CN110410341A - 一种磁悬浮风机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮风机，其包括壳体、转子、定子、旋转轴、磁悬浮轴承以及叶片，其中，所述转子与所述旋转轴固定连接，所定子固定在所述壳体内侧，所述转子位于所述定子内侧，所述旋转轴通过所述磁悬浮轴承与所述壳体可转动连接，所述旋转轴的一端伸出所述壳体外侧，且与所述叶片固定连接。本发明的磁悬浮风机利用的磁悬浮轴承，通过永磁体产生的侧推力实现了变化平衡点的悬浮，在使用的过程中，不需要消耗电能，可长久不断续的维持平衡，并且比电磁悬浮和超导磁悬浮稳定。本发明的磁悬浮风机结构简单稳定，造价低廉，加工制作容易，便于工业生产，用途广泛，适合实际推广使用。

Description

一种磁悬浮风机

技术领域

本发明涉及风机技术领域，具体涉及一种磁悬浮风机。

背景技术

永磁悬浮技术的现状磁悬浮最早起源于欧洲，早在1842年，数学家山姆·恩绍(Samuel Earnshaw)发表过一篇论文，用数学方法证明若单靠宏观的静态古典电磁力，磁悬浮是不可能实现的。后世人称呼这项证明为恩绍大定理(Earnshaw’s theorem)，指出单靠永久磁铁是不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态。库仑是法国工程师和物理学家。1785年，库仑用扭称实验测量两电荷之间的作用力与两电荷之间距离的关系。他通过实验得出：“两个带有同种类型电荷的小球之间的排斥力与这两球中心之间的距离平方成反比”同年，他在《电力定律》的论文中介绍了他的实验装置，测试经过和实验结果。库仑定律被引用到磁场力学建立了磁力学第一定律，即同性相互排斥，异性相互吸引，作用力的大小与磁场强度成正比，与距离的平方成反比。全世界的磁悬浮技术有三种：第一种是以德国为代表的电磁悬浮技术，如上海的磁悬浮列车即采用该技术，第二种是以日本为代表的超导磁悬浮技术如我国的西安交大研制的真空超导磁悬浮列车即是采用的该技术，第三种中国的永磁悬浮技术，也称被动磁悬浮技术，代表有两个，一是大连磁谷科技有限公司李岭群研制的槽轨永磁悬浮列车。二是兰州物理所的李国坤教授，李国坤教授建立了推拉理论和斥推理论。

目前，在磁悬浮技术领域，并没有永磁悬浮电机的相关技术，更没有永磁悬浮风机，现有的技术中存在电磁悬浮电机，永磁悬浮与电磁悬浮、超导磁悬浮不同，电磁悬浮和超导磁悬浮实现了静态的稳定悬浮，但是，前提条件是必须在电磁线圈中有流动的电流。而永磁悬浮没有实现静态的稳定悬浮，但是永磁悬浮在动态下是可以实现稳定悬浮的。现有技术中取得的这些成果都是在磁力学第一定理的基础上取得的，例如磁悬浮电机、磁悬浮轴承等。这些成果的取得都是得益于电磁悬浮和超导磁悬浮技术，而这些磁悬浮技术存在着严重的不足和缺陷，这些磁悬浮技术必须用电，需要能量输入，需要电磁线圈通电，如果没有电流，电磁悬浮和超导悬浮技术将不复存在，受到用电的限制，不能长期不断续的稳定使用。由于需要电磁线圈等，制造的磁悬浮装置不能小型化，更不能微型化了。

由此可见，现有磁悬浮技术制备的设备中，均使用电磁悬浮，作为磁悬浮的条件，制造的设备较大，无法小型化，无法实现稳定悬浮，亟待进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁悬浮风机，用以解决现有磁悬浮风机无法实现稳定长期悬浮，设备无法小型化，制造成本较高的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种磁悬浮风机，所述磁悬浮风机包括壳体、转子、定子、旋转轴、磁悬浮轴承以及叶片，其中，

所述转子与所述旋转轴固定连接，所定子固定在所述壳体内侧，所述转子位于所述定子内侧，所述旋转轴通过所述磁悬浮轴承与所述壳体可转动连接，所述旋转轴的一端伸出所述壳体外侧，且与所述叶片固定连接。

本发明的一个实施例中，所述磁悬浮轴承包括内套磁环以及套置与所述内套磁环外侧的外套磁环，所述外套磁环和所述内套磁环均由数个环绕外周侧的条形磁铁紧密排布形成，所述内套磁环外侧的磁极与所述外套磁环内侧的磁极相同。

本发明的一个实施例中，所述外套磁环和所述内套磁环内的条形磁铁均为辐射充磁磁铁。

本发明的一个实施例中，所述外套磁环呈圆筒形，其底部或顶部沿径向向内侧延伸形成环形的抵挡部，避免位于内侧的内套磁环从外套磁环中脱出。

本发明的一个实施例中，所述外套磁环和内套磁环的外侧均设有轴承套。

本发明的一个实施例中，所述内套磁环的轴向高度小于所述外套磁环的轴向高度，使得所述内套磁环可在所述外套磁环内上下运动。

本发明的一个实施例中，所述磁悬浮轴承的数量至少为1个。

本发明的一个实施例中，所述外套磁环的上端安装有电磁线圈，所述电磁线圈对应所述内套磁环，可对所述内套磁环产生电磁力作用，使得内套磁环悬浮。

本发明的一个实施例中，所述电磁线圈的数量至少为4个，环设在所述外套磁环的上端部，当悬浮风机倾斜时，可相应控制倾斜一侧电磁线圈的电流，使得旋转轴悬浮在磁悬浮轴承中。

本发明利用的永磁悬浮的基本原理，当AB两个永磁体同性相对时，在y轴方向上，当A固定，B在h1范围内相互排斥的，而且是随距离的缩小，排斥力增加，在h2范围内，排斥力是随着距离的缩小也缩小或者变成了吸引力。而且，现有的理论也只在y轴方向做了阐述，在x轴方向上没有表诉，在x轴方向上，AB正相对时，B是一个动平衡点，这个平衡点有一点改变，B就产生一个力，这个力我们称它叫侧推力，这个侧推力只在A的磁感应宽度内发生，超过这个宽度，侧推力的方向变成反向，变成了侧吸力。而x轴实际上是垂直于y轴的一个面，侧推力是在这个面上的力。根据上述侧推理论，研制出了本发明的磁悬浮轴承。

本发明具有如下优点：

本发明的磁悬浮风机利用的磁悬浮轴承，通过永磁体产生的侧推力实现了变化平衡点的悬浮，在使用的过程中，不需要消耗电能，可长久不断续的维持平衡，并且比电磁悬浮和超导磁悬浮稳定。本发明的磁悬浮风机结构简单稳定，造价低廉，加工制作容易，便于工业生产，用途广泛，适合实际推广使用。

附图说明

图1为本发明的磁悬浮风机的第一实施例的结构示意图。

图2为本发明的磁悬浮风机的第二实施例的结构示意图。

图3为本发明的磁悬浮风机的第三实施例的结构示意图。

图4为本发明的磁悬浮风机的磁悬浮轴承的结构示意图。

图5为本发明的磁悬浮风机的第四实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示，本发明的一种磁悬浮风机，磁悬浮风机包括壳体100、转子400、定子300、旋转轴600、磁悬浮轴承200以及叶片500，其中，转子400与旋转轴600固定连接，所定子300固定在壳体100内侧，转子400位于定子内侧，旋转轴600通过磁悬浮轴承200与壳体100可转动连接，旋转轴600的一端伸出壳体100外侧，且与叶片500固定连接。磁悬浮风机通电时，旋转轴600在磁悬浮轴承200的作用下，悬浮在壳体100内部，旋转轴600在转子400和定子300的作用下旋转，旋转轴600旋转的过程中，处于悬浮状态，旋转轴600可在无摩擦的状态下旋转，避免了旋转过程中，由于轴承转动件之间的摩擦而产生的热量。本发明的磁悬浮风机长期稳定运行，避免了磁悬浮风机运行发热的问题。本发明的磁悬浮风机结构简单稳定、造价低廉、加工制作容易、便于工业生产、用途广泛、适合实际推广使用。

磁悬浮轴承200包括内套磁环220以及套置与内套磁环外侧的外套磁环210，在外套磁环210外侧和内套磁环220的外侧均设置有轴承套，轴承套用于固定和包装内部排列的磁铁，外套磁环210和内套磁环220均由数个环绕外周侧的条形磁铁紧密排布形成，内套磁环外侧220的磁极与外套磁环210内侧的磁极相同。外套磁环210内侧壁和内套磁环220的外侧壁之间具有间隙，内套磁环220在外套磁环210内在径向上具有一定的自由度。此外，在磁悬浮轴承200上设有位移传感器，用于测定内套磁环220底部与外套磁环210底部的位移，由于随着旋转轴600速度的变化，内套磁环220底部与外套磁环210底部之间的距离不断发生变化，通过位移传感器测定值，可知内套磁环220是否悬浮在外套磁环210内。

作为可变换的实施方式，外套磁环210和内套磁环220的条形磁铁是通过辐射充磁形成环绕外套磁环和内套磁环周侧的磁场，外套磁环210的内侧磁极与内套磁环220的外侧磁极相同。本发明的磁悬浮轴承利用同极相对永磁体产生的侧推力，使得旋转轴在外套磁环和内套磁环的永磁体之间产生的排斥力稳定旋转轴的径向轴间隙，使得旋转轴处于悬浮状态。

内套磁环220的轴向高度小于外套磁环210的轴向高度，使得内套磁环220可在一定的高度范围内上下自由运动，由于旋转轴600本身的重量、风机叶片500的重量等，在旋转轴600的旋转过程中叶片产生的升力，对旋转轴600产生升力或者压力的作用，随着旋转轴600旋转速度的变化，内套磁环220在外套磁环210轴向深度也随旋转轴的旋转速度变化发生改变，内套磁环220在外套磁环210中，随着旋转轴600旋转速度的变化，存在一个受力平衡点。位于该平衡点处，旋转轴600可以不断续的维持平衡，使得旋转轴600长期维持在悬浮状态的平衡点处，避免了由于摩擦或者额外使用电源而造成能源的浪费和设备发热问题。

如图4所示，外套磁环210呈圆筒形，其底部或顶部沿径向向内侧延伸形成环形的抵挡部230，避免位于内侧的内套磁环220从外套磁环210中脱出。

磁悬浮轴承200的数量至少为1个，旋转轴600的两端通过磁悬浮轴承200与壳体100固定连接，旋转轴600穿过内套磁环220的内侧与内套磁环220固定连接。磁悬浮轴承200数量的选择取决于需要平衡的旋转轴600的重量。较佳的，磁悬浮轴承200的数量为2个，分别设置在旋转轴600靠近两端的位置处。

如图3所示，外套磁环210的上端安装有电磁线圈700，电磁线圈700对应内套磁环220，可对内套磁环220产生电磁力作用，使得内套磁环220悬浮。在磁悬浮风机转动之前，对电磁线圈700充电，电磁线圈700充电产生电磁力，电磁力对固定于旋转轴600上的内套磁环220作用，使得内套磁环220悬浮于外套磁环210之中，从而使整个旋转轴600处于悬浮状态，这样旋转轴在外套磁环210和内套磁环220之间电磁推力作用下以及电磁线圈700产生的电磁力与内套磁环220之间的电磁力的作用下，共同作用使得旋转轴600在各个方向上均处于悬浮状态。较佳的，电磁线圈的数量至少为4个，环设在外套磁环的上端部，当悬浮风机倾斜时，可相应控制倾斜一侧电磁线圈的电流，使得旋转轴悬浮在磁悬浮轴承中。具体的，在磁悬浮风机在不同的使用状态下，随着悬浮风机倾斜度的不同，为了保持旋转轴的悬空状态，相应地在电磁线圈700上增大电流，产生较大的电磁力，实现旋转轴600的悬空，避免内套磁环220的外侧壁与外套磁环210的内侧壁之间产生摩擦力的作用。

较佳的，电磁线圈700的设置数量至少为4个，均匀分布在外套磁环210的上侧，位于旋转轴600的外周侧，通过控制每个电磁线圈700电流的大小，实现旋转轴600的不同侧受力情况的不同。例如，当风机工作时，如果左侧倾斜，旋转轴600上的内套磁环220会向左侧倾斜，内套磁环220的外侧壁会有接触外套磁环210内侧壁的趋势，此时，可以控制左侧的电磁线圈700的电流加大，增大电磁线圈700的电磁力。

定子300固定在壳体100内的中间位置处，转子400固定在旋转轴600上，与定子300对应设置。转子400和定子300通电后，电磁力驱动旋转轴600转动，旋转轴600带动叶片500旋转。叶片500在旋转的过程中，由于旋转轴600的两端安装有磁悬浮轴承200，使得旋转轴200转动的过程中，磁悬浮轴承200内不会产生摩擦。

作为可变换的实施方式，如图5所示，通过设置磁悬浮轴承200的设置方向，以及将叶片500设为螺旋桨桨叶，形成磁悬浮螺旋桨。当然，该磁悬浮轴承可以用于其他设备中，例如，水泵、油泵等设备中。在具体的应用过程中，可以将磁悬浮轴承进行密封，或者将磁悬浮轴承中外套磁环和内套磁环之间的空间抽成真空。

本发明的磁悬浮风机利用永磁体产生的侧推力实现了变化平衡点的悬浮，在这个方面完全替代的电磁悬浮，没有用电能，没有任何消耗，长久不断续的维持平衡，并且比电磁悬浮和超导磁悬浮稳定。本发明的磁悬浮风机结构简单稳定，造价低廉，加工制作容易，便于工业生产，用途广泛，适合实际推广使用。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种磁悬浮风机，其特征在于，所述磁悬浮风机包括壳体、转子、定子、旋转轴、磁悬浮轴承以及叶片，其中，

所述转子与所述旋转轴固定连接，所定子固定在所述壳体内侧，所述转子位于所述定子内侧，所述旋转轴通过所述磁悬浮轴承与所述壳体可转动连接，所述旋转轴的一端伸出所述壳体外侧，且与所述叶片固定连接。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮风机，其特征在于，

所述磁悬浮轴承包括内套磁环以及套置与所述内套磁环外侧的外套磁环，所述外套磁环和所述内套磁环均由数个环绕外周侧的条形磁铁紧密排布形成，所述内套磁环外侧的磁极与所述外套磁环内侧的磁极相同。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮风机，其特征在于，

所述外套磁环和所述内套磁环内的条形磁铁均为辐射充磁磁铁。

4.根据权利要求2所述的磁悬浮风机，其特征在于，

所述外套磁环呈圆筒形，其底部或顶部沿径向向内侧延伸形成环形的抵挡部，避免位于内侧的内套磁环从外套磁环中脱出。

5.根据权利要求2所述的磁悬浮风机，其特征在于，

所述外套磁环和内套磁环的外侧均设有轴承套。

6.根据权利要求2所述的磁悬浮风机，其特征在于，

所述内套磁环的轴向高度小于所述外套磁环的轴向高度，使得所述内套磁环可在所述外套磁环内上下运动。

7.根据权利要求1所述的磁悬浮风机，其特征在于，

所述磁悬浮轴承的数量至少为1个。

8.根据权利要求1所述的磁悬浮风机，其特征在于，

所述外套磁环的上端安装有电磁线圈，所述电磁线圈对应所述内套磁环，可对所述内套磁环产生电磁力作用，使得内套磁环悬浮。

9.根据权利要求8所述的磁悬浮风机，其特征在于，

所述电磁线圈的数量至少为4个，环设在所述外套磁环的上端部，当悬浮风机倾斜时，可相应控制倾斜一侧电磁线圈的电流，使得旋转轴悬浮在磁悬浮轴承中。