)部電氣電子信息工學(xué)系教授千葉明等人開發(fā)的“交替極型(Consequent-Pole)”無軸承電機癌炒。董事長由千葉教授學(xué)生時代一起進行研究的楊仲慶擔(dān)任,千葉教授任專務(wù)董事迹蛤。楊仲慶還是提供電機驅(qū)動用逆變電路受托開發(fā)的Myway技研公司董事長民珍。Motor Solution的注冊資本為1400萬日元,由長年與千葉一起從事研究的人員提供盗飒。新公司的目標(biāo)是在業(yè)務(wù)化后第三年嚷量,使無軸承電機的開發(fā)陋桂、制造與銷售,以及普通電機的受托服務(wù)的合計銷售額達到1億日元蝶溶。
無軸承電機因為無需滑座嗜历,所以具有以下特征:
(1)幾乎不產(chǎn)生灰塵;
(2)能夠高速旋轉(zhuǎn)抖所;
(3)能夠耐極低溫梨州、真空等難以使用潤滑油的環(huán)境;
(4)噪聲刑镌暴匠;
(5)基本上無摩擦損失。因此一直是研究的熱點傻粘。
以往雖然有過在電機上另行安裝磁軸承的先例每窖,但是隨著電機的大型化,出現(xiàn)了不管電機是否運轉(zhuǎn)迹遏,都需要隨時供應(yīng)懸浮電力的課題神肖。對此,研究人員通過靈活利用電機旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動機構(gòu)晴顷,開發(fā)出了旋轉(zhuǎn)的同時使軸懸浮的方式排憨,但這種方式普遍存在浮力較小、扭矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通電機等問題狮善。
千葉教授在研究中發(fā)現(xiàn)翻粘,交替極型結(jié)構(gòu)極為適合于無軸承電機結(jié)構(gòu)。浮力能夠達到此前的無軸承電機的30倍以上换募,扭矩也只比普通電機降低10%左右潘羡。
交替極型的結(jié)構(gòu)如下:使轉(zhuǎn)子中嵌入的永磁鐵全部沿同一方向(例如N極全部朝外),并在磁鐵與磁鐵之間設(shè)置鐵心洲稽。這樣坎隶,轉(zhuǎn)子外側(cè)N極發(fā)出的磁通量將首先進入對置的定子,然后出現(xiàn)彎轉(zhuǎn)蚂朽,由定子進入轉(zhuǎn)子的鐵心(即鐵心成為S極刮吧。成為“交替極”),最后返回該磁鐵S極掖蛤,形成磁路杀捻。交替極型結(jié)構(gòu)最初由英國研究人員開發(fā),其目的是減少磁鐵數(shù)量蚓庭,以降低電機價格致讥。
使用上述轉(zhuǎn)子時,由于支撐軸的磁通量全部通過轉(zhuǎn)子的鐵心器赞,因此垢袱,即使增加永磁鐵的厚度墓拜,也不會出現(xiàn)退磁現(xiàn)象,并且请契,無論轉(zhuǎn)子位于什么角度撮弧,都可產(chǎn)生穩(wěn)定的對軸支持力。不需要類似編碼器的角度位置傳感器及其相應(yīng)的高速控制姚糊。
此次應(yīng)用于超純水泵的是5軸控制無軸承電機贿衍。可以對電機徑向軸位差(二維)婆跋、軸向位差冈哮、軸沿徑向傾斜位差(二維),共計5個軸向進行控制簇精。電機直徑不到200mm啃嫂,去除軸的突起部分后,電機全長也不到200mm载秀。具有最高轉(zhuǎn)速6000rpm吻唐、功率1.2kW、最大扭矩約2N·m的性能泥贷。軸向載荷約為100N武瘟。另外,軸位置的控制使用渦流式傳感器洼眶。
開發(fā)此次電機的難點在于必須把轉(zhuǎn)子和定子的間隙擴大到5mm茴典。由于泵為密封泵,線圈部分密封白庙,在水中也能夠使用消院,葉輪和電機都可直接置于水中。也就是說搬设,轉(zhuǎn)子和定子均由樹脂覆蓋穴店,之
間通入水,需要額外設(shè)置一定間隙拿穴,縮小對水的阻力泣洞。為此,該公司這次在轉(zhuǎn)子和定子周圍設(shè)置了2mm的樹脂層贞言,并在樹脂層之間設(shè)置了1mm的間隙斜棚》У伲“普通電機的間隙為0.5mm左右该窗。為了把這一距離擴大10倍,并且使其在無軸承的情況下高效工作蚤霞,設(shè)計過程非常艱辛”(千葉教授)酗失。因為當(dāng)間隙較小時义钉,二維電磁場分析可以與實驗結(jié)果一致,如果擴大間隙规肴,設(shè)計就需要使用三維電磁場分析捶闸。
Motor Solution的競爭對手是總部位于瑞士蘇黎世的Levitronics。
Levitronics的產(chǎn)品為2軸控制塞姻,當(dāng)水壓突然改變時蚌长,軸會發(fā)生傾斜,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和定子碰撞尺澜。此次绵顷,MotorSolution將搶在Levitronics之前上市5軸控制超純水泵,除了在惡劣環(huán)境下使用的用途之外厅肩,還將最大限度地利用無機械軸承的優(yōu)勢螺蜻,向可使高速旋轉(zhuǎn)的軸進行緩慢位移等特殊用途進軍。