CN108087321B - 一种磁悬浮轴承、磁悬浮转子支承组件和压缩机 - Google Patents

一种磁悬浮轴承、磁悬浮转子支承组件和压缩机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磁悬浮轴承、磁悬浮转子支承组件和压缩机，磁悬浮轴承用于通过与转子上的推力盘相作用而支承所述转子，其包括：径向定子铁芯(5)，为环状结构、设置在所述推力盘(2)的径向外侧、且在转子轴向上与所述推力盘(2)相对应，所述径向定子铁芯(5)与所述推力盘(2)之间相隔第一径向间隙X1，径向控制线圈(4)，设置在所述径向定子铁芯(5)上、且能沿转子径向方向产生对所述推力盘(2)的径向电磁力。通过本发明能沿转子径向方向产生对所述推力盘可调控的径向电磁力，能够使得轴承的柔性能够设计得更大，轴承的应用范围得到有效提高，可应用到更多的卧式透平机械上。

Description

一种磁悬浮轴承、磁悬浮转子支承组件和压缩机
技术领域
本发明属于磁悬浮技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴承、磁悬浮转子支承组件和压缩机。
背景技术
原有技术的磁悬浮轴承在工作时，通过永磁磁路提供轴向和径向的偏置磁路，给推力盘提供一定的径向、轴向力；控制磁路在控制线圈通入正、负方向的电流时，可以调节控制磁路和永磁偏置磁路在轴向方向上的叠加效果变化，从而调节推力盘轴向方向的受力变化，起到控制推力盘轴向受力的效果。
但是对于卧式磁悬浮透平机械，一般要克服重力作用，以及竖直平面内的离心力作用。因此，其转子在径向方向的受力需可以调节，而目前技术中的磁悬浮轴承在转子的径向方向的受力无法进行调节，导致轴承的设计柔性较低、应用范围较小。并且一般的离心式压缩机，在压缩机运行和停机时都会有一个向后的较大轴向力，该轴向力会对转子的稳定性造成不良的影响，影响其结构强度和使用寿命。
由于现有技术中的磁悬浮轴承存在在转子的径向方向的受力无法进行调节的问题，导致轴承的设计柔性较低、应用范围较小，且压缩机运行和停机时都会有一个向后的较大轴向力，该轴向力会对转子的稳定性造成不良的影响，影响其结构强度和使用寿命，因此本发明研究设计出一种磁悬浮轴承、磁悬浮转子支承组件和压缩机。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的磁悬浮轴承的转子的径向方向的受力无法调控或无法精确调控，导致轴承的设计柔性较低、应用范围较小的缺陷，从而提供一种磁悬浮轴承、磁悬浮转子支承组件和压缩机。
本发明提供一种磁悬浮轴承，用于通过与转子上的推力盘相作用而支承所述转子，其包括：
径向定子铁芯，为环状结构、设置在所述推力盘的径向外侧、且在转子轴向上与所述推力盘相对应，所述径向定子铁芯与所述推力盘之间相隔第一径向间隙X1，
径向控制线圈，设置在所述径向定子铁芯上、且能沿转子径向方向产生对所述推力盘的径向电磁力。
优选地，
还包括两个以上的通槽，设置在所述径向定子铁芯上、位于径向定子铁芯径向内侧和径向外侧之间的位置，且所述通槽沿轴向方向贯通所述径向定子铁芯，两个相邻所述通槽形成一个通槽对、且在一个所述通槽对中的两个所述通槽之间形成能够供所述径向控制线圈缠绕的磁极。
优选地，
在一个所述通槽对中、两个相邻的所述通槽沿所述径向定子铁芯的周向进行排布，使得所述磁极的长度方向朝着所述径向定子铁芯的径向方向延伸；所述径向控制线圈围绕所述磁极缠绕、使得所述径向控制线圈的围绕轴线沿着所述径向定子铁芯的径向方向。
优选地，
所述磁极为多个、多个所述磁极沿所述径向定子铁芯的周向方向均匀分布，且在每个磁极上均缠绕一个所述径向控制线圈。
优选地，
所述磁极为4个、且相邻两磁极之间在径向定子铁芯的周向上相隔90°的圆周角。
优选地，
还包括永磁体，所述永磁体设置在所述径向定子铁芯的径向外侧、且与所述径向定子铁芯的轴向位置相对应，
还包括第二定子铁芯，能够从永磁体的径向外侧延伸至靠近所述推力盘的位置，以对所述推力盘产生沿转子轴向和/或沿转子径向的永磁力。
优选地，
所述第二定子铁芯包括前定子铁芯：
所述前定子铁芯包括第一轴向延伸部、第一径向延伸部和第二轴向延伸部；
所述第一轴向延伸部的一端位于所述永磁体的径向外侧、另一端沿转子轴向方向进行延伸，
所述第一径向延伸部的一端与所述第一轴向延伸部的另一端相接、所述第一径向延伸部的另一端沿着转子径向方向延伸，
所述第二轴向延伸部的一端与所述第一径向延伸部的另一端相接、所述第二轴向延伸部的另一端沿转子轴向方向延伸至靠近所述推力盘的位置，且所述第二轴向延伸部的另一端与所述推力盘之间在转子轴向方向相隔第一轴向间隙X2。
优选地，
所述第二定子铁芯包括后定子铁芯：
所述后定子铁芯包括第三轴向延伸部、第二径向延伸部和第四轴向延伸部，
所述第三轴向延伸部的一端位于所述永磁体的径向外侧、另一端沿转子轴向方向进行延伸，
所述第二径向延伸部的一端与所述第三轴向延伸部的另一端相接、所述第二径向延伸部的另一端沿着转子径向方向延伸，
所述第四轴向延伸部的一端与所述第二径向延伸部的另一端相接、所述第四轴向延伸部的另一端沿转子轴向方向延伸至靠近所述推力盘的位置，且所述第四轴向延伸部的另一端与所述推力盘之间在轴向方向相隔第二轴向间隙X3。
优选地，
所述第二定子铁芯包括后定子铁芯：
所述后定子铁芯包括第三轴向延伸部和第二径向延伸部，
所述第三轴向延伸部的一端位于所述永磁体的径向外侧、另一端沿转子轴向方向进行延伸，
所述第二径向延伸部的一端与所述第三轴向延伸部的另一端相接、所述第二径向延伸部的另一端沿着转子径向方向延伸，
还包括设置于所述推力盘轴向一侧、靠近所述第二径向延伸部位置的转子挡环，所述转子挡环与所述转子固定连接；
所述第二径向延伸部的另一端沿转子径向方向延伸至靠近所述转子挡环的位置，且所述第二径向延伸部的另一端与所述转子挡环之间在径向方向相隔第二径向间隙X3’。
优选地，
当同时包括前定子铁芯和后定子铁芯时，所述前定子铁芯与所述后定子铁芯在所述永磁体的径向外侧的位置相接、以使得磁场在相接位置能够连续导通。
优选地，
所述相接位置位于所述永磁体的径向外侧、且在转子轴向方向上与所述永磁体的一轴向端面相对。
本发明还提供一种磁悬浮转子支承组件，其包括转子和前任一项所述的磁悬浮轴承，所述磁悬浮轴承能够对所述转子进行支承。
优选地，
所述转子包括光轴和固定连接于所述光轴径向外侧的推力盘，所述磁悬浮轴承与所述推力盘之间能够产生轴向和/或径向的磁力而支承所述转子。
本发明还提供一种压缩机，其包括前任一项所述的磁悬浮转子支承组件。
本发明提供的一种磁悬浮轴承、磁悬浮转子支承组件和压缩机具有如下有益效果：
1.本发明的磁悬浮轴承、磁悬浮转子支承组件和压缩机，通过径向定子铁芯，为环状结构、设置在所述推力盘的径向外侧、且在转子轴向上与所述推力盘相对应，所述径向定子铁芯与所述推力盘之间相隔第一径向间隙X1，径向控制线圈，设置在所述径向定子铁芯上、且能沿转子径向方向产生对所述推力盘的径向电磁力，能够产生对推力盘沿转子径向方向的可控可调节的径向电磁力、能够使得轴承的柔性能够设计得更大，轴承的应用范围得到有效提高，区别于原有技术的轴向受力调节，该轴承径向受力可以调节，因此该磁悬浮轴承可应用到更多的卧式透平机械上，扩大该类轴承应用范围；
2.本发明的磁悬浮轴承、磁悬浮转子支承组件和压缩机，由于一般的离心式压缩机，在压缩机运行和停机时都会有一个向后的较大轴向力，为削弱甚至抵消该作用力对转子稳定性不良影响，本发明通过设置转子挡环和与之相匹配的后定子铁芯，能够取消掉原有的对推力盘产生的轴向力、改为对转子挡环产生径向力、再转换为作用于转子上的径向力，将气隙X3的轴向力作用取消，使得前定子铁芯产生的轴向力能够被用于抵消该压缩机的轴向力，改为由X3’气隙提供的径向力，应用到离心压缩机中，进一步的缩减磁悬浮轴承工作电流，降低损耗，减小压缩机运营成本，提高产品竞争力。
附图说明
图1是本发明的磁悬浮轴承的实施例1纵向截面内的内部结构图；
图2是本发明的磁悬浮轴承的实施例1沿转子轴线方向的观察结构图；
图3是本发明的磁悬浮轴承的实施例2纵向截面内的内部结构图；
图4是本发明的磁悬浮轴承的实施例2沿转子轴线方向的观察结构图。
图中附图标记表示为：
1、光轴；2、推力盘；3、前定子铁芯；31、第一轴向延伸部；32、第一径向延伸部；33、第二轴向延伸部；4、径向控制线圈；5、径向定子铁芯；6、永磁体；7、后定子铁芯；71、第三轴向延伸部；72、第二径向延伸部；73、第四轴向延伸部；8、转子挡环；9、通槽；10、磁极；11、相接位置。
具体实施方式
附图1-4中的表示偏置磁路(即永磁所产生的磁路)，/>表示控制磁路(即电流线圈所产生的磁路)。
实施例1
如图1-2所示，本发明提供一种磁悬浮轴承，用于通过与转子上的推力盘2相作用而支承所述转子，其包括：
本发明的磁悬浮轴承设置在转子的推力盘2的径向外侧，转子包括光轴1和固定连接在光轴1径向外周面上的推力盘2，
径向定子铁芯5，为环状结构、设置在所述推力盘2的径向外侧、且在转子轴向上与所述推力盘2相对应，所述径向定子铁芯5与所述推力盘2之间相隔第一径向间隙X1，
径向控制线圈4，设置在所述径向定子铁芯5上、且能沿转子径向方向产生对所述推力盘2的径向电磁力。
通过径向定子铁芯，为环状结构、设置在所述推力盘的径向外侧、且在转子轴向上与所述推力盘相对应，所述径向定子铁芯与所述推力盘之间相隔第一径向间隙X1，径向控制线圈，设置在所述径向定子铁芯上、且能沿转子径向方向产生对所述推力盘的径向电磁力，径向控制线圈产生的电磁磁路如图2所示、以表示，该电磁磁路从线圈径向外侧环绕线圈、再沿径向方向穿过径向定子铁芯、再穿过第一径向间隙X1、再沿径向穿入推力盘2中，在推力盘2中沿周向环绕一部分弧长后、再沿径向穿过第一径向间隙X1、进入径向定子铁芯5中，从而形成如图2所示的环形电磁磁路，从而形成对推力盘沿径向方向的电磁力(即控制力)。能够产生对推力盘沿转子径向方向的可控可调节的径向电磁力、能够使得轴承的柔性能够设计得更大，轴承的应用范围得到有效提高，区别于原有技术的轴向受力调节，该轴承径向受力可以调节，因此该磁悬浮轴承可应用到更多的卧式透平机械上，扩大该类轴承应用范围。
优选地，
还包括两个以上的通槽9，设置在所述径向定子铁芯5上、位于径向定子铁芯径向内侧和径向外侧之间的位置，且所述通槽9沿轴向方向贯通所述径向定子铁芯5，两个相邻所述通槽9形成一个通槽对、且在一个所述通槽对中的两个所述通槽9之间形成能够供所述径向控制线圈4缠绕的磁极10。
这是本发明的磁悬浮轴承中形成能够供线圈缠绕以提供径向方向电磁力的磁极的设置方式，通过开通槽的形式、在径向定子铁芯面板上形成如图2所示的中间连接部(即磁极)和两边的中空部(即通槽)，能够使得线圈能够从一侧通槽穿入、从另一侧通槽穿出，从而围绕中间连接部(即磁极)环绕成线圈组，进而产生沿径向方向的电磁力作用。
优选地，
在一个所述通槽对中、两个相邻的所述通槽9沿所述径向定子铁芯5的周向进行排布，使得所述磁极10的长度方向朝着所述径向定子铁芯5的径向方向延伸；所述径向控制线圈4围绕所述磁极10缠绕、使得所述径向控制线圈4的围绕轴线沿着所述径向定子铁芯5的径向方向。
由于线圈的缠绕是围绕磁极进行缠绕的，因此磁极的长度方向沿着径向定子铁芯的径向方向布置能够使得线圈的围绕轴线也沿着定子铁芯的径向方向，从而能够有效地沿着径向方向产生作用与推力盘上的电磁力，相对于背景技术中的线圈缠绕方式而言(其是环绕转轴的方向进行缠绕的、因此形成的电磁力是沿着转子的轴线方向)、能够形成沿转子径向方向的可供调节的电磁力(即控制磁力)，使得轴承的安全可靠性能得以增加，应用范围更加广泛。
优选地，
所述磁极10为多个、多个所述磁极10沿所述径向定子铁芯5的周向方向均匀分布，且在每个磁极10上均缠绕一个所述径向控制线圈4。这是本发明的磁极的优选个数及其排布方式，在定子铁芯的周向方向均布、能够在周向方向不同的位置均能够产生沿径向方向的电磁力作用，从而增加径向电磁力的大小，使其作用力得以增强和均匀。
优选地，
所述磁极10为4个、且相邻两磁极10之间在径向定子铁芯5的周向上相隔90°的圆周角。这是本发明的磁极的进一步的优选个数和布置形式，如图2和4所示，其在圆周方向均布、且4个分别产生4处沿径向方向的可控电磁力，相比于1个磁极和1组线圈而言其电磁力增大了4倍，有效地提高了可控电磁力的作用。
优选地，
还包括永磁体6，所述永磁体6设置在所述径向定子铁芯5的径向外侧、且与所述径向定子铁芯5的轴向位置相对应，
还包括第二定子铁芯，能够从永磁体6的径向外侧延伸至靠近所述推力盘2的位置，以对所述推力盘2产生沿转子轴向和/或沿转子径向的永磁力。
这是本发明的磁悬浮轴承的进一步优选的结构形式，通过设置永磁体和第二定子铁芯，能够使得在电磁线圈产生径向电磁力的基础上进一步地还能够产生沿转子轴向和/或径向方向的偏置力(即永磁力)，形成混合偏置的径向磁力可以调节的磁悬浮轴承，混合偏置可以起到减小甚至替代径向、轴向偏置电流的作用，降低磁轴承工作损耗；本发明提出一种混合偏置磁悬浮轴承，双重降低轴承损耗，同时径向力为可以调节的，增大该轴承设计柔性，扩大其使用范围。
永磁体6产生的永磁磁路如图1所示、以表示，该永磁磁路从永磁体6沿径向方向穿入第二铁芯的内部(一部分位于左侧、另一部分位于右侧)，位于左侧的磁路在第二铁芯内部依次地沿轴线方向穿设、沿径向方向穿设、再沿轴线方向穿设，接着穿过第一轴向间隙X2，推力盘2，再沿径向回到永磁体6中，形成一个完整的环形永磁磁路(偏置磁路)，从而形成对推力盘沿轴向方向的永磁力(即偏置力)；位于右侧的磁路在第二铁芯内部依次地沿轴线方向穿设、沿径向方向穿设、再沿轴线方向穿设，接着穿过第二轴向间隙X3，推力盘2，再沿径向回到永磁体6中，形成一个完整的环形永磁磁路(偏置磁路)，从而形成对推力盘沿轴向方向的永磁力(即偏置力)。
一般的，磁悬浮轴承成本主要包含其结构制造成本以及后期运营成本，而后期运营成本主要取决于其运行电流大小，电流越大，运营成本越高。因而，设计一款工作电流小的磁悬浮轴承一直是行业追求的目标。对于磁悬浮轴承，包含主动式磁悬浮轴承、永磁悬浮轴承以及混合式磁悬浮轴承。主动式磁悬浮轴承控制力全靠线圈电流大小决定；永磁磁悬浮轴承无线圈电流，靠永磁体提供电磁力；混合式磁悬浮轴承融合前两者的作用，电磁力靠永磁体和线圈电流提供。混合式轴承一般的仅能提供单向(轴向或者径向)的永磁偏置磁力，单向的控制磁力(轴向或者径向)。
本文提出一种全新的混合偏置的磁悬浮轴承，可以提供轴向、径向方向的偏置磁力，径向方向的控制磁力，可以减小控制线圈运行电流，降低轴承损耗，减少运营成本。
优选地，
所述第二定子铁芯包括前定子铁芯3：
所述前定子铁芯3包括第一轴向延伸部31、第一径向延伸部32和第二轴向延伸部33；
所述第一轴向延伸部31的一端位于所述永磁体6的径向外侧、另一端沿转子轴向方向进行延伸，
所述第一径向延伸部32的一端与所述第一轴向延伸部31的另一端相接、所述第一径向延伸部32的另一端沿着转子径向方向延伸，
所述第二轴向延伸部33的一端与所述第一径向延伸部32的另一端相接、所述第二轴向延伸部33的另一端沿转子轴向方向延伸至靠近所述推力盘2的位置，且所述第二轴向延伸部33的另一端与所述推力盘2之间在转子轴向方向相隔第一轴向间隙X2。
这是本发明的磁悬浮轴承的实施例1的第二定子铁芯包括前定子铁芯时、前定子铁芯的优选结构形式，通过依次相接的第一轴向延伸部31、第一径向延伸部32和第二轴向延伸部33能够形成磁路导通，将永磁体6上的磁路导通至第二轴向延伸部的右端端面(如图1)，进而通过与推力盘2之间形成的第一轴向间隙X2产生作用至推力盘左端面上的轴向力，形成一个方向的轴向偏置力(或称轴向永磁力)。
优选地，
所述第二定子铁芯包括后定子铁芯7：
所述后定子铁芯7包括第三轴向延伸部71、第二径向延伸部72和第四轴向延伸部73，
所述第三轴向延伸部71的一端位于所述永磁体6的径向外侧、另一端沿转子轴向方向进行延伸，
所述第二径向延伸部72的一端与所述第三轴向延伸部71的另一端相接、所述第二径向延伸部72的另一端沿着转子径向方向延伸，
所述第四轴向延伸部73的一端与所述第二径向延伸部72的另一端相接、所述第四轴向延伸部73的另一端沿转子轴向方向延伸至靠近所述推力盘2的位置，且所述第四轴向延伸部的另一端与所述推力盘2之间在轴向方向相隔第二轴向间隙X3。
这是本发明的磁悬浮轴承的实施例1的第二定子铁芯包括后定子铁芯时、后定子铁芯的优选结构形式，通过依次相接的第三轴向延伸部71、第二径向延伸部72和第四轴向延伸部73能够形成磁路导通，将永磁体6上的磁路导通至第四轴向延伸部的左端端面(如图1)，进而通过与推力盘2之间形成的第二轴向间隙X3产生作用至推力盘右端面上的轴向力，形成另一个方向的轴向偏置力(或称轴向永磁力)。
实施例2
参见图3-4，本实施例仅仅是对实施例1中后定子铁芯的具体结构做出了相应的替换，其他均与实施例1相同，优选地，
所述第二定子铁芯包括后定子铁芯7：
所述后定子铁芯7包括第三轴向延伸部71和第二径向延伸部72，
所述第三轴向延伸部71的一端位于所述永磁体6的径向外侧、另一端沿转子轴向方向进行延伸，
所述第二径向延伸部72的一端与所述第三轴向延伸部71的另一端相接、所述第二径向延伸部72的另一端沿着转子径向方向延伸，
还包括设置于所述推力盘2轴向一侧、靠近所述第二径向延伸部72位置的转子挡环8，所述转子挡环8与所述转子固定连接；
所述第二径向延伸部72的另一端沿转子径向方向延伸至靠近所述转子挡环8的位置，且所述第二径向延伸部72的另一端与所述转子挡环8之间在径向方向相隔第二径向间隙X3’。
这是本发明的磁悬浮轴承的实施例2的第二定子铁芯包括后定子铁芯时、后定子铁芯的优选结构形式，通过依次相接的第三轴向延伸部71和第二径向延伸部72能够形成磁路导通，将永磁体6上的磁路导通至第二径向延伸部的下端端面(如图3)，进而通过与转子挡环8之间形成的第二径向间隙X3’产生作用至转子挡环上端面上的轴向力，形成一个方向的径向电磁力(或称径向控制磁力)。
由于一般的离心式压缩机，在压缩机运行和停机时都会有一个向后的较大轴向力，为削弱甚至抵消该作用力对转子稳定性不良影响，本发明通过设置转子挡环和与之相匹配的后定子铁芯，能够取消掉原有的对推力盘产生的轴向力、改为对转子挡环产生径向力、再转换为作用于转子上的径向力，将气隙X3的轴向力作用取消，使得前定子铁芯产生的轴向力能够被用于抵消该压缩机的轴向力，改为由X3’气隙提供的径向力，应用到离心压缩机中，进一步的缩减磁悬浮轴承工作电流，降低损耗，减小压缩机运营成本，提高产品竞争力。
实施例2的磁路方向与实施例1的磁路方向基本相同，具体参见图3-4的永磁磁路箭头和电磁磁路箭头/>的方向。即径向控制线圈产生的电磁磁路如图4所示、以/>表示，该电磁磁路从线圈径向外侧环绕线圈、再沿径向方向穿过径向定子铁芯、再穿过第一径向间隙X1、再沿径向穿入推力盘2中，在推力盘2中沿周向环绕一部分弧长后、再沿径向穿过第一径向间隙X1、进入径向定子铁芯5中，从而形成如图2所示的环形电磁磁路(两个环形)，从而形成对推力盘沿径向方向的电磁力(即控制力)。
永磁体6产生的永磁磁路如图3所示、以表示，该永磁磁路从永磁体6沿径向方向穿入第二铁芯的内部(一部分位于左侧、另一部分位于右侧)，位于左侧的磁路在第二铁芯内部依次地沿轴线方向穿设、沿径向方向穿设、再沿轴线方向穿设，接着穿过第一轴向间隙X2，推力盘2，再沿径向回到永磁体6中，形成一个完整的环形永磁磁路(偏置磁路)，从而形成对推力盘沿轴向方向的永磁力(即偏置力)；位于右侧的磁路在第二铁芯内部依次地沿轴线方向穿设、沿径向方向穿设，沿径向方向穿过第二径向间隙X3’进入转子挡环8中、再沿轴线方向穿设转子挡环，进入推力盘2中，再沿径向回到永磁体6中，形成一个完整的环形永磁磁路(偏置磁路)，从而形成对推力盘沿轴向方向的永磁力(即偏置力)。
优选地，
当同时包括前定子铁芯3和后定子铁芯7时，所述前定子铁芯3与所述后定子铁芯7在所述永磁体6的径向外侧的位置相接、以使得磁场在相接位置能够连续导通。所述前定子铁芯3的径向外侧在与所述后定子铁芯7相对的一端、与所述后定子铁芯7的径向外侧在与所述前定子铁芯3相对的一端相接。
通过将前定子铁芯与后定子铁芯之间相接、能够使得磁场能够在相接位置11处被导通，进而保证永磁力的产生而不会减弱。
优选地，
所述相接位置11位于所述永磁体6的径向外侧、且在转子轴向方向上与所述永磁体6的一轴向端面相对。如图1和3所示，这是本发明的磁悬浮轴承中前定子铁芯和后定子铁芯相接位置的优选设置位置，能够有效地保证二者良好地相接、进一步保证磁通的正常导通。
本发明提出一种全新的混合偏置的磁悬浮轴承，可以提供轴向、径向方向的偏置磁力，径向方向的控制磁力，可以减小控制线圈运行电流，降低轴承损耗，减少运营成本，同时，优化后的轴承结构(如图3)，可以提供较大的轴向偏置磁力去削弱、甚至减小气动力对转子的影响，减小磁悬浮系统轴向磁悬浮轴承的工作电流，降低磁悬浮离心机的运营成本。
1、提出一种混合偏置磁悬浮轴承结构，提供轴向、径向偏置磁力以及径向方向的控制磁力；降低轴承损耗，减少磁悬浮轴承运营成本。
2、提出一种适用于离心压缩机的混合偏置磁悬浮轴承结构，可以提供较大的轴向偏置力抵消轴向气动力，降低磁悬浮系统轴向磁悬浮轴承工作电流，从而降低轴承损耗及轴承运营成本。
其中，X1为5-径向定子铁芯内圆与2-推力盘外圆形成的径向间隙，可提供径向偏置力和控制磁力。X2为3-前定子铁芯的直径小的右端面与2-推力盘的左端面形成，提供图示向左的轴向偏置力。X3为7-后定子铁芯的直径小的左端面与2-推力盘的右端面形成，提供图1示向右的轴向偏置力。X3’为7-后定子铁芯内圆面与8-转子挡环外圆面形成，提供径向偏置力。
各间隙：
X1为5-径向定子铁芯内圆与2-推力盘外圆形成的径向间隙，可提供径向偏置力和控制磁力。
X2为3-前定子铁芯小的右端面与2-推力盘的左端面形成，提供图示向左的轴向偏置力。
X3为7-后定子铁芯1的直径小的左端面与2-推力盘的右端面形成，提供图示向右的轴向偏置力。
X3’为7’-后定子铁芯内圆面与8-转子挡环外圆面形成，提供径向偏置力。
实施方式1(实施例1)：
如图1-2所示，按图示位置完成装配关系后，6-永磁体通过气隙X1提供径向永磁偏置磁力6-永磁体通过气隙X2、X3提供轴向偏置磁力分别为/> 工作时，4-径向控制线圈通电后，将通过气隙X1提供径向控制磁力/>
从而此实施方式可以提供的径向力为：
从而此实施方式可以提供的轴向力为：
由此可见，该混合偏置磁悬浮轴承可以提供永磁偏置的轴向力，一部分永磁偏置的径向力和可控制的电磁径向力，从而该轴承可以减小轴向、径向电流的同时还能提供可控制的径向力，起到主动悬浮的效果。
实施方式2(实施例2)：
如图3-4所示，按图示位置完成装配关系后，6-永磁体通过气隙X1提供径向永磁偏置磁力6-永磁体通过气隙X2提供轴向偏置磁力为/>6-永磁体通过气隙X3’提供径向偏置磁力为/>工作时，4-径向控制线圈通电后，将通过气隙X1提供径向控制磁力/>
从而此实施方式可以提供的径向力为：
从而此实施方式可以提供的轴向力为：
由此可见，该混合偏置磁悬浮轴承可以提供较大的永磁偏置的轴向力，抵消磁悬浮离心压缩机中气动组件(如叶轮、扩压器等)对转子的轴向力，减小转子运行轴向载荷。另可以提供一部分永磁偏置的径向力和可控制的电磁径向力，该种实施方式径向方向有2个气隙(X1和X3’)提供径向偏置力，从而可以进一步降低运行时径向控制线圈电流。从而在进一步减小轴向、径向电流的同时还能提供可控制的径向力，起到主动悬浮的效果。
本发明还提供一种磁悬浮转子支承组件，其包括转子和前任一项所述的磁悬浮轴承，所述磁悬浮轴承能够对所述转子进行支承。
通过包括前述的磁悬浮轴承，能够产生对推力盘沿转子径向方向的可控可调节的径向电磁力、能够使得轴承的柔性能够设计得更大，轴承的应用范围得到有效提高，区别于原有技术的轴向受力调节，该轴承径向受力可以调节，因此该磁悬浮轴承可应用到更多的卧式透平机械上，扩大该类轴承应用范围；
由于一般的离心式压缩机，在压缩机运行和停机时都会有一个向后的较大轴向力，为削弱甚至抵消该作用力对转子稳定性不良影响，本发明通过设置转子挡环和与之相匹配的后定子铁芯，能够取消掉原有的对推力盘产生的轴向力、改为对转子挡环产生径向力、再转换为作用于转子上的径向力，将气隙X3的轴向力作用取消，使得前定子铁芯产生的轴向力能够被用于抵消该压缩机的轴向力，改为由X3’气隙提供的径向力，应用到离心压缩机中，进一步的缩减磁悬浮轴承工作电流，降低损耗，减小压缩机运营成本，提高产品竞争力。
优选地，
所述转子包括光轴1和固定连接于所述光轴1径向外侧的推力盘2，所述磁悬浮轴承与所述推力盘2之间能够产生轴向和/或径向的磁力而支承所述转子。这是本发明的转子的优选结构形式，通过本发明的磁悬浮轴承与推力盘之间的相互作用，从而产生对推力盘轴向和/或径向方向的磁力作用，形成磁悬浮，尤其是对推力盘的径向方向产生可调节的电磁力，使得转子径向方向可以得以调控，扩大了轴承的应用范围，应用于更多的离心压缩机(卧式透平机械上)上。
本发明还提供一种压缩机，其包括前任一项所述的磁悬浮转子支承组件。优选为离心压缩机。通过包括前述的磁悬浮转子支承组件，能够产生对推力盘沿转子径向方向的可控可调节的径向电磁力、能够使得轴承的柔性能够设计得更大，轴承的应用范围得到有效提高，区别于原有技术的轴向受力调节，该轴承径向受力可以调节，因此该磁悬浮轴承可应用到更多的卧式透平机械上，扩大该类轴承应用范围；
本发明通过设置转子挡环和与之相匹配的后定子铁芯，能够取消掉原有的对推力盘产生的轴向力、改为对转子挡环产生径向力、再转换为作用于转子上的径向力，将气隙X3的轴向力作用取消，使得前定子铁芯产生的轴向力能够被用于抵消该压缩机的轴向力，改为由X3’气隙提供的径向力，应用到离心压缩机中，进一步的缩减磁悬浮轴承工作电流，降低损耗，减小压缩机运营成本，提高产品竞争力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁悬浮轴承，用于通过与转子上的推力盘相作用而支承所述转子，其特征在于：包括：
径向定子铁芯(5)，为环状结构、设置在所述推力盘(2)的径向外侧、且在转子轴向上与所述推力盘(2)相对应，所述径向定子铁芯(5)与所述推力盘(2)之间相隔第一径向间隙X1，
径向控制线圈(4)，设置在所述径向定子铁芯(5)上、且能沿转子径向方向产生对所述推力盘(2)的径向电磁力；
还包括永磁体(6)，所述永磁体(6)设置在所述径向定子铁芯(5)的径向外侧、且与所述径向定子铁芯(5)在轴向方向上的位置相对应，
还包括第二定子铁芯，能够从永磁体(6)的径向外侧延伸至靠近所述推力盘(2)的位置，以对所述推力盘(2)产生沿转子轴向和/或沿转子径向的永磁力；
所述第二定子铁芯包括前定子铁芯(3)：
所述前定子铁芯(3)包括第一轴向延伸部(31)、第一径向延伸部(32)和第二轴向延伸部(33)；
所述第一轴向延伸部(31)的一端位于所述永磁体(6)的径向外侧、另一端沿转子轴向方向进行延伸，
所述第一径向延伸部(32)的一端与所述第一轴向延伸部(31)的另一端相接、所述第一径向延伸部(32)的另一端沿着转子径向方向延伸，
所述第二轴向延伸部(33)的一端与所述第一径向延伸部(32)的另一端相接、所述第二轴向延伸部(33)的另一端沿转子轴向方向向着靠近所述推力盘(2)的位置延伸，且所述第二轴向延伸部(33)的另一端与所述推力盘(2)之间在转子轴向方向相隔第一轴向间隙X2；
所述第二定子铁芯包括后定子铁芯(7)：
所述后定子铁芯(7)包括第三轴向延伸部(71)和第二径向延伸部(72)，
所述第三轴向延伸部(71)的一端位于所述永磁体(6)的径向外侧、另一端沿转子轴向方向进行延伸，
所述第二径向延伸部(72)的一端与所述第三轴向延伸部(71)的另一端相接、所述第二径向延伸部(72)的另一端沿着转子径向方向延伸，
还包括设置于所述推力盘(2)轴向一侧、靠近所述第二径向延伸部(72)位置的转子挡环(8)，所述转子挡环(8)与所述转子固定连接；
所述第二径向延伸部(72)的另一端沿转子径向方向延伸向着靠近所述转子挡环(8)的位置延伸，且所述第二径向延伸部(72)的另一端与所述转子挡环(8)之间在径向方向相隔第二径向间隙X3’。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：
还包括两个以上的通槽(9)，设置在所述径向定子铁芯(5)上、位于径向定子铁芯径向内侧和径向外侧之间的位置，且所述通槽(9)沿轴向方向贯通所述径向定子铁芯(5)，两个相邻所述通槽(9)形成一个通槽对、且在一个所述通槽对中的两个所述通槽(9)之间形成能够供所述径向控制线圈(4)缠绕的磁极(10)。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承，其特征在于：
在一个所述通槽对中、两个相邻的所述通槽(9)沿所述径向定子铁芯(5)的周向进行排布，使得所述磁极(10)的长度方向朝着所述径向定子铁芯(5)的径向方向延伸；所述径向控制线圈(4)围绕所述磁极(10)缠绕、使得所述径向控制线圈(4)的围绕轴线沿着所述径向定子铁芯(5)的径向方向。
4.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承，其特征在于：
所述磁极(10)为多个、多个所述磁极(10)沿所述径向定子铁芯(5)的周向方向均匀分布，且在每个磁极(10)上均缠绕一个所述径向控制线圈(4)。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承，其特征在于：
所述磁极(10)为4个、且相邻两磁极(10)之间在径向定子铁芯(5)的周向上相隔90°的圆周角。
6.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：
当同时包括前定子铁芯(3)和后定子铁芯(7)时，所述前定子铁芯(3)与所述后定子铁芯(7)在所述永磁体(6)的径向外侧的位置相接、以使得磁场在相接位置能够连续导通。
7.根据权利要求6所述的磁悬浮轴承，其特征在于：
所述相接位置位于所述永磁体(6)的径向外侧、且在转子轴向方向上与所述永磁体(6)的一轴向端面相对。
8.一种磁悬浮转子支承组件，其特征在于：
包括转子和权利要求1-7中任一项所述的磁悬浮轴承，所述磁悬浮轴承能够对所述转子进行支承。
9.根据权利要求8所述的磁悬浮转子支承组件，其特征在于：
所述转子包括光轴(1)和固定连接于所述光轴(1)径向外侧的推力盘(2)，所述磁悬浮轴承与所述推力盘(2)之间能够产生轴向和/或径向的磁力而支承所述转子。
10.一种压缩机，其特征在于：包括权利要求8-9中任一项所述的磁悬浮转子支承组件。
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