CN109763994A - 磁悬浮轴承和磁悬浮离心压缩机、空调器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种磁悬浮轴承和磁悬浮离心压缩机、空调器。该磁悬浮轴承包括轴向止推轴承(1)、第一轴向轴承定子(2)和第二轴向轴承定子(3)，第一轴向轴承定子(2)和第二轴向轴承定子(3)分别设置在轴向止推轴承(1)的轴向两端，用于调节轴向止推轴承(1)的轴向位置，第一轴向轴承定子(2)、第二轴向轴承定子(3)和轴向止推轴承(1)至少其中之一上设置有检测轴向止推轴承(1)轴向位移的轴向位移传感器(4)。根据本申请的磁悬浮轴承，能够提高止推轴承轴向位移检测的准确性，提高控制精度。
Description
技术领域
本申请属于压缩机技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴承和磁悬浮离心压缩机、空调器。
背景技术
磁悬浮轴承是一种无机械接触、无摩擦、无油无需润滑的高性能机电一体化轴承，适用于高速、超高速场合，因此，磁悬浮轴承运行的稳定性与可靠性尤为重要。
一般的，作为旋转机械的磁悬浮离心压缩机，主要包括气动系统、磁悬浮轴承支承系统、电机驱动系统等几部分组成。电机驱动系统驱动电机主轴高速旋转，带动气动系统一级叶轮、二级叶轮等气动零件做功；磁悬浮轴承系统包含两个径向磁悬浮轴承以及两个轴向磁悬浮轴承，使电机主轴五自由度稳定悬浮于空间。
一般的，磁悬浮轴承系统的还设有径向保护结构、轴向保护结构，保护结构一般采用自润滑性能较好的材料比如石墨、巴氏合金、铝、聚四氟乙烯等材料制成，当磁悬浮会轴承系统失效时，保护结构可最大限度降低磁悬浮轴承系统的损毁。
一般的，普通离心压缩机使用滑动轴承支承，存在油路润滑系统，对滑动轴承进行润滑与冷却，阻油套环与阻油密封阻油套环在普通离心机中起到密封的作用，一方面防止油路润滑系统的润滑油进入到气动部分，同时也能防止冷媒散失到电机腔降低能效。
在现有技术中，当将磁悬浮轴承应用于离心压缩机时，需要检测主轴的轴向位移，当轴向位移检测传感器与轴向磁悬浮轴承分别设置在主轴的两端时，由于轴向位移检测传感器与轴向磁悬浮轴承距离较远，当主轴由于高速旋转或其他原因产生形变时，主轴各段轴向位移可能并不一致，轴向位移传感器检测到的主轴轴向位移并不等于轴向磁悬浮轴承的止推轴承的轴向位移，因此轴承控制器可能会产生过量或不足的控制信号，可能使主轴运行过程中发生碰撞，带来严重后果。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种磁悬浮轴承和磁悬浮离心压缩机、空调器，能够提高止推轴承轴向位移检测的准确性，提高控制精度。
为了解决上述问题，本申请提供一种磁悬浮轴承，包括轴向止推轴承、第一轴向轴承定子和第二轴向轴承定子，第一轴向轴承定子和第二轴向轴承定子分别设置在轴向止推轴承的轴向两端，用于调节轴向止推轴承的轴向位置，第一轴向轴承定子、第二轴向轴承定子和轴向止推轴承至少其中之一上设置有检测轴向止推轴承轴向位移的轴向位移传感器。
优选地，轴向位移传感器设置在第一轴向轴承定子上，第一轴向轴承定子上还设置有第一径向位移传感器。
优选地，轴向位移传感器和第一径向位移传感器集成为一体。
优选地，第一轴向轴承定子的内周壁上设置有安装槽，安装槽内固定设置有集成块，轴向位移传感器和第一径向位移传感器集成在集成块上。
优选地，集成块上设置轴向位移传感器和第一径向位移传感器的位置均设置有凹槽，轴向位移传感器和第一径向位移传感器均设置在凹槽内。
优选地，集成块上还设置有保护块，保护块朝向轴向止推轴承伸出，并沿轴向突出于轴向位移传感器；和/或，保护块沿径向方向突出于第一径向位移传感器。
优选地，位于第一轴向轴承定子上的保护块和第一轴向轴承定子、集成块集成在一起。
优选地，保护块采用石墨、巴氏合金、聚四氟乙烯或铝制成。
优选地，第一轴向轴承定子上朝向轴向止推轴承的一侧设置有保护块，保护块设置在第一轴向轴承定子的径向内侧，保护块沿径向和轴向均突出于第一轴向轴承定子；和/或，第二轴向轴承定子上朝向轴向止推轴承的一侧设置有保护块，保护块设置在第二轴向轴承定子的径向内侧，保护块沿径向和轴向均突出于第二轴向轴承定子。
优选地，第一轴向轴承定子和第二轴向轴承定子上分别设置有线槽，线槽内设置有绕组线圈。
优选地，第一轴向轴承定子和第二轴向轴承定子上的线槽均为多个。
优选地，各线槽内绕制有多个绕组线圈，同一线槽内的各绕组线圈的电流大小和方向相同并相互独立。
优选地，第一轴向轴承定子上的多个线槽为环形线槽，且多个线槽同轴设置；和/或，第二轴向轴承定子上的多个线槽为环形线槽，且多个线槽同轴设置。
优选地，相邻线槽中的绕组线圈的电流方向相反并相互独立。
根据本申请的另一方面，提供了一种磁悬浮离心压缩机，包括磁悬浮轴承，该磁悬浮轴承为上述的磁悬浮轴承。
优选地，磁悬浮离心压缩机还包括径向磁悬浮轴承和主轴，至少两个径向磁悬浮轴承分别设置在主轴的两端。
优选地，磁悬浮离心压缩机还包括壳体和主轴，壳体套设在主轴外，第一轴向轴承定子和第二轴向轴承定子固定在主轴第一端的壳体上，主轴第二端的壳体的内壁上还设置有第二径向位移传感器和/或径向保护块。
优选地，磁悬浮离心压缩机还包括主轴、转子和定子，转子固定设置在主轴的外周侧，并与定子对应设置，定子套设在转子外。
根据本申请的另一方面，提供了一种空调器，包括磁悬浮轴承，该磁悬浮轴承为上述的磁悬浮轴承。
本申请提供的磁悬浮轴承，包括轴向止推轴承、第一轴向轴承定子和第二轴向轴承定子，第一轴向轴承定子和第二轴向轴承定子分别设置在轴向止推轴承的轴向两端，用于调节轴向止推轴承的轴向位置，第一轴向轴承定子、第二轴向轴承定子和轴向止推轴承至少其中之一上设置有检测轴向止推轴承轴向位移的轴向位移传感器。在本申请的磁悬浮轴承中，将检测主轴轴向位移的轴向位移传感器设置在第一轴向轴承定子、第二轴向轴承定子和轴向止推轴承至少其中之一上，可以直接对轴向止推轴承的轴向位移进行检测，进而对主轴的轴向位移进行检测，有效避免了主轴各段轴向位移不一致所带来的轴向位移检测结果不准确的问题，由于轴向位移传感器直接对轴向止推轴承的轴向位移进行检测，因此能够提高主轴临界转速与刚度，提高主轴运行稳定性与可靠性，同时还可以实现控制元件、执行元件统一，使磁悬浮轴承控制更精确，提高磁悬浮轴承控制可靠性，提高控制精度。
附图说明
图1为本申请实施例的磁悬浮轴承的结构示意图；
图2为图1的L处的放大结构示意图；
图3为本申请实施例的磁悬浮轴承的轴向轴承定子与轴向止推轴承的配合结构示意图；
图4为本申请实施例的磁悬浮轴承的第一轴向轴承定子的侧视结构图。
附图标记表示为：
1、轴向止推轴承；2、第一轴向轴承定子；3、第二轴向轴承定子；4、轴向位移传感器；5、第一径向位移传感器；6、安装槽；7、集成块；8、凹槽；9、保护块；10、绕组线圈；11、径向磁悬浮轴承；12、轴；13、壳体；14、第二径向位移传感器；15、转子；16、定子。
具体实施方式
结合参见图1至图4所示，根据本申请的实施例，磁悬浮轴承包括轴向止推轴承1、第一轴向轴承定子2和第二轴向轴承定子3，第一轴向轴承定子2和第二轴向轴承定子3分别设置在轴向止推轴承1的轴向两端，用于调节轴向止推轴承1的轴向位置，第一轴向轴承定子2、第二轴向轴承定子3和轴向止推轴承1至少其中之一上设置有检测轴向止推轴承1轴向位移的轴向位移传感器4。
在本申请的磁悬浮轴承中，将检测轴12的轴向位移的轴向位移传感器4设置在第一轴向轴承定子2、第二轴向轴承定子3和轴向止推轴承1至少其中之一上，可以直接对轴向止推轴承1的轴向位移进行检测，进而对轴12的轴向位移进行检测，有效避免了轴12各段轴向位移不一致所带来的轴向位移检测结果不准确的问题。由于轴向位移传感器4直接对轴向止推轴承1的轴向位移进行检测，因此能够提高轴12的临界转速与刚度，提高轴12的运行稳定性与可靠性，同时还可以实现控制元件、执行元件统一，使磁悬浮轴承控制更精确，提高磁悬浮轴承控制可靠性，提高控制精度。
轴向位移传感器4设置在第一轴向轴承定子2上，第一轴向轴承定子2上还设置有第一径向位移传感器5。在本实施例中，将轴向位移传感器4设置在第一轴向轴承定子2上，由于第一轴向轴承定子2是固定的，因此轴向位移传感器4也是固定的，当轴向止推轴承1随轴12轴向运动时，能够准确快速地测量轴向止推轴承1的位移，由于轴向位移传感器4不随轴向止推轴承1运动，因此不会受到运动对测量精度的影响，可以使得测量结果更加准确可靠。
优选地，轴向位移传感器4和第一径向位移传感器5集成为一体，可以实现轴向位移测量和径向位移测量一体化，进而实现控制元件、执行元件统一，使磁悬浮轴承控制更精确，提高可靠性。
第一轴向轴承定子2的内周壁上设置有安装槽6，安装槽6内固定设置有集成块7，轴向位移传感器4和第一径向位移传感器5集成在集成块7上。在本实施例中，轴向位移传感器4和第一径向位移传感器5通过集成块7集成在一起，可以通过集成块7安装固定在第一轴向轴承定子2的内周壁上，安装结构更加简单方便，且能够通过集成块7有效提高轴向位移传感器4和第一径向位移传感器5的安装精度，进而提高测量精度。
优选地，集成块7上设置轴向位移传感器4和第一径向位移传感器5的位置均设置有凹槽8，轴向位移传感器4和第一径向位移传感器5均设置在凹槽8内。通过设置凹槽8，可以方便进行轴向位移传感器4和第一径向位移传感器5的设置，同时使得轴向位移传感器4和第一径向位移传感器5均位于凹槽8内，通过集成块7的侧壁对轴向位移传感器4和第一径向位移传感器5形成保护，有效避免轴向位移传感器4和第一径向位移传感器5与轴12或者轴向止推轴承1之间发生碰撞而损坏。
优选地，集成块7上还设置有保护块9，保护块9朝向轴向止推轴承1伸出，并沿轴向突出于轴向位移传感器4；和/或，保护块9沿径向方向突出于第一径向位移传感器5。通过设置保护块9，可以使得保护块9沿轴向或者径向均突出于集成块7，从而避免集成块7直接与轴12或者轴向止推轴承1之间发生碰撞，对集成块7形成有效保护。保护块9采用石墨、巴氏合金、聚四氟乙烯或铝制成，自润滑性能较好，能够降低磨损，提高保护效果。通过设置保护块9，能够实现在轴向、径向两个方向上对磁悬浮轴承系统的保护。保护块9的安装方式包括但不限于螺钉、螺栓、销钉连接、过盈配合、热装配、焊接、涂抹粘合剂等。
优选地，位于第一轴向轴承定子2上的保护块9和第一轴向轴承定子2、集成块7集成在一起，能够进一步提高磁悬浮轴承的集成化程度，缩减磁悬浮轴承体积，使得磁悬浮轴承结构更加紧凑，体积更小。
优选地，轴向位移传感器4和第一径向位移传感器5均为多个，并沿第一轴向轴承定子2的周向均匀分布，从而能够进一步提高对轴12轴向和径向位移测量的准确性。
轴向位移传感器4可采用电涡流、电容式、霍尔感应式、光学式等位移传感器，一般采用塑封的方式将传感器元件塑封到铝壳中，将传感器壳体安装到轴向轴承定子上，传感器壳体与轴向轴承定子的连接方式包括但不限于螺钉、螺栓、销钉连接、过盈配合、热装配、焊接、涂抹粘合剂等。一般的，为防止位移传感器探头磨损，传感器高度尺寸应略低于轴向轴承定子的高度。
在本实施例中，第一轴向轴承定子2上朝向轴向止推轴承1的一侧设置有保护块9，保护块9设置在第一轴向轴承定子2的径向内侧，保护块9沿径向和轴向均突出于第一轴向轴承定子2。
第二轴向轴承定子3上朝向轴向止推轴承1的一侧设置有保护块9，保护块9设置在第二轴向轴承定子3的径向内侧，保护块9沿径向和轴向均突出于第二轴向轴承定子3。
保护块9可以相对于集成块7单独存在，从而降低各自的设置难度。
第一轴向轴承定子2和第二轴向轴承定子3上分别设置有线槽，线槽内设置有绕组线圈10。线槽的开口朝向轴向止推轴承1，绕组线圈10缠绕在线槽内，能够对轴向止推轴承1施加轴向作用力，从而对轴向止推轴承1的轴向位置进行调节。通过调整第一轴向轴承定子2和第二轴向轴承定子3的绕组线圈10的电流大小，可以方便地调节第一轴向轴承定子2和第二轴向轴承定子3施加至轴向止推轴承1的轴向作用力，改变轴向止推轴承1的轴向运动方向。
优选地，第一轴向轴承定子2和第二轴向轴承定子3上的线槽均为多个，可以设置多组绕组线圈10，从而增大绕组线圈10施加至轴向止推轴承1的轴向作用力，便于对轴向止推轴承1的轴向位置进行调节，调节更加灵敏准确。
优选地，各线槽内绕制有多个绕组线圈10，同一线槽内的各绕组线圈10的电流大小和方向相同并相互独立，当磁悬浮轴承某一个绕组线圈10失效时，其他绕组线圈10仍能正常工作，保证磁悬浮轴承系统安全、稳定运行，提高磁悬浮轴承运行可靠性。
优选地，第一轴向轴承定子2上的多个线槽为环形线槽，且多个线槽同轴设置；和/或，第二轴向轴承定子3上的多个线槽为环形线槽，且多个线槽同轴设置。线槽也可以设置为扇形，多个扇形的线槽沿着第一轴向轴承定子2的轴向均匀间隔设置，每个扇形线槽内分别缠绕有绕组线圈10，各绕组线圈10之间相互独立。
优选地，相邻线槽中的绕组线圈10的电流方向相反并相互独立，可以使得相邻线槽中的绕组线圈10形成串联磁通，从而增大磁通量，提高电磁作用力，避免相邻线槽内的绕组线圈10的电磁作用力相互抵消，提高电磁作用效果。
根据本申请的实施例，磁悬浮离心压缩机包括磁悬浮轴承，该磁悬浮轴承为上述的磁悬浮轴承。
优选地，磁悬浮离心压缩机还包括径向磁悬浮轴承11和轴12，至少两个径向磁悬浮轴承11分别设置在轴12的两端。在本实施例中，径向磁悬浮轴承11为两个，且分别设置在轴12的两端，可以从轴12的两端分别对轴12施加径向悬浮作用力，提高轴12径向悬浮结构的稳定性。径向磁悬浮轴承11也可以为更多个，需要保证轴12两端所受到的径向电磁作用力平衡。
优选地，磁悬浮离心压缩机还包括壳体13和轴12，壳体13套设在轴12外，第一轴向轴承定子2和第二轴向轴承定子3固定在轴12第一端的壳体13上，轴12第二端的壳体13的内壁上还设置有第二径向位移传感器14和/或径向保护块9。通过在轴12的两端分别设置第二径向位移传感器14，能够从轴12的两端测量轴12的径向位移，从而更加有效地保证轴12径向悬浮位置的准确性，提高控制精度。径向的保护块9内径小于第二径向位移传感器14的内径，能够对第二径向位移传感器14形成有效保护，避免第二径向位移传感器14与轴12之间发生碰撞而损坏。
磁悬浮离心压缩机还包括轴12、转子15和定子16，转子15固定设置在轴12的外周侧，并与定子16对应设置，定子16套设在转子15外。在本实施例中，转子15与轴12一体成型，定子16通电后，与转子15之间形成相互作用力，驱动转子15带动轴12旋转。
根据本申请的实施例，空调器包括磁悬浮轴承，该磁悬浮轴承为上述的磁悬浮轴承。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。
Claims (19)
1.一种磁悬浮轴承，其特征在于，包括轴向止推轴承(1)、第一轴向轴承定子(2)和第二轴向轴承定子(3)，所述第一轴向轴承定子(2)和所述第二轴向轴承定子(3)分别设置在所述轴向止推轴承(1)的轴向两端，用于调节所述轴向止推轴承(1)的轴向位置，所述第一轴向轴承定子(2)、所述第二轴向轴承定子(3)和所述轴向止推轴承(1)至少其中之一上设置有检测所述轴向止推轴承(1)轴向位移的轴向位移传感器(4)。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向位移传感器(4)设置在所述第一轴向轴承定子(2)上，所述第一轴向轴承定子(2)上还设置有第一径向位移传感器(5)。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向位移传感器(4)和所述第一径向位移传感器(5)集成为一体。
4.根据权利要求3所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一轴向轴承定子(2)的内周壁上设置有安装槽(6)，所述安装槽(6)内固定设置有集成块(7)，所述轴向位移传感器(4)和所述第一径向位移传感器(5)集成在所述集成块(7)上。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述集成块(7)上设置所述轴向位移传感器(4)和所述第一径向位移传感器(5)的位置均设置有凹槽(8)，所述轴向位移传感器(4)和所述第一径向位移传感器(5)均设置在凹槽(8)内。
6.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述集成块(7)上还设置有保护块(9)，所述保护块(9)朝向所述轴向止推轴承(1)伸出，并沿轴向突出于所述轴向位移传感器(4)；和/或，所述保护块(9)沿径向方向突出于所述第一径向位移传感器(5)。
7.根据权利要求6所述的磁悬浮轴承，其特征在于，位于所述第一轴向轴承定子(2)上的保护块(9)和所述第一轴向轴承定子(2)、所述集成块(7)集成在一起。
8.根据权利要求6所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述保护块(9)采用石墨、巴氏合金、聚四氟乙烯或铝制成。
9.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一轴向轴承定子(2)上朝向所述轴向止推轴承(1)的一侧设置有保护块(9)，所述保护块(9)设置在第一轴向轴承定子(2)的径向内侧，所述保护块(9)沿径向和轴向均突出于所述第一轴向轴承定子(2)；和/或，所述第二轴向轴承定子(3)上朝向所述轴向止推轴承(1)的一侧设置有保护块(9)，所述保护块(9)设置在第二轴向轴承定子(3)的径向内侧，所述保护块(9)沿径向和轴向均突出于所述第二轴向轴承定子(3)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一轴向轴承定子(2)和第二轴向轴承定子(3)上分别设置有线槽，所述线槽内设置有绕组线圈(10)。
11.根据权利要求10所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一轴向轴承定子(2)和第二轴向轴承定子(3)上的线槽均为多个。
12.根据权利要求10所述的磁悬浮轴承，其特征在于，各所述线槽内绕制有多个所述绕组线圈(10)，同一线槽内的各所述绕组线圈(10)的电流大小和方向相同并相互独立。
13.根据权利要求11所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一轴向轴承定子(2)上的多个线槽为环形线槽，且所述多个线槽同轴设置；和/或，所述第二轴向轴承定子(3)上的多个线槽为环形线槽，且所述多个线槽同轴设置。
14.根据权利要求13所述的磁悬浮轴承，其特征在于，相邻线槽中的绕组线圈(10)的电流方向相反并相互独立。
15.一种磁悬浮离心压缩机，包括磁悬浮轴承，其特征在于，所述磁悬浮轴承为权利要求1至14中任一项所述的磁悬浮轴承。
16.根据权利要求15所述的磁悬浮离心压缩机，其特征在于，所述磁悬浮离心压缩机还包括径向磁悬浮轴承(11)和主轴(12)，至少两个所述径向磁悬浮轴承(11)分别设置在所述主轴(12)的两端。
17.根据权利要求15所述的磁悬浮离心压缩机，其特征在于，所述磁悬浮离心压缩机还包括壳体(13)和主轴(12)，所述壳体(13)套设在所述主轴(12)外，所述第一轴向轴承定子(2)和第二轴向轴承定子(3)固定在所述主轴(12)第一端的所述壳体(13)上，所述主轴(12)第二端的所述壳体(13)的内壁上还设置有第二径向位移传感器(14)和/或径向保护块(9)。
18.根据权利要求15所述的磁悬浮离心压缩机，其特征在于，所述磁悬浮离心压缩机还包括主轴(12)、转子(15)和定子(16)，所述转子(15)固定设置在所述主轴(12)的外周侧，并与所述定子(16)对应设置，所述定子(16)套设在所述转子(15)外。
19.一种空调器，包括磁悬浮轴承，其特征在于，所述磁悬浮轴承为权利要求1至14中任一项所述的磁悬浮轴承。
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