CN102792039A - 磁性轴承和涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁性轴承结构，该磁性轴承结构包括永久磁铁，能够使旋转体旋转而没有额外的偏置电流，并使该永久磁铁易于磁化。根据本发明的磁性轴承结构包括设置在旋转轴的外侧面并与旋转轴的轴方向平行的环形永久磁铁、设置在永久磁铁的一侧上的线圈以及设置在线圈的外侧上并用于形成磁场路径的导体。根据此配置，旋转体根据永久磁铁的磁场而旋转，而无需给在磁性轴承中设置的线圈提供额外的偏置电流，并且该永久磁铁的磁化方向与旋转轴的轴方向平行，从而允许磁性轴承的容易磁化和提高的生产率。

Description

磁性轴承和涡轮机

技术领域

本发明涉及磁性轴承结构及具有其的涡轮机，并且它特别涉及用于使用在旋转体的一侧上设置的磁性轴承中的永久磁铁和电磁铁以允许电磁铁控制旋转体的位置并允许永久磁铁生成偏置磁场并然后控制永久磁铁的磁化方向对应于旋转轴的轴方向从而便于磁化的磁性轴承结构以及具有其的涡轮机。

背景技术

磁性轴承设备已被广泛用于各种精密机械设备。磁性轴承设备使旋转体悬置并根据由电磁铁生成的磁力支撑它。使用利用磁性轴承的设备，轴不接触轴承，因此由磨损引起的粉尘被抑制，润滑剂不被使用，并且噪声被减少。

一般的刚体具有六个自由度（DOF）。然而，常规的旋转体使轴旋转，所以不包括旋转轴的旋转运动的五个DOF必须被控制。因此，可适用于用于控制全部五个DOF的5轴控制设备的磁性轴承被分为径向磁性轴承和轴向磁性轴承。

关于磁性轴承，彼此面对的导体表面拉旋转体，并根据旋转体的位置变化来增加或减少磁力以稳定地支撑旋转体。然而，在这种情况下，根据由旋转体所引起的负载，预定的偏置磁场力必须被施加到旋转体。为了形成偏置磁力，使用永久磁铁以及电磁铁。在这里，为了划分电磁铁和永久磁铁的磁场的路径，提出了使用用于在一对电磁铁之间提供环形永久磁铁的方法的磁性轴承结构。

在上面构造的磁性轴承的情况下，环形永久磁铁的磁化方向必须垂直于旋转体的轴方向，即，永久磁铁必须在永久磁铁的半径方向上磁化。然而，磁化方法是困难的并且磁性轴承的生产效率可能恶化。因此，需要提供用于使永久磁铁容易磁化同时划分永久磁铁和电磁铁的磁场路径的磁性轴承结构。

在此背景章节中公开的上述信息仅用于加强本发明的背景的理解，并因此它可能包含并不形成现有技术的在这个国家对本领域的普通技术人员已知的信息。

发明详细说明

技术课题

本发明努力提供一种用于划分电磁铁和永久磁铁的磁场的路径以拦截其中路径的干扰并提供永久磁铁的容易磁化的磁性轴承结构及具有其的涡轮机。

解决技术课题的手段

本发明的示例性实施方式提供了一种磁性轴承结构，其包括：环形永久磁铁，其设置在旋转轴的一侧上并在与所述旋转轴的轴方向平行的方向上磁化；导体，其安装在所述永久磁铁的外侧上并用于形成磁场路径；以及线圈，其安装在所述导体内部。

所述磁性轴承结构还包括接触所述永久磁铁并连接到所述永久磁铁的支撑件，以及由所述永久磁铁引起的所述磁场路径经由所述支撑件穿过所述旋转轴而形成。

所述旋转轴还包括旋转板，以及所述磁场路径穿过所述旋转板而形成。

非磁性材料被填充在所述导体内部形成的空的空间中。

间隙在所述旋转板和所述导体之间形成。

本发明的另一实施方式提供了一种涡轮机，其包括：外壳；旋转轴，其安装在所述外壳内部；功率发送器，其连接到所述旋转轴并发送功率；以及磁性轴承，其被应用于所述旋转轴，其中，所述磁性轴承包括：环形永久磁铁，其设置在所述旋转轴的一侧上并环绕所述旋转轴；导体，其安装在所述永久磁铁的外侧上并用于形成磁场路径；以及线圈，其安装在所述导体内部，其中，所述永久磁铁在与所述旋转轴的轴方向平行的方向上磁化。

所述涡轮机还包括连接到所述旋转轴的旋转板，并且所述永久磁铁的磁场路径穿过所述旋转板而形成。

间隙在所述旋转板和所述导体之间形成。

所述涡轮机还包括接触所述永久磁铁并连接到所述永久磁铁的支撑件，以及由所述永久磁铁引起的所述磁场路径经由所述支撑件穿过所述旋转轴而形成。

所述涡轮机还包括连接到所述旋转轴的旋转板，以及所述永久磁铁的磁场路径穿过所述旋转板而形成。

间隙在所述旋转板和所述导体之间形成。

非磁性材料被填充在所述导体内部形成的空的空间中。

发明效果

根据本发明的实施方式，电磁铁和永久磁铁的磁场的路径被划分，额外的偏置电流没有通过由永久磁铁引起的偏置磁场施加到电磁铁，并且永久磁铁的磁化方向对应于旋转体的轴方向，从而便于永久磁铁的磁化并提高磁性轴承的生产率。

附图简述

图1示出根据本发明的示例性实施方式的具有磁性轴承结构的涡轮机的横截面视图。

图2示出图1所示的磁性轴承的横截面视图。

图3和图4示出根据本发明的另一示例性实施方式的磁性轴承的横截面视图。

图5和图6示出磁性轴承的驱动的横截面视图。

符号说明

1：涡轮机 110：永久磁铁

130：导体 100：磁性轴承

120：线圈 140：支撑件

具体实施方式

现在将参考附图详细描述本发明的示例性实施方式。

图1示出根据本发明的示例性实施方式的具有磁性轴承结构的涡轮机1的横截面视图。

根据本发明的示例性实施方式的涡轮机1包括外壳10、旋转轴20、功率发送器30和磁性轴承100。涡轮机1包括用于一般机床的多用途涡轮机，并且特别包括小涡轮机。

外壳10提供用于接纳旋转轴20的空间，并且旋转轴20涵盖旋转轴被驱动同时它被设定为垂直的情况以及旋转轴被驱动同时它被设定为水平的情况。功率发送器30包括通常使用的电机，并且功率发送器30可以设置在外壳10的内部或外部。磁性轴承100设置在旋转轴20的一侧上，同时在该侧上支撑旋转轴。

磁性轴承100包括永久磁铁110、线圈120和导体130。现将参考图2至图4给出进一步的详细描述。图2示出进一步包括支撑件140的磁性轴承100的横截面视图，图3示出修改的示例性变化的横截面视图，其中在图2所示的示例性实施方式中线圈120的位置被改变，以及图4示出没有支撑件140的磁性轴承100的横截面视图。

永久磁铁110是环型，并且它设置在旋转轴20的一侧上。用于偏置旋转轴20的磁路由永久磁铁110形成，而影响旋转轴20的偏置的附加电流没有被提供，所以旋转轴20浮动。图2和图3示出由永久磁铁110形成的磁场。在这种情况下例示出旋转板21另外被设置到旋转轴20并且旋转板21悬置，或旋转轴20和旋转板整体地形成并且它们悬置。此外，旋转轴20或旋转板21由导体制成。

在此实例中，永久磁铁110的磁化方向被设定为与旋转轴20的轴方向平行。也就是说，由于永久磁铁110的磁化，N极或S极不前进到旋转轴，因此与具有相对于旋转轴的方向垂直地磁化的另一永久磁铁的磁性轴承相比，由永久磁铁110形成的影响旋转轴20的偏置的磁场的形成没有变为对称的。然而，一般来说，导体130的透射率是良好的以及偏置磁场的形成没有变为对称的事实不显著影响由永久磁铁110的偏置磁场引起的旋转轴20或旋转板21的悬置。

因此，由永久磁铁110形成的偏置磁通量穿过旋转轴20或旋转板21以及导体130，它返回到永久磁铁110，并且旋转轴20或旋转板21悬置。

线圈120设置在永久磁铁110的一侧上。线圈120被例示为在永久磁铁110的外部形成并具有用于环绕旋转轴20的环形状，但是该形状并不限于此。也就是说，它可以被形成为相对于旋转轴20的彼此面对的一对。电流流至线圈120以形成磁场，以便控制旋转轴20或旋转板21的悬置位置。也就是说，当旋转轴20或旋转板21的位置在轴方向上改变时，电流的大小或方向被改变以控制旋转轴20或旋转板21的轴方向的位置变化。稍后将描述详细的驱动。

影响磁场的路径的形成的导体130设置在线圈120与永久磁铁110的外部。导体130影响由永久磁铁110形成的用于偏置旋转轴20或旋转板21的磁场和由线圈120形成的用于控制旋转轴20或旋转板21的位置变化的磁场的路径的形成。在导体130和旋转板21之间形成间隙。也就是说，一般来说，用于感测间隙的传感器40设置在磁性轴承100的内部或外部，并且由于间隙根据传感器40而改变，提供到线圈120的电流的大小或方向被改变以使间隙维持在预定范围内并控制旋转轴20或旋转板21的位置变化。

磁性轴承100还包括支撑件140。支撑件140被例示为接触永久磁铁110并连接到其。支撑件140理想地形成有导体。支撑件140接触永久磁铁110并连接到其，并且永久磁铁110的磁化方向与旋转轴20的轴方向平行，因此由磁化引起的N极或S极接触支撑件140。在此实例中，由永久磁铁110生成的磁场的路径穿过支撑件140经由旋转轴20或旋转板21而形成。在这种情况下，由永久磁铁110形成的影响旋转轴20的偏置的磁场的形成没有变为对称的。然而，在以上描述的类似方式中，偏置磁场的形成没有变为对称的事实不显著影响由永久磁铁110的偏置磁场引起的旋转轴20或旋转板21的悬置。

当支撑件140被提供时，在导体130和旋转板21之间也形成间隙。也就是说，一般来说，用于感测间隙的传感器40影响磁性轴承100，并且由于间隙根据传感器40而改变，提供到线圈120的电流的大小或方向被改变以使间隙维持在预定范围内并控制旋转轴20或旋转板21的位置变化。

如图3所示，永久磁铁110设置在导体130的内部空间中，支撑件140设置在永久磁铁110上，以及线圈120设置在支撑件140上。在这种情况下，线圈120的功能对应于上述描述。

另外，通过上述构成元件的布置，由线圈120、导体130和支撑件140（其中支撑件140与旋转板21可互换）包围的空的空间形成，并且用非磁性材料如Cu或Al填充空的空间是合乎需要的。以导体130的类似方式，填充的非磁性材料用于形成磁场的路径并且它支撑线圈120。

现将参考图2、图5和图6描述使用根据本发明的磁性轴承100的结构的涡轮机1的驱动。包括支撑件140的驱动将被示例性地描述，并且具有支撑件140的驱动情况具有相同的原理。

磁性轴承100用于旋转轴20，并且在此实例中，旋转轴20示例性地包括旋转板21并且磁性轴承100用于旋转板21是合乎需要的。在此实例中，旋转板21形成有导体。

当磁性轴承100用于旋转板21时，如图2所示，旋转板21通过由永久磁铁110生成的磁场而悬置。在此实例中，永久磁铁110的磁化方向与旋转轴20的轴方向平行，使得磁场的形成没有变为对称的。该形成不显著影响旋转板21的悬置。

当旋转轴20根据涡轮机1的操作旋转时，旋转板21旋转，并且在此实例中，旋转板21旋转，同时改变在轴方向上的位置。因此，需要将旋转板21的位置变化控制在预定范围内。一般来说，可通过借助于附接到磁性轴承100的内部或外部的传感器40检测旋转板21的位移来检查旋转板21的位置变化。

当在如图5所示的图中旋转板21向下移动时，由永久磁铁110形成的磁场被由线圈120形成的磁场增加或减少，流到线圈120的电流的大小或方向被控制，使得向下的磁场的方向可能大于向上的磁场，然后旋转板21向上移动。

当在图中旋转板21向上移动时，如图6所示，由永久磁铁110形成的磁场被由线圈120形成的磁场增加或减少，流到线圈120的电流的大小或方向被控制，使得向上的磁场的方向可能大于向下的磁场，然后旋转板21向下移动。

通过如所描述的控制旋转板21的位置，将旋转板21和导体130之间的间隙维持在预定范围内。

虽然已结合目前被认为是实际示例性实施方式的内容描述了本发明，但是应理解，本发明并不限定于所公开的实施方式，而相反旨在涵盖被包括在所附权利要求的精神和范围之内的各种修改和等效布置。

本发明的范围因此不应该被解释为限于本文所阐述的示例性实施方式，而应该由所附权利要求及其等效形式限定。

Claims (12)

1.一种磁性轴承结构，包括：

环形永久磁铁，其设置在旋转轴的一侧上并在与所述旋转轴的轴方向平行的方向上磁化；

导体，其安装在所述永久磁铁的外侧上并用于形成磁场路径；以及

线圈，其安装在所述导体内部。

2.如权利要求1所述的磁性轴承结构，其中，所述磁性轴承结构包括：

支撑件，其接触所述永久磁铁并连接到所述永久磁铁，以及

其中，由所述永久磁铁引起的所述磁场路径经由所述支撑件穿过所述旋转轴而形成。

3.如权利要求1或权利要求2所述的磁性轴承结构，其中，

所述旋转轴还包括旋转板，以及

所述磁场路径穿过所述旋转板而形成。

4.如权利要求1或权利要求2所述的磁性轴承结构，其中，

非磁性材料被填充在所述导体内部形成的空的空间中。

5.如权利要求3所述的磁性轴承结构，其中，

间隙在所述旋转板和所述导体之间形成。

6.一种涡轮机，包括：

外壳；

旋转轴，其安装在所述外壳内部；

功率发送器，其连接到所述旋转轴并发送功率；以及

磁性轴承，其被应用于所述旋转轴，其中

所述磁性轴承包括：

环形永久磁铁，其设置在所述旋转轴的一侧上并环绕所述旋转轴；

导体，其安装在所述永久磁铁的外侧上并用于形成磁场路径；以及

线圈，其安装在所述导体内部，以及

其中，所述永久磁铁在与所述旋转轴的轴方向平行的方向上磁化。

7.如权利要求6所述的涡轮机，还包括：

旋转板，其连接到所述旋转轴，其中，

所述永久磁铁的磁场路径穿过所述旋转板而形成。

8.如权利要求7所述的涡轮机，其中，

间隙在所述旋转板和所述导体之间形成。

9.如权利要求6所述的涡轮机，还包括：

支撑件，其接触所述永久磁铁并连接到所述永久磁铁，其中

由所述永久磁铁引起的磁场路径经由所述支撑件穿过所述旋转轴而形成。

10.如权利要求9所述的涡轮机，还包括：

旋转板，其连接到所述旋转轴，其中

所述永久磁铁的磁场路径穿过所述旋转板而形成。

11.如权利要求10所述的涡轮机，其中，

间隙在所述旋转板和所述导体之间形成。

12.如权利要求6至权利要求11中的任一项所述的磁性轴承结构，其中，

非磁性材料被填充在所述导体内部形成的空的空间中。

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