CN110249145A - 用于轴慢滚动控制的推力主动磁轴承 - Google Patents

Abstract

提供了一种与感应电机集成的推力磁轴承及其使用方法，用于转子和其他旋转部件的慢滚动控制。所述转子可包括轴和推力轴承盘。所述推力磁轴承可包括轴向邻近所述推力轴承盘定位的推力轴承定子，并且其可被构造成将轴向磁力施加到所述推力轴承盘。所述感应电机可被构造成产生旋转磁场，所述旋转磁场使转矩沿预先确定的旋转方向施加到所述推力轴承盘。在一个方面，所述感应电机可包括邻近所述推力轴承盘的圆周定位的径向定子以及两个或更多个周向偏移的绕组。在另一方面，所述感应电机可将所述两个或更多个周向偏移的绕组定位在所述推力轴承定子上。

Description

用于轴慢滚动控制的推力主动磁轴承

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月17日提交的标题为“Integrated Thrust ActiveMagnetic Bearing”的美国临时申请号62/423,381的权益，该临时申请的全部内容通过引用方式并入本文。

背景技术

涡轮机是将能量传递给连续移动的流体或从连续移动的流体传递能量的装置。涡轮机的一个实例是涡轮，其可以包括转子，转子具有可旋转轴和附接到轴的向外延伸的叶片。移动的流体(例如，空气)可以推动转子叶片，从而将运动能量传递到转子叶片并使转子旋转。传递到转子的运动能量可用于诸如推进或发电应用。

在涡轮机操作期间，转子可以非常高的速度旋转。虽然轴可以被设计成沿着其长度保持直线(例如，水平)，但是一些涡轮机(例如，蒸汽涡轮、大型压缩机、燃气涡轮等)可在启动或停机之前或期间经历弯曲。作为实例，由于转子的重量，在启动之前静止时可能发生弯曲。除此之外或作为替代，由于不均匀的加热或冷却，在启动或停机期间可能发生弯曲。如果在轴弯曲甚至很小量(例如，0.01英寸)时转子高速旋转，转子会偏心旋转，并且由于振动或与固定部件摩擦而导致损坏。

发明内容

提供一种与感应电机集成的推力磁轴承及其使用方法，用于转子的慢滚动控制。转子可以包括可旋转轴和安装在其上的无保持架无叠片转子盘。推力磁轴承可包括邻近转子盘的轴向相对侧定位的两个环形推力轴承定子。推力轴承定子可以被构造成向推力轴承盘施加轴向磁力，以控制转子的轴向位置。感应电机可以被构造成产生冲击转子盘的旋转磁场，用于转子的慢滚动控制。旋转磁场可使转矩施加到转子盘。通过控制施加的转矩的方向和幅值，可以控制转子速度。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中将更容易理解这些和其他特征，其中：

图1是示出操作环境的一个示例性实施方案的图示，该操作环境包括与磁推力轴承集成的感应电机，用于转子的慢滚动控制；

图2是图1的推力磁轴承和感应电机的一个示例性实施方案的侧面剖视图；

图3是图2的转子和感应电机的推力盘的正视图；

图4是操作环境的另一示例性实施方案的侧面剖视图，该操作环境包括与磁推力轴承集成的感应电机，用于转子的慢滚动控制；

图5是图4的集成推力轴承和感应电机的侧面剖视图；并且

图6是示出用于轴的慢滚动控制的方法的示例性实施方案的流程图。

需注意，附图不一定按比例绘制。附图旨在仅描绘本文公开的主题的典型方面，因此不应被视为限制本公开的范围。本领域技术人员应当理解，本文具体描述并在附图中示出的系统、装置和方法是非限制的示例性实施方案，并且本发明的范围仅由权利要求限定。

具体实施方式

涡轮和压缩机是涡轮机的实例，涡轮机是包括转子的装置，转子具有轴，当流体(例如，空气)推动从轴延伸的叶片时，轴可以旋转。轴可以连接到其他装置，从而允许在正常操作期间轴的旋转能量用于诸如推进和/或发电的应用。为了避免损坏涡轮机，可能期望确保轴在启动期间、正常操作之前和/或停机期间、正常操作之后基本上是直线的(例如，不弯曲)。为此，在启动期间和/或在停机期间，轴可以以低速(例如，约0rpm至约100rpm)旋转以抵消轴弯曲。

可以使用与转子轴摩擦接合(例如，经由联接到转子轴的齿轮)的盘车装置执行慢滚动。然而，盘车装置可能存在问题。在一个实例中，对于由含油轴承支撑的涡轮机，克服转子重量和启动期间的摩擦所需的旋转力(称为起动转矩)可以相对较高。可以采用相对大的盘车装置以克服这种大的起动转矩。然而，大的盘车装置可能占据需要延伸转子轴以适应其尺寸的体积。在空间受限环境中，涡轮机的整体尺寸的这种增加是不期望的。在另一个实例中，当与高速旋转的转子轴接合时，盘车装置可能具有安全风险，因为由于假接合引起的零件弹出的可能性更大。

因此，提供了用于旋转部件诸如涡轮机转子的慢滚动控制的改进的系统和方法。磁轴承可用于使涡轮机轴磁悬浮，并且称为感应电机的装置可与磁轴承的一部分集成。感应电机可以被构造成磁性地接合转子以控制慢滚动。磁轴承可提供基本上无摩擦的旋转并减小启动和保持慢滚动所需的旋转力。因此，感应电机可以相对较小。此外，由于其与轴的接合是磁性的(非接触式)，因此与盘车装置相比，感应电机具有较低的安全风险。

所公开的系统的实施方案可包括至少一个主动磁轴承和感应电机。主动磁轴承的实例可包括推力磁轴承、径向磁轴承及其组合。径向磁轴承可以被构造成使转子悬浮，从而减小起动转矩。转子可包括可旋转轴和安装在轴上的无保持架无叠片转子盘。推力磁轴承可包括分别邻近转子盘的轴向相对侧定位的两个环形推力轴承定子。推力轴承定子可以被构造成通过产生固定的轴向磁场控制转子的轴向位置，该固定的轴向磁场引起轴向磁力施加在推力轴承盘上。

感应电机可以被构造成控制转子的慢滚动。作为实例，其可以产生冲击转子盘的旋转磁场。由于转子盘的无保持架和无叠片构造，旋转磁场可以在转子盘中感应涡流，并且其可以使转矩施加到转子盘。通过控制施加的转矩的方向和幅值，可以控制转子速度。

感应电机可采用多种构造。在第一实施方案中，感应电机可包括邻近转子盘的外周定位的径向定子。两个或更多个多相绕组可以耦合到定子，并且它们可以彼此周向偏移。在第二实施方案中，感应电机可以包括耦合到每个推力定子的两个或更多个多相绕组，并且它们可以彼此周向偏移。在任何一种情况下，通过激励具有平衡的多相电流/电压的多相绕组，可以产生旋转磁场以将转矩施加到转子盘。

作为非限制性实例，本文所述的方法、系统和装置的示例性技术效果可包括与盘车装置相比改进的涡轮机慢滚动控制。在一个方面，用根据所公开实施方案的感应电机代替盘车装置可以减小涡轮机轴的滑道(skid)和轴尺寸。在另一方面，由于感应电机可以无接触地向转子施加转矩，因此可以基本上消除由于全速时假转动装置接合引起的安全问题。在又一方面，主动磁轴承的使用可以显著减小保持预先确定的慢滚动速度所需的起动转矩和动力。在另一方面，感应电机的某些实施方案可以基本上避免磁推力轴承的推力轴承性能(例如，静态和/或动态力能力)下降。在另一方面，感应电机的实施方案可以向推力轴承盘施加转矩以在启动期间增加转子的旋转速度，或者作为制动系统以在停机期间降低转子的旋转速度。

本文讨论了具有集成感应电机的推力主动磁轴承的实施方案以及用于涡轮机的慢滚动控制的对应方法。然而，本公开的实施方案可以用于其他旋转部件的慢滚动控制而没有限制。

图1示出了包括轴102、主动磁轴承104、感应电机106和控制器108的操作环境100的一个示例性实施方案。轴102可以被构造成围绕纵向轴线L旋转，并且其可以是连接到负载(未示出)的转子的一部分。主动磁轴承104可包括至少一个径向磁轴承110和轴向或推力磁轴承112。径向磁轴承110可包括联接到轴102的径向轴承转子110a和围绕径向轴承转子110a的径向圆周定位的径向轴承定子110b。推力磁轴承112可包括推力轴承盘112a和一对推力轴承定子112b。推力轴承定子112b可定位在推力轴承盘112a的相对轴向侧上。为了清楚起见，图1中仅示出了一个推力轴承定子112b。

在使用中，主动磁轴承104可以被构造成控制轴102的径向和轴向位置。径向轴承转子110a可被构造成向径向轴承定子110b施加径向磁力，该径向磁力足以使轴102悬浮并且调节轴102相对于纵向轴线L的径向位置。推力轴承定子112b可被构造成向推力轴承盘112a施加轴向磁力，以调节轴102沿着纵向轴线L的轴向位置。作为实例，径向轴承定子110b和推力轴承定子112b两者可以分别包括与控制器108连通的电磁体114、116。径向位置传感器(未示出)可用于测量径向轴承转子110a和径向轴承定子110b之间的径向间隙。轴向位置传感器(未示出)可用于测量推力轴承盘112a和推力轴承定子112b之间的轴向间隙。这些轴向和径向间隙测量可以传送给控制器108，控制器继而可以控制提供给电磁体114、116的电流/电压。这样，可以产生磁场，该磁场引起径向和轴向磁力施加到转子(例如，轴102和推力盘112a)，用于在径向和轴向间隙偏移预先确定的范围时(例如，由于振动或其他运动)调节径向和轴向间隙。

如图1所示，感应电机106可以是环形定子的形式，其径向地邻近推力轴承盘112a的外圆周定位。如下面更详细讨论的，定子可包括与控制器108连通的绕组120。控制器108可以向绕组120提供多相电流/电压以(例如，在推力轴承盘112a的平面中)产生旋转磁场。旋转磁场继而可以使转矩施加到推力轴承盘112a。通过控制提供给绕组120的多相电流/电压，可以改变施加的转矩的方向和幅值，从而允许控制轴102的慢滚动。这样，感应电机106可以用作盘车装置的替代。

主动磁轴承104和感应电机106的组合可在涡轮机应用中提供各种优点。在一个方面，与采用含油轴承的涡轮机相比，径向磁轴承110可以显著减小轴起动转矩(BAT)。

由含油轴承支撑的涡轮机轴的BAT可直接与诸如转子重量、含油轴承直径、等效摩擦系数和/或联轴器预拉伸等因素相关联。随着转子(动力传动系)的重量增加，BAT可能变得显著，并且可能需要相对大的盘车装置提供足以克服BAT的转矩。在一些情况下，还可能需要额外的顶轴油装置(例如，静压提升系统)以降低BAT，并且防止轴承滑动表面因低启动速度(例如，小于约100rpm)下的润滑限制而过早磨损。

相反，径向磁轴承110可以使轴102悬浮并提供无接触支撑。因此，轴102的BAT可以近似为零，并且可以采用相对小的感应电机106施加超过风阻转矩的转矩，该风阻转矩可能是由于转子和周围流体环境之间的摩擦以及轴102的惯性产生的。感应电机106还可以被构造成施加足够的转矩以保持所需的慢滚动旋转速度。

通过计算机模拟计算了含油轴承和主动磁轴承所需的BAT的估计，并且下表总结了转动系统的要求。模拟是针对代表性的多兆瓦级马达压缩机应用执行的，在该应用中，压缩机在静止时会发生弯曲，并且在启动时会采用慢滚动来减轻这种弯曲。假设模拟的慢滚动速度为50rpm，并且根据k*(速度)²计算阻力风阻转矩。

模拟表明，计算的含油轴承的BAT是1111Nm，而由于磁悬浮下不存在起动摩擦，磁轴承的BAT几乎为零。一旦达到50rpm的旋转速度，计算的在含油轴承条件下保持该速度的功率约为5500W，而在磁轴承条件下约50W。从这些模拟中可以看出，使用主动磁轴承104转动轴102所需的转矩和功率大约是含油轴承所需的转矩和功率的1％。

图2是示出与径向磁通感应电机202集成的推力磁轴承200的示例性实施方案的侧面剖视图。如图所示，推力磁轴承200包括推力轴承盘204和一对推力轴承定子206a、206b。推力轴承盘204可以是由铁磁材料形成的无保持架无叠片(例如，实心)盘。推力轴承盘204可以安装在轴102上并且其可以沿着轴线P从其(例如，从纵向轴线L)径向向外延伸。在某些实施方案中，径向轴线P可以基本上正交于纵向轴线L。

推力轴承定子206a、206b可以固定到外壳(未示出)，使得它们是静止的并且轴向地邻近推力轴承盘204的相对侧定位。在某些实施方案中，推力轴承定子206a、206b的径向位置可以围绕纵向轴线L大致轴向居中。如图所示，推力轴承定子206a、206b中的每一个可包括铁芯210和与控制器108电连通的导电绕组212。铁芯210可以形成为环形并且包括孔214，孔的尺寸适于通过其接纳轴102。如下所述，铁芯210的实施方案可以是叠片的或无叠片的，并且其可以被构造成承载磁通量。铁芯210的无叠片实施方案可以由软磁复合材料形成。

导电绕组212可以沿着铁芯210内形成的通道延伸。当电流/电压被提供给绕组212时(例如，在控制器108的控制下)，推力轴承定子206a、206b中的每一个可以用作电磁体并产生磁场。推力轴承定子206a可产生静止(例如，非旋转)磁场，该磁场提供第一轴向磁力，该第一轴向磁力可将推力轴承盘204朝向推力轴承定子206a吸引(例如，朝向图2中的左侧)。推力轴承定子206b可产生静止(例如，非旋转)磁场，该磁场提供第二轴向磁力，该第二轴向磁力将推力轴承盘204朝向推力轴承定子206b吸引(例如，朝向图2中的右侧)。通过控制第一和第二轴向磁力，可以控制推力轴承盘204的轴向位置，以抑制推力轴承盘204与推力轴承定子206a、206b之间的轴向接触。

可以以各种构造提供铁芯210的实施方案。在一个方面，铁芯210可以形成为轴对称C型铁芯电磁体拓扑，如图2所示。C型铁芯拓扑可能是有益的，因为其可能需要一半的电枢匝数以实现与E型铁芯拓扑相同的磁力。在另一方面(未示出)，铁芯210可以形成为轴对称E型铁芯电磁体拓扑，用于保持绕组212。E型铁芯拓扑可以是有益的，因为其可以提供固有的磁通路径分裂，这可以允许定子背铁和推力轴承盘204的厚度两者的更小尺寸。

图3是进一步示出感应电机202和推力盘204的正视图。感应电机202可以是集成无保持架、无叠片转子感应电机的形式，其可以被构造成将转矩τ施加到推力轴承盘204以控制轴102的慢滚动。如图所示，感应电机202可包括环形径向磁通定子300，其具有磁通定子铁芯302和耦合到磁通定子铁芯302的两个或更多个导电绕组304a、304b。如下所述，导电绕组304a、304b可以被构造成当在控制器108的控制下提供电流/电压时产生旋转磁场。

磁通定子铁芯302可以限定磁通定子300的环形形状，并且其可以具有径向偏移推力轴承盘204的外径向表面的内径向表面。可以穿过磁通定子铁芯302的厚度形成两个或更多个周向偏移的槽306，并且绕组304a、304b可以穿过槽306中的邻近槽缠绕，以耦合到磁通定子铁芯302。

绕组304a、304b可以电耦合到由控制器108控制的多相电流/电压源。通过经由功率转换器用平衡的多相电流/电压激励绕组304a、304b，可以产生绕纵向轴线L沿预先确定的方向(例如，页面内的顺时针方向)旋转的磁场。旋转磁场可以在推力轴承盘204中感应涡流，并且这些涡流可以使转矩τ沿预先确定的旋转方向施加到推力轴承盘204。通过反转由功率转换器提供给绕组304b的平衡的多相电流/电压的顺序，可以反转施加的转矩τ的方向。

可以不受限制地改变绕组304a、304b的数量和所提供的电流/电压的相数。作为实例，图3示出了在磁通定子铁芯302中形成的48个槽306。在一个实施方案中，磁通定子铁芯302可以缠绕分布式的16极三相绕组。分布式绕组可以降低次谐波，并且在慢滚动期间最小化纹波。在这种情况下，高达约8Hz的可变频率电源电压可以将轴102加速到约60rpm。通过经由功率转换器(未示出)通过平衡的多相电流/电压激励磁通定子300的多相绕组，产生旋转磁场并且可以将转矩τ施加到推力轴承盘204。

在另一个实例(未示出)中，可以采用集中(齿)多相绕组。虽然这种构造由于次谐波会表现出更高的转矩波动，但与分布式绕组相比，其也可以具有更短的端部绕组。在空间受限的情况下，这种较短的长度可能是有利的。

感应电机202的构造可以确保在正常操作期间(例如，在轴102的高速旋转期间)，推力磁轴承200的性能(例如，静态和/或动态力能力)基本上没有降低。作为实例，推力轴承定子206a，206b和推力轴承盘204都没有被修改以允许通过感应电机202将转矩τ施加到推力轴承盘204。相反，感应电机202可以通过径向邻近推力轴承盘204安装磁通定子300从而与推力磁轴承200集成。此外，感应电机202可以仅在启动和停机期间操作，而不会在正常操作期间操作，以将转矩τ施加到推力轴承盘204。因此，由感应电机202产生的磁场基本上避免了与推力磁轴承200产生的轴向磁力的干扰。

一般来讲，无保持架无叠片转子感应电机诸如感应电机202可以表现出比笼式转子感应电机更差的性能。然而，在本发明的感应电机202的情况下，这个缺点可以被最小化。在一个方面，由于感应电机202可以仅在启动或停机期间操作，因此与正常操作的时间相比，感应电机激活的时间可以很短。在另一个方面，如上所述，径向磁轴承110可以提供径向磁悬浮，并且由于不存在轴承静摩擦，需要施加到推力轴承盘204上用于慢滚动控制的转矩τ的水平可以相对较小。也就是说，感应电机202消耗的功率可以相对较低，因为所施加的转矩τ的幅值及其持续时间都很小。因此，与盘车装置相比，使用无保持架无叠片转子感应电机进行慢滚动控制可以提供的空间节省和安全性改进大大超过了由其导致的电气效率低下。

图4至图5示出了与轴向磁通感应电机402集成用于转子的慢滚动控制的推力磁性轴承400的另一个示例性实施方案。如下面更详细讨论的，与推力磁轴承200相比之下，可以修改推力磁轴承400的推力轴承定子以包括感应电机402。这样，可以通过推力轴承定子产生磁场，以将轴向和旋转磁力施加到推力轴承盘，用于轴向稳定和慢滚动控制。

图4是示出推力磁轴承400和感应电机402的一半的侧面剖视图。推力磁轴承400和感应电机402的剩余一半(例如，下半部分)关于纵向轴线L与所示一半对称，并且为了清楚起见而省略。如图所示，推力磁轴承400包括推力轴承盘404和一对推力轴承定子406a、406b。类似于图2的推力轴承盘204，推力轴承盘404可以是由铁磁材料形成的无保持架无叠片(例如，实心)盘。推力轴承盘404可以安装在轴102上并且其可以沿着轴线P从其(例如，从纵向轴线L)径向向外延伸。在某些实施方案中，径向轴线P可以基本上正交于纵向轴线L。

推力轴承定子406a、406b可以固定到外壳(未示出)，使得它们定位在推力轴承盘404的轴向相对侧。在某些实施方案中，推力轴承定子406a、406b的径向位置可以围绕纵向轴线L大致轴向居中。如图所示，推力轴承定子406a、406b中的每一个可包括铁芯410和与控制器108电连通的第一导电绕组412a和第二导电绕组412b。每个铁芯410可以形成为环形，具有尺寸适于接纳穿过其中的轴102的孔414。导电绕组412a、412b可以沿着每个铁芯410内形成的通道延伸。如下所述，铁芯410可以是叠片的或无叠片的，并且其可以被构造成承载磁通量。铁芯410的无叠片实施方案可以由软磁复合材料形成。

导电绕组412a、412b可以沿着在每个铁芯410内形成的通道延伸并且具有闭环构造。当电流/电压被提供给绕组412a、412b时(例如，在控制器108的控制下)，推力轴承定子406a、406b中的每一个可以用作电磁体并产生磁场。

第二绕组412b可以布置在形成于推力轴承定子406a、406b中的每一个推力轴承定子内的大致圆形通道中。在某些实施方案中，第二绕组412b可以相对于纵向轴线L在第二径向距离处大致径向居中。提供给推力轴承定子406a的第二绕组412b的电流/电压可产生静止(例如，非旋转)磁场414a，该磁场提供第一轴向磁力，该第一轴向磁力可将推力轴承盘204朝向推力轴承定子406a吸引(例如，朝向图4中的左侧)。提供给推力轴承定子406b的第二绕组412b的电流/电压可产生静止(例如，非旋转)磁场414b，该磁场提供第二轴向磁力，该第二轴向磁力将推力轴承盘404朝向推力轴承定子406b吸引(例如，朝向图4中的右侧)。每个铁芯410可以是叠片或无叠片的以承载磁通量。通过控制第一和第二轴向磁力，可以控制推力轴承盘404的轴向位置，以抑制推力轴承盘404与推力轴承定子406a、406b之间的接触。

图5是进一步示出推力轴承定子406a和安装在其上的感应电机402的正视图。如图所示，具有闭环形状的两个或更多个通道可以形成在铁芯410内，并且它们可以彼此周向偏移。感应电机402的一部分可包括铁芯410和固定到铁芯410的两个或更多个第一绕组412a。所述两个或更多个第一绕组412a可以位于距纵向轴线L的第一径向距离处，该第一径向距离大于第二绕组412b的第二径向距离。在某些实施方案中，第一绕组412a可以以环形构造缠绕通道中的邻近通道。每个第一绕组412a可以电耦合到由控制器108控制的多相电流/电压源。推力轴承定子406b可以类似地构造。

通过经由功率转换器用平衡的多相电流/电压激励每个推力轴承定子406a、406b中的第一绕组412a，可以产生相对于纵向轴线L沿着预先确定的方向(例如，页面内的顺时针方向)旋转的第一磁场。旋转磁场416可以在推力轴承盘404中感应环形涡流，所述环形涡流可以使转矩τ沿着预先确定的旋转方向施加到推力轴承盘404。通过反转由功率转换器提供给绕组412a、412b的平衡的多相电流/电压的顺序，可以反转施加的转矩τ的方向。

可以不受限制地改变第一绕组412a的数量和所提供的电流/电压的相数。作为实例，图5示出了耦合到铁芯410并且缠绕在集中的4极两相绕组中的8个第一绕组412a。在这种情况下，高达约2Hz的可变频率电源电压可以将轴102加速到约60rpm。通过经由功率转换器(未示出)通过平衡的多相电流/电压激励推力轴承定子406a、406b的多相绕组，产生旋转磁场并且可以将转矩τ施加到推力轴承盘404。

由于第一绕组412a占据的空间，与不包括第一绕组412a的推力磁轴承相比，可发生推力磁轴承400的性能(例如，静态和/或动态力能力)的降低。然而，由于感应电机402的情况，这种降低可以被最小化。在一个方面，由于感应电机402可以仅在启动或停机期间操作，因此与正常操作的时间相比，感应电机激活的持续时间可以很短。在另一方面，由于径向磁轴承110可以提供径向磁悬浮，如上所述，并且由于不存在轴承静摩擦，施加到推力轴承盘404用于慢滚动控制的转矩τ的水平可以相对较小。也就是说，推力磁轴承400的性能降低仅在相对短的持续时间启动和/或停机发生。此外，由于转矩τ的幅值相对较低，因此可以基本上忽略这种性能降低。

图6是示出用于转子(例如，轴102)的慢滚动控制的方法600的一个示例性实施方案的流程图。如图所示，方法600可以包括操作602至612。下面结合涡轮机描述方法600。然而，方法600的实施方案不限于与涡轮机一起使用，并且其可以与任何旋转部件一起使用。在某些方面，方法600的实施方案可以包括比图6中所示更多或更少的操作，并且可以以与图6中所示的顺序不同的顺序执行操作。

在操作602中，被构造成围绕纵向轴线旋转的转子可以磁悬浮。转子可包括沿着纵向轴线L定位的轴(例如，轴102)以及从其径向向外(例如，沿着径向轴线P)延伸的铁磁推力轴承盘(例如，推力轴承盘204、404)。在某些实施方案中，转子可以通过径向磁轴承(例如，径向磁轴承110)磁悬浮。

在操作604中，可以产生第一磁场。第一磁场可以被构造成围绕纵向轴线L沿预先确定的旋转方向旋转。作为实例，第一磁场可以被构造成旋转通过推力轴承盘204、404的平面。在某些实施方案中，第一磁场可以由图2至图3的感应电机202或图4至图5的感应电机402产生。

在操作606中，可以在推力轴承盘204、404中感应涡流。涡流可以被配置成使转矩(例如，转矩τ)沿预先确定的旋转方向施加到推力轴承盘204、404。在某些实施方案中，涡流可以是环形涡流。

在操作610中，可以改变第一磁场的旋转速度和旋转方向中的至少一个。第一磁场的变化可以改变施加到推力轴承盘204、404的转矩τ，并且使轴102以预先确定的旋转速度(例如，慢滚动速度)旋转。在一个方面，在产生第一磁场(例如，启动)之前，预先确定的旋转速度可以大于轴102的旋转速度。在另一个方面，在产生第一磁场(例如，停机)之前，预先确定的旋转速度可以小于轴的旋转速度。

可选地，在操作612中，可以产生第二磁场，该第二磁场将轴向磁力施加到推力轴承盘。轴向磁力可以使推力轴承盘保持预先确定的轴向位置。在某些实施方案中，(例如，由感应电机202产生的)第一磁场基本上不干扰第二磁场。

本公开的实施方案可以在以下示例性条款中描述，除非另有说明，否则这些示例性条款可以以任何方式组合。

在一个实施方案中，提供了一种用于慢滚动控制的系统，且该系统可包括推力主动磁轴承和无保持架无叠片转子感应电机。推力主动磁轴承可包括铁磁推力轴承盘和一对推力轴承定子。铁磁推力轴承盘可以从纵向轴线向外(例如，径向向外)延伸，并且其可以被构造成联接到沿着纵向轴线延伸的轴。该对推力轴承定子中的每一个可以轴向邻近推力轴承盘的相对侧定位。在某些实施方案中，该对推力轴承定子可以相对于纵向轴线大致居中。该对推力轴承定子中的每一个可被构造成将轴向磁力施加到推力轴承盘。无保持架无叠片转子感应电机可包括定子和无保持架无叠片转子。定子可包括环形定子铁芯和两个或更多个绕组。定子可以具有内径向表面，该内径向表面可以从推力轴承盘的外径向表面的至少一部分径向偏移。该两个或更多个绕组可以耦合到定子，并且它们可以彼此周向偏移。该两个或更多个定子绕组可以被构造成产生磁场，该磁场围绕纵向轴线沿预先确定的旋转方向旋转并且使转矩沿预先确定的旋转方向施加到推力轴承盘。

在另一个实施方案中，旋转磁场基本上不干扰施加到推力主动磁轴承的轴向磁力。

在另一个实施方案中，推力轴承盘可以是无叠片和无保持架的。

在另一个实施方案中，感应电机的定子铁芯可以是叠片的。

在另一个实施方案中，感应电机的定子铁芯可以是无叠片的并且由软磁复合材料形成。

在另一个实施方案中，该系统还可包括轴和至少一个径向磁轴承。轴可以联接到推力轴承盘，并且其可以被构造成响应于施加到推力轴承盘的转矩而围绕纵向轴线旋转。该至少一个径向磁轴承可被构造成产生足以支撑轴而不接触该至少一个径向磁轴承的径向磁力。

在一个实施方案中，提供了一种用于慢滚动控制的系统，且其可包括转子和一对定子。推力轴承盘可以由铁磁材料形成，并且其可以从纵向轴线向外(例如，径向向外)延伸。推力轴承盘可被构造成联接到沿着纵向轴线延伸的轴。该对定子中的每一个可以轴向邻近推力轴承盘的相对侧定位。在某些实施方案中，推力轴承定子可以相对于纵向轴线大致居中。该对定子中的每一个可包括定子铁芯、两个或更多个第一绕组和第二绕组。定子铁芯可以是环形的并且限定穿过其延伸的孔。该两个或更多个第一绕组可以具有大致环形形状，并且其可以在彼此周向偏移的位置处耦合到每个定子。第二绕组可以具有大致圆形形状，并且其可以在与定子铁芯孔大致同轴的位置处耦合到每个定子铁芯。第一绕组中的每一个可以被构造成产生第一磁场，该第一磁场围绕纵向轴线以预先确定的旋转旋转，这使转矩沿预先确定的旋转方向施加到推力轴承盘。第二绕组可以被构造成产生第二磁场，该第二磁场使轴向磁力施加到推力轴承盘。

在另一个实施方案中，推力轴承盘可以是无叠片和无保持架的。

在另一个实施方案中，定子铁芯可以是叠片的。

在另一个实施方案中，定子铁芯可以是无叠片的并且由软磁复合材料形成。

在另一个实施方案中，第一绕组中的每一个可以从第二绕组径向向外定位。

在另一个实施方案中，该系统可包括轴和径向磁轴承。轴可以联接到推力轴承盘，并且其可以被构造成响应于施加到推力轴承盘的转矩而围绕纵向轴线旋转。径向磁轴承可被构造成产生足以支撑轴而不接触的径向磁力，并且其可以保持轴相对于纵向轴线的预先确定的径向位置。

提供了用于慢滚动控制的方法。在一个实施方案中，该方法可包括使转子磁悬浮。转子可包括：轴，其被构造成围绕沿着纵向轴线定位的纵向轴线旋转；以及铁磁推力轴承盘，其从轴向外(例如，径向地)延伸。该方法还可包括产生第一磁场，该第一磁场围绕纵向轴线沿预先确定的旋转方向旋转，并且使转矩沿预先确定的旋转方向施加到推力轴承盘。该方法还包括产生第二非旋转磁场，其被配置成使轴向磁力施加到推力轴承盘。该方法还可包括改变施加到推力轴承盘的转矩，以使轴以预先确定的旋转速度旋转。

在另一个实施方案中，轴可以通过径向磁轴承磁悬浮。

在另一个实施方案中，第一磁场可以由无保持架无叠片转子感应电机产生。感应电机可包括定子和无保持架无叠片转子。定子可包括环形定子铁芯和两个或更多个定子绕组。定子铁芯可以具有内径向表面，并且该内径向表面可以从推力轴承盘的外径向表面的至少一部分径向偏移。该两个或更多个定子绕组可以耦合到定子铁芯，并且它们可以彼此周向偏移。无保持架无叠片转子可包括铁磁推力轴承盘。

在另一个实施方案中，第一磁场可以由一对定子产生，每个定子定位在推力轴承盘的轴向相对侧上。在某些实施方案中，该对定子可以相对于纵向轴线大致居中。该对定子中的每一个可包括定子铁芯和两个或更多个第一绕组。定子铁芯可以是环形的并且限定穿过其延伸的孔。该两个或更多个第一绕组可以具有大致环形形状，并且其可以在彼此周向偏移的位置处耦合到定子铁芯。

在另一实施方案中，该对定子中的每一个还可包括第二绕组，第二绕组被构造成产生第二非旋转磁场。第二绕组可以具有大致圆形形状，并且其可以在与定子铁芯孔大致同轴的位置处耦合到定子铁芯。

在另一个实施方案中，在产生第一旋转磁场之前，预先确定的旋转速度可以大于轴的旋转速度。

在另一个实施方案中，在产生第一旋转磁场之前，预先确定的旋转速度可以小于轴的旋转速度。

在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可以用来修饰任何可变化的但不导致其所涉及的基本功能变化的定量表述方式。因此，由一个或多个术语诸如“大约”、“大致”和“基本上”修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在这里以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可以被组合和/或互换，这样的范围是确定的并且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。

描述某些示例性实施方案以提供本文公开的系统、装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的概述。在附图中示出了这些实施方案的一个或多个实例。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征可以与其他实施方案的特征组合。此类修改和变化旨在包括在本发明的范围内。此外，在本公开中，实施方案的同名部件通常具有类似特征，并且因此在特定实施方案内，每个同名部件的每个特征未必完全详述。

基于上述实施方案，本领域技术人员将理解本发明的另外的特征和优点。因此，除了由所附权利要求指示，本申请不受具体示出和描述的内容的限制。本文引用的所有出版物和参考文献都通过引用方式整体明确地并入本文。

Claims (19)

1.一种用于慢滚动控制的系统，所述系统包括：

推力主动磁轴承，其包括,

铁磁推力轴承盘，其从纵向轴线向外延伸并且被构造成联接到沿着所述纵向轴线延伸的轴，以及

一对推力轴承定子，每个所述推力轴承定子轴向邻近所述推力轴承盘的相对侧定位，并且被构造成向所述推力轴承盘施加轴向磁力；以及

无保持架无叠片转子感应电机，其包括,

定子，所述定子包括,

环形定子铁芯，其具有从所述推力轴承盘的外径向表面的至少一部分径向偏移的内径向表面，以及

两个或更多个绕组，其耦合到所述定子并且彼此周向偏移，所述定子绕组被构造成产生围绕所述纵向轴线沿预先确定的方向旋转的磁场；以及

包括所述铁磁推力轴承盘的无保持架无叠片转子；

其中所述旋转磁场被构造成使转矩沿预先确定的旋转方向施加到所述推力轴承盘。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述旋转磁场基本上不干扰施加到所述推力主动磁轴承的所述轴向磁力。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述推力轴承盘是无叠片和无保持架的。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述感应电机的所述定子铁芯是叠片的。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述感应电机的所述定子铁芯是无叠片的并且由软磁复合材料形成。

6.如权利要求1所述的系统，其还包括，

轴，所述轴联接到所述推力轴承盘，并且被构造成响应于施加到所述推力轴承盘的所述转矩而围绕所述纵向轴线旋转，以及

至少一个径向磁轴承，其被构造成产生足以支撑所述轴而不接触所述至少一个径向磁轴承的径向磁力。

7.一种用于慢滚动控制的系统，所述系统包括：

转子，其包括铁磁推力轴承盘，所述铁磁推力轴承盘从纵向轴线向外延伸并且被构造成联接到沿着所述纵向轴线延伸的轴；以及

一对定子，每个所述定子轴向邻近所述推力轴承盘的相对侧定位，所述一对定子中的每一个包括,

限定穿过其延伸的孔的环形定子铁芯，

两个或更多个第一绕组，每个所述第一绕组具有大致环形形状并且在彼此周向偏移的位置处耦合到所述定子铁芯，以及

具有大致圆形形状的第二绕组，其在与所述定子铁芯孔大致同轴的位置处耦合到所述定子铁芯；

其中所述第一绕组被构造成产生第一磁场，所述第一磁场围绕所述纵向轴线沿预先确定的旋转方向旋转，并且这使转矩沿所述预先确定的旋转方向施加到所述推力轴承盘；并且

其中所述第二绕组被构造成产生第二磁场，所述第二磁场使轴向磁力施加到所述推力轴承盘。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述推力轴承盘是无叠片和无保持架的。

9.如权利要求7所述的系统，其中所述定子铁芯是叠片的。

10.如权利要求7所述的系统，其中所述定子铁芯是无叠片的并且由软磁复合材料形成。

11.如权利要求7所述的系统，其中所述第一绕组中的每一个从所述第二绕组径向向外定位。

12.如权利要求7所述的系统，其还包括,

轴，所述轴联接到所述推力轴承盘，并且被构造成响应于施加到所述推力轴承盘的所述转矩而围绕所述纵向轴线旋转；以及

至少一个径向磁轴承，其被构造成产生足以支撑所述轴而不接触所述至少一个径向磁轴承的径向磁力。

13.一种慢滚动控制方法，所述方法包括：

磁性地支撑转子，所述转子包括构造成围绕纵向轴线旋转的轴和从所述轴向外延伸的铁磁推力轴承盘；

产生第一磁场，所述第一磁场围绕所述纵向轴线沿预先确定的旋转方向旋转，并且使转矩沿所述预先确定的旋转方向施加到所述推力轴承盘；

产生第二非旋转磁场，所述第二非旋转磁场被配置成使轴向磁力施加到所述推力轴承盘；并且

改变施加到所述推力轴承盘的所述转矩，以使所述轴以预先确定的旋转速度旋转。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述轴通过径向磁轴承磁悬浮。

15.如权利要求13所述的方法，其中所述第一磁场由无保持架无叠片转子感应电机产生，所述无保持架无叠片转子感应电机包括：

定子，其包括，

环形定子铁芯，其具有从所述推力轴承盘的外径向表面的至少一部分径向偏移的内径向表面，以及

两个或更多个定子绕组，其耦合到所述定子并且彼此周向偏移；以及

包括所述铁磁推力轴承盘的无保持架无叠片转子。

16.如权利要求13所述的方法，其中所述第一磁场由一对定子产生，每个所述定子定位在所述推力轴承盘的轴向相对侧上，所述一对定子中的每一个包括,

限定穿过其延伸的孔的环形定子铁芯，以及

两个或更多个第一绕组，每个所述第一绕组具有大致环形形状并且在彼此周向偏移的位置处耦合到所述定子铁芯。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述一对定子中的每一个还包括被配置成产生所述第二非旋转磁场的第二绕组，所述第二绕组具有大致圆形的形状，其在与所述定子铁芯孔大致同轴的位置处耦合到所述定子铁芯。

18.如权利要求13所述的方法，其中在产生所述第一旋转磁场之前，所述预先确定的旋转速度大于所述轴的旋转速度。

19.如权利要求13所述的方法，其中在产生所述第一旋转磁场之前，所述预先确定的旋转速度小于所述轴的旋转速度。