CN105041869B - 用于偏置补偿的推力磁轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于偏置补偿的推力磁轴承，并且更特别地，涉及以下用于偏置补偿的推力磁轴承：其中环形永磁体和环形电磁体被布置为相对于悬浮构件面向彼此，并且永磁体形成为在轴向方向上的其长度不对称，以从而通过永磁体在轴向方向的长度的不同来施加用于补偿偏置的吸引力以补偿偏置，并且不需要用于偏置磁通量的电流供应，节省了能量。

Description

用于偏置补偿的推力磁轴承
发明背景
(a)发明领域
本发明涉及用于偏置补偿的推力磁轴承，并且更具体地，涉及以下用于偏置补偿的推力磁轴承：其中环形永磁体和环形电磁体被布置为相对于悬浮构件(levitatedmember)面向彼此，并且永磁体形成为在轴向方向的其长度不对称，以从而通过永磁体在轴向方向的长度的不同来补偿偏置。
(b)相关技术的描述
相关技术的一般轴承摩擦地彼此接触，并且从而，最小化摩擦接触的磁轴承已经普遍用于各个领域中。
如韩国专利公开公布第2009-0070178号(题为：“Cylindrical System ForMeasuring Displacement In Radial Direction of Magnetic Bearing UsingCapacitance And Method For Determining Fault Thereof”，公布日期：2009.07.01)中公开的，具有强磁性的磁体或电磁体布置在旋转轴的圆周上，并且悬浮构件通过磁悬浮使旋转轴漂浮以充当轴承。
以上描述的磁轴承是有利的，在于：因为其不与轴或悬浮构件接触，所述消除了摩擦接触；并且因为其部件不磨损和损坏，所以获得其高耐用性并且产生较小噪音。
图1是图示其中悬浮构件仅由电磁体支撑的相关技术的现行的推力磁轴承的示例的视图。
图1中图示的现行推力磁轴承通过根据悬浮构件的位置调节供应至电磁线圈的电流的量来一致地维持悬浮构件的位置。
然而，在图1中图示的现行推力磁轴承中，由于偏置磁力需要预先施加至悬浮构件，所以应该连续供应恒定的偏置电流，引起降低效率的高能量损失并且引起过度的温度增加。
图2是图示其中电磁体连同永磁体一起来支撑悬浮构件的相关技术的混合推力磁轴承的示例的视图。
已经设计图2中图示的电磁体和永磁体被设置在一起的混合推力磁轴承以克服图1中图示的现行推力磁轴承的缺点。在混合推力磁轴承中，使用环形永磁体预先形成偏置磁力，并且通过调节应用至电磁体的电流的量来控制悬浮构件的位置。
在如图2中图示的电磁体和永磁体被设置在一起的混合推力磁轴承中，由于不需要用于偏置磁通量的电流供应，所以可以节省能量，并且温度增加是低的。
然而，如图3中图示的，在电磁体和永磁体被设置在一起的混合推力磁轴承中，在轴布置在纵向方向并且永磁体不可附接至转子特别地不可附接至由磁轴承支撑的转子的上表面的情况下，用于补偿重力的电流应该连续供应。
详细地，在转子以纵向方向布置并且由磁轴承支撑的情况下，通常，永磁体布置在转子的上表面上，以便通过利用永磁体的吸引力来补偿作用在转子上的重力。
然而，在比如叶轮附接至其上部部分的涡轮机的装置中，或者在比如叶片附接至其上部部分的离心分离器的装置中，用于补偿转子的重力的永磁体不可附接至转子的上部部分。
因此，为了解决此问题，电流应该连续供应，以补偿转子的重力，其导致大量的能量损失和显著的温度增加。
相关技术
专利文件
(专利文件1)韩国专利公开公布第2009-0070178(题为：“Cylindrical SystemFor Measuring Displacement In Radial Direction of Magnetic Bearing UsingCapacitance And Method For Determining Fault Thereof”，公布日期：2009.07.01)
此背景部分中公开的以上信息仅为了增进本发明的背景的理解，并且因此可包含不形成在本国对于本领域普通技术人员已经已知的现有技术的信息。
发明概述
本发明努力来提供具有作用吸引力的推力磁轴承，其中以垂直于旋转轴的方向突出的板状的悬浮构件通过环绕旋转轴的环形磁体单元而悬浮以支撑转子，其中磁体单元包括相对于悬浮构件彼此面向的环形永磁体和环形电磁体，并且永磁体形成为在轴向方向的其长度不对称，以从而由永磁体在轴向方向的长度的差异来补偿偏置。
本发明的示例性实施方案提供了其中通过使以垂直于旋转轴的方向突出的板状的悬浮构件能够借助于旋转轴漂浮来支撑转子的推力磁轴承，转子包括旋转轴，并且环形磁体单元环绕旋转轴，其中磁体单元包括：第一磁体单元，该第一磁体单元具有第一环形电磁体和第一环形永磁体，该第一环形电磁体设置在一个表面上且与悬浮构件间隔开预定距离，该第一环形永磁体设置在第一电磁体的一侧上；以及第二磁体单元，该第二磁体单元具有第二环形电磁体和第二环形永磁体，该第二环形电磁体设置在相对于悬浮构件在另一表面上的面向第一电磁体的位置中，该第二环形永磁体设置在面向第一永磁体的位置中。
第一永磁体可具有在轴向方向的长度D1，第二永磁体可具有在轴向方向的长度D2，并且长度D1和D2可以是不对称的。
磁体单元可以由选自碳、树脂、金属、多孔金属和金属网之中的至少一种材料形成。
用于偏置补偿的推力磁轴承还可以包括空间测量传感器，该空间测量传感器设置在磁体单元的一侧上，并且配置为测量设置在第一磁体单元和第二磁体单元之间的空间中的悬浮构件、第一磁体单元和第二磁体单元之间的空间。
根据本发明的示例性实施方案，在其中以垂直于旋转轴的方向突出的板状的悬浮构件通过环绕旋转轴的环形磁体单元来悬浮以支撑转子的具有作用吸引力的推力磁轴承中，由于磁体单元包括相对于悬浮构件彼此面向的环形永磁体和电磁体，所以用于偏置磁通量的电流供应不是必需的，这节省了能量且降低了温度增加。
而且，在根据本发明的示例性实施方案的推力磁轴承中，由于永磁体形成为在轴向方向长度不对称，所以通过轴向方向的长度的差异导致的吸引力可以足以起作用来补偿偏置。
此外，在根据本发明的示例性实施方案的推力磁轴承中，在磁轴承支撑包括以纵向方向形成的轴的竖直转子的情况下，相对于悬浮构件布置在上部部分中的永磁体的长度被设置为大于相对于悬浮构件布置在下部部分中的永磁体的长度，借由此，通过轴向方向的长度的差异，吸引力在向上的方向上起作用，以补偿转子的重力。
而且，由于转子的重力通过实现通过永磁体在轴向方向的长度的差异使吸引力在向上的方向上起作用来补偿，所以不需要连续供应电流以用于补偿重力，其导致能量损失的减少并且防止显著的温度增加。
发明简述
图1是图示相关技术电磁体推力磁轴承的视图。
图2是图示包括永磁体的相关技术电磁体推力磁轴承的视图。
图3是图示其中永磁体不可设置在其上部部分中的相关技术转子的视图。
图4是图示根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承的视图。
图5是图示根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承的示例的视图。
符号的描述
1000：用于偏置补偿的推力磁轴承
100：磁体单元
110：第一磁体单元
120：第二磁体单元
11：电磁体
11-1：第一电磁体
11-2：第二电磁体
12：永磁体
12-1：第一永磁体
12-2：第二永磁体
D1：第一永磁体在轴向方向的长度
D2：第二永磁体在轴向方向的长度
1：基于电磁体的磁通量
2：基于永磁体的磁通量
200：转子
210：旋转轴
220：悬浮构件
实施方案的详细描述
其后，将参考附图详细描述根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承。
说明书和权利要求中使用的术语或措辞不应被限制和解释为通常含义或字典含义，并且应被解释为基于发明人可以适当界定每个术语的概念以便以最佳方式描述本发明的原则的根据本发明的技术精神的含义和概念。
本公开中描述的示例性实施方案和附图中图示的构型仅仅是本发明的最优选实施方案，而不是表示本发明的所有技术概念，所以本发明意在涵盖在递交本发明的时候包括在本发明的精神和范围中的所有修改、相似之处和可选择方案。
图1是图示相关技术领域的电磁推力磁轴承的视图，图2是图示包括永磁体的相关技术领域的电磁推力磁轴承的视图，图3是图示其中永磁体不可设置在其上部部分中的相关技术领域的转子的视图，图4是图示根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承的视图，并且图5是图示根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承的示例的视图。
在根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承1000中，在其中轴以纵向方向布置并且用于补偿由该磁轴承支撑的转子200的重力的永磁体12不可附接至转子200的上部部分的情况下，吸引力由永磁体12之间的厚度的差异产生，以从而补偿转子200的重力。
如图4中图示的，在根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承1000中，以垂直于旋转轴210的方向突出的板形悬浮构件220通过旋转轴210漂浮，转子200包括旋转轴210，并且环形磁体单元100环绕旋转轴210以支撑转子200，并且此处，磁体单元100可包括第一磁体单元110和第二磁体单元120。
第一磁体单元110包括作为环形电磁体11的第一电磁体11-1和作为环形永磁体12的第一永磁体12-1，该第一电磁体11-1设置在磁体单元100的一个表面上且与悬浮构件220间隔开预定距离，该第一永磁体12-1设置在第一电磁体11-1的一侧上。
第二磁体单元120相对于悬浮构件220在磁体单元100的另一表面上形成，并且包括作为环形电磁体11的第二电磁体11-2和作为环形永磁体12的第二永磁体12-2，该第二电磁体11-2设置为面向第一电磁体11-1，该第二永磁体12-2设置在面向第一永磁体12-1的位置中。
现在将描述以上描述的根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承的操作。当供应电力时，磁通量在第一电磁体11-1和第二电磁体11-2中产生。
悬浮构件220在基于永磁体的由第一永磁体12-1和第二永磁体12-2产生的磁通量2和基于电磁体的由第一电磁体11-1和第二电磁体11-2产生的磁通量1的力下，并且悬浮构件220凭借基于永磁体的磁通量2和基于电磁体的磁通量1漂浮在磁体单元100的第一磁体单元110和第二磁体单元120之间的空间中。
这是基于磁悬浮原理，并且根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承1000通过使用磁悬浮原理使得悬浮构件220漂浮来支撑转子200。
这里，悬浮构件220漂浮在磁体单元100的第一磁体单元110和第二磁体单元120之间的位置可以通过调节供应至第一电磁体11-1和第二电磁体11-2的电力的强度、方向、周期以及类似参数来控制。
即，在根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承1000中，基于包括第一永磁体12-1和第二永磁体12-2的永磁体的磁通量2用作偏置磁性的偏置磁通量，并且基于包括第一电磁体11-1和第二电磁体11-2的电磁体的磁通量1被形成为用于控制悬浮构件220的位置的位置控制磁通量1，借由此，不需要用于偏置磁通量的电流供应，这增强了经济效率并且节省了能量，并且具有低的温度增加。
这里，第一永磁体12-1具有在轴向方向的厚度即长度D1，并且第二永磁体12-2具有在轴向方向的长度D2，并且当在轴向方向的长度D1和D2不对称时，可以补偿作用在转子200上的偏置。
换言之，在根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承1000中，由于第一永磁体12-1在轴向方向的长度D1和第二永磁体12-2在轴向方向的长度D2形成为是不对称的，所以基于永磁体的由第一永磁体12-1和第二永磁体12-2形成的偏置磁通量即磁通量2的量可以改变。
这是为了通过第一永磁体12-1和第二永磁体12-2在轴向方向的长度D1和D2之间的差异来产生足以补偿偏置的吸引力，并且作用在转子200上的偏置可以通过吸引力来补偿。
图5是图示用于补偿作为作用在由磁轴承支撑的转子200上的偏置的重力的示例的视图。
将更加详细描述以上描述的内容。图5中图示的示例性实施方案是其中转子200以纵向方向布置并且由磁轴承支撑的装置，但其是比如其中叶轮附接至上部部分的涡轮机或其中叶片附接至其上部部分的离心分离器的装置，使得用于补偿重力的永磁体12不可布置在转子200上方。
如以上描述的用于补偿重力的永磁体12不可布置在其上的转子200在图3中示出，并且如图3中图示的，用于补偿作用在转子20上的重力的永磁体12不可布置在转子200上方。
因此，在根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承1000中，相对于悬浮构件220在上部部分中形成的第一永磁体12-1的长度D1被设置为大于相对于流动构件200在下部部分中形成的第二永磁体12-2的长度D2，以使基于永磁体的由第一永磁体12-1形成的磁通量2的量增加至大于基于永磁体的由第二永磁体12-2形成的磁通量2的量，从而通过由轴向方向的长度D1和D2的差异形成的偏置磁通量允许吸引力向上作用。
换言之，上部的第一永磁体的长度D1被设置为大于下部的第二永磁体的长度D2，以通过永磁体在轴向方向的长度的差异允许吸引力在向上的方向上起作用，以补偿作用在转子200上的重力。
因此，不需要连续供应电流，与由于不可布置用于补偿重力的永磁体12而需要连续供应用于补偿重力的电流的相关领域轴承相比，其导致能量损失的减少并且防止显著的温度增加。
此外，根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承1000还可以包括空间测量传感器(未示出)，该空间测量传感器设置在磁体单元100的一侧上，以测量磁体单元100的第一磁体单元110和第二磁体单元120以及悬浮构件200之间的空间。
即，在根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承1000中，由于空间测量传感器设置在磁体单元100的一侧上，所以空间可以通过该空间测量传感器来测量，以平稳地控制轴承的操作和悬浮构件220的位置。
而且，根据本发明的示例性实施方案的用于偏置补偿的推力磁轴承1000是关于转子没有摩擦接触的磁轴承，这消除了润滑剂的必要性，并且其中设置磁体单元100的第一电磁体11-1、第二电磁体11-2、第一永磁体12-1和第二永磁体12-2的壳体由金属比如碳、树脂、金属、多孔金属或金属网形成。
包括在轴向方向具有不同长度的第一永磁体12-1和第二永磁体12-2的磁体单元100的壳体可以用前述材料容易地制造，并且可以自由选择前述空间测量传感器待设置在磁体单元100上的位置，这增加了设计自由度。
虽然已经结合目前被认为是实用的示例性实施方案描述了本发明，但应理解的是本发明不限于公开的实施方案，而是，相反，本发明意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (3)

1.一种推力磁轴承，其中通过使以垂直于旋转轴的方向突出的板状的悬浮构件能够借助于所述旋转轴漂浮来支撑转子，所述转子包括设置在所述悬浮构件的上表面上的所述旋转轴，并且环形磁体单元环绕所述旋转轴，
其中所述磁体单元包括：
第一磁体单元，所述第一磁体单元具有第一环形电磁体和第一环形永磁体，所述第一环形电磁体设置在所述上表面上且与所述悬浮构件间隔开预定距离，所述第一环形永磁体设置在所述第一环形电磁体的一侧上；以及
第二磁体单元，所述第二磁体单元具有第二环形电磁体和第二环形永磁体，所述第二环形电磁体设置在相对于所述悬浮构件在下表面上的面向所述第一环形电磁体的位置中，所述第二环形永磁体设置在面向所述第一环形永磁体的位置中，
其中所述第一环形永磁体具有在轴向方向的长度D1，所述第二环形永磁体具有在所述轴向方向的长度D2，并且长度D1大于长度D2以便产生补偿所述转子的偏置的吸引力，
其中所述第一环形永磁体的外部圆周表面接触所述第一环形电磁体的内部圆周表面，
所述第二环形永磁体的外部圆周表面接触所述第二环形电磁体的内部圆周表面，且
所述第一环形永磁体的内部圆周表面直接面向所述旋转轴。
2.如权利要求1所述的推力磁轴承，其中所述磁体单元由选自碳、树脂、金属、多孔金属和金属网之中的至少一种材料形成。
3.如权利要求1所述的推力磁轴承，还包括空间测量传感器，所述空间测量传感器设置在所述磁体单元的一侧上，并且配置为测量设置在所述第一磁体单元和所述第二磁体单元之间的空间中的所述悬浮构件、所述第一磁体单元和所述第二磁体单元之间的空间。
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