CN111457009B - 主动磁性轴承装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于支撑旋转机械的转子的主动磁性轴承装置，包括直接安装到彼此的轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元。轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元中的一个安装到用于附接到旋转机械的壳体的支架上。

Description

主动磁性轴承装置
技术领域
本公开涉及主动磁性轴承装置、用于组装主动磁性轴承装置的成套组件、组装主动磁性轴承装置的方法、包括由主动磁性轴承装置支撑的转子的旋转机械以及组装旋转机械的方法。
背景技术
已知主动磁性轴承系统用于利用磁悬浮来支撑诸如压缩机的旋转机械的转子的负载。例如，主动磁性轴承系统通常用于高速电动马达的应用中，用于例如涡轮压缩机中。由主动磁性轴承系统产生的支撑磁场的强度和/或形状可以响应于感测到的转子位置的变化而动态地调节，以补偿转子的位移。
取决于电磁部件的几何布置，已知的主动磁性轴承系统可以是轴向磁性轴承系统或径向磁性轴承系统。轴向磁性轴承系统被设计成例如通过限制转子的轴向位移来支撑轴向负载并保持转子的轴向位置。径向磁性轴承系统被设计成例如通过限制转子的径向位移来支撑转子的径向负载。
利用主动磁性轴承系统的旋转机械通常需要轴向磁性轴承组件和径向磁性轴承组件。这些主动磁性轴承组件可能笨重，复杂并且难以组装和一体形成到旋转机械中。由于其复杂的结构和电气连接，主动磁性轴承的维护或更换也很复杂且耗时。
发明内容
根据第一方面，提供了一种用于支撑旋转机械的转子的主动磁性轴承装置，该主动磁性轴承装置包括直接安装至彼此的轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元，其中，轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元中的一个安装到用于附接至旋转机械的壳体的支架上。
将理解的是，磁性轴承装置是用于在该磁性轴承装置与转子之间没有物理接触的情况下，利用磁悬浮来支撑转子的负载的轴承装置。主动磁性轴承装置尤其是一种磁性轴承装置，在该磁性轴承装置中，响应于所检测到的转子位置的变化来动态地调节支撑磁场的强度和/或形状。因此，主动磁性轴承装置利用可控制的电磁体，每个电磁体通常包括在铁磁芯周围缠绕成线圈的导电磁导线。
轴向磁性轴承单元可以构造成支撑转子的轴向负载。例如，轴向磁性轴承单元可以用于限制(例如，减小或最小化)转子相对于参考位置的轴向位移，即，大致平行于转子的纵向轴线的位移。特别地，轴向磁性轴承单元可以构造成当转子从参考位置轴向地移动时，促使转子移动返回至参考位置。
径向磁性轴承单元可以构造成支撑转子的径向负载。例如，径向磁性轴承单元可用于限制(例如，减小或最小化)转子相对于参考位置的径向位移，即，大致垂直于转子的纵向轴线的位移。特别地，径向磁性轴承单元可以构造成当转子从参考位置径向移位时，促使转子移动返回至参考位置。
旋转机械可以是电机、形成电机的一部分或可操作地连接到电机。旋转机械可以是马达或发电机、形成马达或发电机的一部分或与马达或发电机可操作地连接。旋转机械可以例如是压缩机或膨胀机。
壳体可以是旋转机械的至少容纳(例如，包括)转子的壳体。壳体还可以包括旋转机械的一些或所有其他运动或静止部件。
该装置可以包括一个或多个屏蔽部件，该一个或多个屏蔽部件用于将支架与轴向磁性轴承单元和/或径向磁性轴承单元的电磁部件彼此电磁屏蔽。例如，一个或多个屏蔽部件可以将支架与轴向磁性轴承单元的电磁部件彼此电磁屏蔽。附加地或替代地，一个或多个屏蔽部件可以将支架与径向磁性轴承单元的电磁部件彼此电磁屏蔽。附加地或替代地，一个或多个屏蔽部件可以将径向磁性轴承单元的电磁部件与轴向磁性轴承单元的电磁部件彼此电磁屏蔽。
将理解的是，对电磁屏蔽第一装置的部件与第二装置的部件的屏蔽部件的引用是指，由于第二装置的部件的存在而导致的位于第一装置的部件处的电场或磁场由于存在屏蔽部件而相对于不存在屏蔽部件时被减小。
例如，一个或多个屏蔽部件可以减少磁通量从轴向磁性轴承单元和/或径向磁性轴承单元的电磁部件的泄漏，从而减少或防止轴向磁性轴承单元与径向磁性轴承单元之间的电磁相互作用(即干扰)。通过减少或防止轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元之间的电磁相互作用，可以在不会不利地影响任一磁性轴承单元的功能的情况下，将轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元更紧密地安装在一起。
支架可以包括导电材料，或由该导电材料形成，该导电材料例如为金属。支架可以包括铁磁金属或由铁磁金属形成。例如，支架可以包括铁合金或由铁合金形成，铁合金例如为钢。
因此，减少磁通量从轴向磁性轴承单元或径向磁性轴承单元的电磁部件的泄漏的一个或多个屏蔽部件可以减少所述磁性轴承单元与支架之间的电磁相互作用。例如，当主动磁性轴承装置通过支架附接到旋转机械的壳体时，磁通量泄漏的减少可以减少或防止支架的磁化或支架中的电流的感应，或者因此防止旋转机械的壳体的磁化或电流的感应。一个或多个屏蔽部件的使用可以促进由铁磁材料(例如钢)形成的支架的使用，这可能更具成本效益。
一个或多个屏蔽部件可包括屏蔽框架。屏蔽框架可以至少部分地围绕径向磁性轴承单元的电磁部件。附加地或替代地，屏蔽框架可以至少部分地围绕轴向磁性轴承单元的电磁部件。
屏蔽框架可以由导电材料形成。例如，屏蔽框架可以是金属框架，例如铝框架。
屏蔽框架可以由电绝缘材料形成。例如，屏蔽框架可以由玻璃、聚合材料(例如，热塑性、热固性或弹性体，例如橡胶)或复合材料(例如，玻璃纤维增强的聚合材料)形成。
屏蔽框架可以由非铁磁材料形成，非铁磁材料例如为非铁磁金属。屏蔽框架可以由非磁性或顺磁性材料形成。屏蔽框架可以由诸如铝的顺磁性金属形成。使用非铁磁材料(例如非磁性或顺磁性材料)会减少部件之间的磁通量传递。
一个或多个屏蔽部件可以包括辅助电磁线圈，该辅助电磁线圈至少部分地围绕轴向磁性轴承单元的初级电磁轴承部件。辅助电磁线圈可以被构造成产生与由初级电磁轴承部件产生的初级磁场相反的辅助磁场，从而该辅助磁场补偿该初级磁场。
将理解的是，与初级磁场相反的辅助磁场包括与从初级电磁轴承部件泄漏的磁通量相反的辅助磁场。
例如，可能的是，初级电磁轴承部件包括由导电材料(例如铜线)缠绕的多个初级线圈，而辅助电磁线圈包括由导电材料(例如铜线)缠绕的多个辅助线圈，多个初级线圈和多个辅助线圈被构造成使得电流沿相反的方向流过多个初级线圈和多个辅助线圈。辅助线圈的数量可以至少是初级线圈的数量的一半。辅助线圈的数量可以至少等于初级线圈的数量。
辅助电磁线圈可以产生磁动势(MMF)，该磁动势减小(例如最小化)从初级电磁轴承部件泄漏的磁通量，例如使得辅助电磁线圈和初级电磁轴承部件的净MMF大约为零。由辅助电磁线圈产生的辅助磁场还可以引起沿着转子的区域中的主磁通量路径的磁通量密度的增加，从而允许轴向磁性轴承单元支撑更大的轴向负载。
轴向磁性轴承单元可以是不需要转子止推盘的类型的轴向磁性轴承单元。
轴向磁性轴承单元可以具有铁磁芯，该铁磁芯包括彼此电绝缘的多个铁磁芯段。电绝缘的铁磁芯段可减少涡流回路并提高轴向磁性轴承单元的动态能力。
径向磁性轴承单元可以是异极径向磁性轴承单元。
主动磁性轴承装置可包括用于确定转子的轴向位置和/或径向位置的位置传感器。位置传感器可以确定转子相对于轴向磁性轴承单元和/或径向磁性轴承单元和/或参考位置的轴向位置和/或径向位置。
位置传感器的位置可以相对于两个磁性轴承单元固定。位置传感器可以安装到支架上。位置传感器可以安装到轴向磁性轴承单元或径向磁性轴承单元上。位置传感器可以直接安装在支架和安装在支架上的磁性轴承单元之间。位置传感器可以安装在磁性轴承单元之间。位置传感器可以安装在直接安装在支架上的磁性轴承单元上。位置传感器可以安装在未直接安装在支架上的磁性轴承单元(即，安装在直接安装在支架上的磁性轴承单元上的磁性轴承单元)上。位置传感器可以形成径向磁性轴承单元或轴向磁性轴承单元的一部分。可能有两个或更多这样的位置传感器。径向磁性轴承单元可以包括一体形成的位置传感器。附加地或替代地，轴向磁性轴承单元可以包括一体形成的位置传感器。
主动磁性轴承装置还可包括用于确定转子运动速度的速度传感器。速度传感器可以被配置为确定转子的转动速度(例如，转子由电动马达驱动的转动速度)。速度传感器的位置可以相对于两个磁性轴承单元固定。速度传感器可以安装到支架上。速度传感器可以安装到轴向磁性轴承单元或径向磁性轴承单元上。速度传感器可以直接安装在支架和安装在支架上的磁性轴承单元之间。速度传感器可以与位置传感器一体形成。例如，位置传感器可以是位置和速度传感器。
主动磁性轴承装置可包括流体冷却通道。流体冷却通道可(例如，基本上沿着垂直于轴线的方向或基本上在垂直于轴线的平面中)横向延伸通过装置。例如，流体冷却通道的至少一部分可以径向地延伸穿过装置。流体冷却通道可以延伸穿过轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元中的一个。可替代地，流体冷却通道可以延伸邻近轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元中的一个。流体冷却通道可能延伸穿过位置传感器或邻近位置传感器。主动磁性轴承装置可包括多个这种流体冷却通道。多个流体冷却通道中的一个或多个可延伸穿过或邻近轴向磁性轴承单元、径向磁性轴承单元和/或位置传感器。
主动磁性轴承装置可包括流体推动器，以用于产生冷却流体的通过该流体冷却通道或每个流体冷却通道的流动。流体推动器可以是用于产生冷却空气的通过该流体冷却通道或每个流体冷却通道的流动的空气推动器。流体推动器可被构造成产生冷却流体(例如，冷却空气)的流动，使得冷却流体从装置的下侧横向地流过装置以到达装置的上侧。流体推动器可以是风扇。该装置可以在上侧包括流体(例如空气)排出口。
支架可以包括支撑板或可以是支撑板。支架可以是大致盘形的。支架可以是大致环形的。支架可以具有用于接收转子的端部的中心孔。支架可以用作主动磁性轴承装置的端罩。支架可以用作旋转机械的端罩。
轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元可以被安装到支架的第一侧。支架的第一侧可以是支架的面向内的一侧(例如，端罩的面向内的一侧)，也就是说，是当被组装以便使用时，支架的面向转子的中心的一侧。
用于轴向磁性轴承单元和/或径向磁性轴承单元的外部电连接器(例如，用于连接至电源)可以设置在支架的相反的第二侧上。支架的第二侧可以是支架的面向外的一侧(例如，端罩的面向外的一侧)，也就是说，是在被组装以便使用时，支架的背离转子的中心的一侧。
一个或多个通道(即，贯穿通路)可以在第一侧和第二侧之间延伸穿过支架，以例如用于容纳将轴向磁性轴承单元和/或径向磁性轴承单元与外部电连接器连接的布线。至少第一通道和第二通道(即，贯穿通路)可以在第一侧和第二侧之间延伸穿过支架，第一通道配置为容纳用于向轴向磁性轴承单元、径向磁性轴承单元、位置传感器和/或速度传感器供电的布线，第二通道配置为容纳用于将测量信号从位置传感器和/或速度传感器传输到控制单元的布线。电源和测量信号传输的布线的分离通常会减少布线之间的电磁相互作用，布线之间的电磁相互作用可能会使测量信号的传输退化。将外部电连接器设置在支架的第二侧上可以简化轴向磁性轴承单元和/或径向磁性轴承单元到电源的连接。
主动磁性轴承装置可以包括辅助机械轴承单元，例如辅助滚珠轴承单元。辅助机械轴承单元可以安装到支架的第二侧。将辅助机械轴承单元设置在支架的第二侧上可以促进所述辅助机械轴承单元的维修或更换。
可以将径向磁性轴承单元安装到支架，而将轴向磁性轴承单元直接安装到径向磁性轴承单元。可能的是，轴向磁性轴承单元未直接安装到支架，而是通过径向磁性轴承单元安装到支架上。替代地，可以将轴向磁性轴承单元安装到支架，并且将径向磁性轴承单元直接安装到轴向磁性轴承单元。可能的是，径向磁性轴承单元未直接安装到支架，而是通过轴向磁性轴承单元安装到支架上。
根据第二方面，提供了一种用于组装根据第一方面的主动磁性轴承装置的成套组件，该成套组件包括：轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元，该轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元被配置为直接安装到彼此；和支架；其中轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元中的一个被配置为安装到用于附接至旋转机械的壳体的所述支架上。成套组件还可以包括位置传感器和/或速度传感器。
成套组件的部件(即，轴向磁性轴承单元、径向磁性轴承单元和支架)可以构造成协作以提供本文提出的关于第一方面所述的任何特征。
根据第三方面，提供了一种组装主动磁性轴承装置的方法，该方法包括：将轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元直接安装在一起；以及将轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元中的一个安装到支架上。
通过将轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元直接安装在一起，以及通过将轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元中的一个安装到支架上，与包括分开的轴向磁性轴承装置和径向磁性轴承装置的主动磁性轴承系统相比，可以(例如通过填隙)调节主动磁性轴承装置的部件之间的任何内部间隙的工艺变得更容易和更快。
可以以任何顺序执行该方法的步骤。例如，该方法可以包括：首先，将轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元直接安装在一起；以及第二，将轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元中的一个安装到支架上。替代地，该方法可以包括：第一，将轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元中的一个安装到支架；以及第二，将轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元直接地安装到一起。可以同时(即，在相同时间)执行将轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元直接安装在一起以及将轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元中的一个安装到支架的步骤。
该方法可以包括：将径向磁性轴承单元安装到支架；以及将轴向磁性轴承单元直接安装到径向磁性轴承单元上。可替代地，该方法可以包括：将轴向磁性轴承单元安装到支架；以及将径向磁性轴承单元直接安装到轴向磁性轴承单元上。
该方法可以进一步地包括：将位置传感器安装到支架、轴向磁性轴承单元和/或径向磁性轴承单元。例如，该方法可以包括：将位置传感器安装在支架和安装在支架上的磁性轴承单元之间。
根据第四方面，提供了一种组装旋转机械的方法，该方法包括：提供根据第一方面的第一主动磁性轴承装置；以及将转子的第一端插入第一磁性轴承装置中，使得转子的第一轴向轴承区域与第一磁性轴承装置的轴向磁性轴承单元对准，并且转子的第一径向轴承区域与第一磁性轴承装置的径向磁性轴承单元对准。
第一磁性轴承装置可以在插入期间限定了围绕转子的第一端的完整的环。也就是说，在插入过程中，第一磁性轴承装置可以完全围绕转子的第一端延伸。
该方法可以进一步地包括：提供根据第一方面的第二主动磁性轴承装置；以及将转子的第二端插入第二磁性轴承装置中，以使转子的第二轴向轴承区域与第二主动磁性轴承装置的轴向磁性轴承单元对准，并且转子的第二径向轴承区域与第二主动磁性轴承装置的径向磁性轴承单元对准。
第二磁性轴承装置可以在插入期间限定了围绕转子的第二端的完整的环。也就是说，第二磁性轴承装置可以在插入期间完全围绕转子的第二端延伸。
根据第五方面，提供了一种旋转机械，该旋转机械包括由至少一个主动磁性轴承装置支撑的转子，其中(a)至少一个主动磁性轴承装置是根据第一方面的主动磁性轴承装置和/或(b)旋转机械可以根据第三方面的方法组装。旋转机械可以是电机、形成电机的一部分或可操作地连接到电机。旋转机械可以是马达或发电机、形成马达或发电机的一部分或与马达或发电机可操作地连接。旋转机械可以例如是压缩机或膨胀机。
本领域技术人员将理解，除了相互排斥的情况以外，关于上述方面中的任何一个方面所描述的特征可以比照地应用于任何其他方面。此外，除了相互排斥的情况，本文描述的任何特征可以应用于任何方面和/或与本文描述的任何其他特征组合。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式来描述实施例，其中：
图1是组装好的主动磁性轴承模块的剖视图；
图2是图1的组装好的主动磁性轴承模块的内部视图；
图3是图1的组装好的主动磁性轴承模块的侧视图；
图4是图1的主动磁性轴承模块的分解部件的分解图；
图5是通过主动磁性轴承系统的一部分和转子的示意性截面图；
图6是图1的组装好的主动磁性轴承模块的剖视图，示出了冷却空气的流动路径；
图7是旋转机械的示意性截面图，该旋转机械具有在第一端和第二端处由主动磁性轴承模块支撑的转子；
图8是示出了组装主动磁性轴承模块的方法的流程图；
图9是示出了组装主动磁性轴承模块的方法的流程图；以及
图10是示出了组装旋转机械的方法的流程图。
具体实施方式
参照图1、2、3和4，主动磁性轴承模块1包括钢制支撑框架2、径向磁性轴承单元3和轴向磁性轴承单元4。
组装后，径向磁性轴承单元3和轴向磁性轴承单元4通过螺栓5A-5F(图4)安装到钢制支撑框架2上。位置传感器6安装在径向磁性轴承单元3与钢制支撑框架2之间。在图1至图4所示的实施例中，在轴向磁性轴承单元4与径向磁性轴承单元3之间设置有垫片7A和7B。然而，将理解的是，在本发明的所有可能的实施例中不一定都存在垫片。冷却空气入口喷嘴8附接至径向磁性轴承单元3的外围。冷却空气入口喷嘴8、位置传感器6、径向磁性轴承单元3和轴向磁性轴承单元4均设置在大致盘状的钢制支撑框架2的第一侧上。
辅助轴承单元9、刷式密封件10、电源连接器11和传感器连接器12安装在钢制支撑框架2的与第一侧相反的第二侧上。
中心孔13延伸穿过钢制支撑框架2。轴向磁性轴承单元4、径向磁性轴承单元3、位置传感器6、辅助轴承单元9和刷式密封件10全部为大致环形形状，因此，包括中心孔，该中心孔在组装时与钢制支撑框架2的中心孔13对准。因此，主动磁性轴承模块1被设计成容纳旋转机械的转子，由此，转子的一端在使用时延伸进入并穿过磁性轴承模块1的中心孔13。
轴向磁性轴承单元4包括由外部辅助线圈15围绕的内部轴向磁性轴承14。内部轴向磁性轴承14包含电磁部件，该电磁部件构造成产生可控制的磁场，以支撑插入主动磁性轴承模块1中的转子的轴向负载。外部辅助线圈15包括铜绕组，该铜绕组布置为当电流流过外部辅助线圈15时产生磁场，该产生的磁场与由内部轴向磁性轴承4的电磁部件产生的磁场相反，从而减小或防止磁通量从内部轴向磁性轴承14泄漏到主动磁性轴承模块1的周围部件中。
例如，图5示意性地示出了轴向磁性轴承单元4的结构和操作。内部轴向磁性轴承14包括缠绕在磁芯17上的铜线16的初级绕组，并且外部辅助线圈15包括铜线16的次级绕组。初级绕组16和次级绕组18沿相反的方向缠绕，使得在使用时，电流沿相反的方向流过初级绕组和次级绕组。初级绕组16和次级绕组18都绕有大致相同的线圈数。内部轴向磁性轴承4紧邻转子20的肩部19设置。在这种构造中，由内部轴向磁性轴承4的操作产生的大部分磁通量21(由间隔开的弯曲磁通量线表示)沿主磁通量路径22流过转子20的肩部19。通过控制通过初级绕组16和次级绕组18的电流，可以改变作用在转子上的轴承推力的强度，从而使得可以控制转子的轴向位移。外部辅助线圈15中的次级绕组18的存在增加了沿主磁通量路径22的磁通量的密度，从而增加了轴向磁性轴承单元4的负载能力。另外，由于初级绕组16和次级绕组18中的电流沿相反的方向流动，减少了磁通量从主动磁性轴承模块1的初级电磁部件到周围部件的泄漏。实际上，通过外部辅助线圈15的操作，轴向磁性轴承单元4的净磁动势(MMF)可以减小到零(或接近零)。
径向磁性轴承单元3包括由铝制屏蔽框架25围绕的内部径向磁性轴承24。内部径向磁性轴承24可以包含本领域中已知的用于支撑转子的径向负载的电磁部件的任何布置。铝制屏蔽框架25减少了从内部径向磁性轴承24到主动磁性轴承模块1的周围部件的磁通量的泄漏。
位置传感器6和控制器构造成确定转子与轴向磁性轴承单元3和径向磁性轴承单元4的位置相对的位置。这是通过感测转子沿两个不同的径向方向和沿轴向方向的运动来实现的。位置传感器6连接到也与轴向磁性单元3和径向磁性单元4通信的控制器(未示出)。该控制器被编程以基于位置传感器6的输出来检测转子从中性位置的轴向或径向位移，并控制轴向磁性单元3和径向磁性单元4的操作，以补偿这些轴向或径向位移。位置传感器可以是本领域技术人员已知的任何合适的类型。例如，位置传感器可以是电感、涡流、电容或光学位置传感器。
辅助轴承单元9包括角度接触辅助滚珠轴承26、阻尼带27和具有附接至盖28的蜗壳密封件29的盖28。角度接触辅助滚珠轴承26被布置成，仅当承受超过轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元的负载能力的负载时或当主动磁性轴承模块及主动磁性轴承模块安装在其中的相关旋转机械停电时，转子才与滚珠轴承接触。
在该实施例中，蜗壳密封件29使得主动磁性轴承模块1能够牢固地附接到涡轮压缩机的蜗壳。然而，将理解的是，在替代实施例中，例如在使用主动磁性轴承模块来支撑不同类型的旋转机械的转子的情况下，可以不存在蜗壳密封件29。
刷式密封件10阻止流体从安装有主动磁性轴承模块1的旋转机械(例如，压缩机)回流到主动磁性模块本身中。应当理解，在替代实施例中，可以不存在刷式密封件。
用于轴向磁性轴承单元4、径向磁性轴承单元3和位置传感器6的电源布线、测量信号布线和控制信号布线从第一侧穿过钢制支撑框架2中的通道(即，电缆贯穿通路)延伸到第二侧，在第二侧，提供电源连接器11和传感器连接器12。电源布线、测量信号布线和控制信号布线可分离至不同的通道中，以减少布线之间的电磁相互作用。
如图6所示，径向空气冷却通道30和31从设置在模块的下侧的冷却空气入口喷嘴8横向地延伸穿过主动磁性轴承模块1，到达模块的上侧。空气冷却通道30在垫片7A和7B之间在轴向磁性轴承单元4和径向磁性轴承单元3之间横向延伸。空气冷却通道31在径向磁性轴承单元3和位置传感器之间横向延伸，并且穿过位置传感器本身的开口部分。在使用时，冷却空气入口喷嘴8连接到诸如风扇的空气推动器，以用于将冷却空气吹送通过空气冷却通道30和31。
轴向磁性轴承单元4、径向磁性轴承单元3和钢制支撑框架2之间的由辅助线圈15和铝制支撑框架25提供的电磁屏蔽允许轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元紧密地安装在一起，并且安装在钢制支撑框架上，从而使结构特别紧凑。这也可以被径向空气冷却通道提供的冷却辅助。
紧凑的主动磁性轴承模块1可以容易地一体形成到诸如压缩机的旋转机械中。例如，图7示意性地示出了旋转机械100的转子101如何在第一端和第二端处由第一主动磁性轴承模块102A和第二主动磁性轴承模块102B支撑，每个模块包含各自的轴向磁性轴承单元103A、103B和径向磁性单元104A、104B。
主动磁性轴承模块通常被安装成使得每个钢制支撑框架的第一侧面向转子的中心，而每个钢制支撑框架的第二侧背离转子的中心。因此，支撑框架的第一侧是支撑框架的“向内”或“内”侧，而支撑框架的第二侧是支撑框架的“朝外”或“外”侧。由于电源连接器和传感器连接器设置在每个钢制支撑框架的第二侧，因此将轴向磁性轴承单元、径向磁性轴承单元和位置传感器连接到电源或控制器是相对简单且快速的。在不拆卸整个主动磁性轴承模块的情况下，对这些电连接器进行维护也很容易。类似地，将辅助轴承单元设置在钢制支撑框架的面向外部的第二侧上，可简化维护或更换工作，而无需拆卸主动磁性轴承模块。
在图8的流程图中示出了组装主动磁性轴承模块1的简化方法。在方框201中，轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元例如通过螺栓直接安装在一起。在方框202中，轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元中的一个例如通过螺栓安装到钢制支撑框架。从图9中可以看出，方法步骤201和202也可以以相反的顺序执行。实际上，执行步骤的顺序并不重要。例如，例如通过堆叠轴向磁性轴承单元、径向磁性轴承单元和钢制支撑框架，并且例如通过螺栓同时将所有三个部件彼此安装在一起，可以同时执行方法步骤。
在图10的流程图中示出了组装旋转机械100的简化方法。在方框301中，提供或组装了第一主动磁性轴承模块。在方框302中，将转子的第一端插入到第一磁性轴承模块中，以使转子的第一轴向轴承区域与第一主动磁性轴承模块的轴向磁性轴承单元对准，并且转子的第一径向轴承区域与第一主动磁性轴承模块的径向磁性轴承单元对准。在方框303中，提供或组装第二主动磁性轴承模块。在方框304中，将转子的第二端插入第二主动磁性轴承模块中，使得转子的第二轴向轴承区域与第二主动磁性轴承模块的轴向磁性轴承单元对准，并且转子的第二径向轴承区域与第二主动磁性轴承模块的径向磁性轴承单元对准。
将理解的是，本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本文描述的概念的情况下可以进行各种修改和改进。除相互排斥的情况外，任何特征均可单独使用或与任何其他特征组合使用，并且本发明扩展至并包括本文所述一个或多个特征的所有组合和子组合。

Claims (15)

1.一种用于支撑旋转机械（100）的转子（101）的主动磁性轴承装置（1），所述主动磁性轴承装置包括轴向磁性轴承单元（4）和径向磁性轴承单元（3），其中，轴向磁性轴承单元（4）和径向磁性轴承单元（3）中的一个安装在用于附接到旋转机械（100）的壳体的支架（2）上，
其特征在于，所述轴向磁性轴承单元（4）和所述径向磁性轴承单元（3）直接安装至彼此，
其中，所述主动磁性轴承装置（1）包括一个或多个屏蔽部件，所述一个或多个屏蔽部件用于将所述支架（2）与轴向磁性轴承单元（4）和/或所述径向磁性轴承单元（3）的电磁部件彼此电磁屏蔽，并且
其中，所述一个或多个屏蔽部件包括屏蔽框架（25），所述屏蔽框架至少部分地围绕所述径向磁性轴承单元（3）的电磁部件和/或所述轴向磁性轴承单元（4）的电磁部件。
2.根据权利要求1所述的主动磁性轴承装置（1），其中，所述屏蔽框架（25）是铝制框架。
3.根据权利要求1所述的主动磁性轴承装置（1），其中，
所述一个或多个屏蔽部件包括辅助电磁线圈（15），所述辅助电磁线圈至少部分地围绕所述轴向磁性轴承单元（4）的初级电磁轴承部件（14），并且所述辅助电磁线圈被配置为产生辅助磁场，所述辅助磁场与由初级电磁轴承部件（14）产生的初级磁场相反，使得辅助磁场补偿初级磁场。
4.根据权利要求1所述的主动磁性轴承装置（1），其中，
所述主动磁性轴承装置包括用于确定所述转子（101）的轴向位置和/或径向位置的位置传感器（6）。
5.根据权利要求1所述的主动磁性轴承装置（1），其中，
所述主动磁性轴承装置包括横向延伸穿过所述主动磁性轴承装置的流体冷却通道（30、31）。
6.根据权利要求5所述的主动磁性轴承装置（1），其中，
所述流体冷却通道（30、31）穿过或邻近所述轴向磁性轴承单元（4）和所述径向磁性轴承单元（3）中的一个延伸。
7.根据权利要求5所述的主动磁性轴承装置（1），还包括，
流体推动器，所述流体推动器用于产生冷却流体的通过所述流体冷却通道（30、31）的流动。
8.根据权利要求1所述的主动磁性轴承装置（1），其中，
所述轴向磁性轴承单元（4）和所述径向磁性轴承单元（3）安装到所述支架（2）的第一侧，并且（a）用于所述轴向磁性轴承单元（4）和所述径向磁性轴承单元（3）的外部电连接器（11、12）设置在支架（2）的相反的第二侧上，和/或（b）所述主动磁性轴承装置还包括安装在支架（2）的第二侧上的辅助机械轴承单元（26）。
9.根据权利要求8所述的主动磁性轴承装置（1），其中，所述辅助机械轴承单元（26）是辅助滚珠轴承单元。
10. 一种用于组装根据前述权利要求中的任一项所述的主动磁性轴承装置的成套组件，所述成套组件包括：
轴向磁性轴承单元（4）和径向磁性轴承单元（3），所述轴向磁性轴承单元和径向磁性轴承单元被配置为用于直接安装到彼此；和
支架（2）；
一个或多个屏蔽部件，所述一个或多个屏蔽部件被配置为用于将所述支架（2）与轴向磁性轴承单元（4）和/或所述径向磁性轴承单元（3）的电磁部件彼此电磁屏蔽，并包括屏蔽框架（25），所述屏蔽框架至少部分地围绕所述径向磁性轴承单元（3）的电磁部件和/或所述轴向磁性轴承单元（4）的电磁部件，
其中，轴向磁性轴承单元（4）和径向磁性轴承单元（3）中的一个被配置为安装到用于附接至旋转机械（100）的壳体的所述支架（2）上。
11. 一种组装主动磁性轴承装置（1）的方法，所述主动磁性轴承装置（1）是根据权利要求1所述的主动磁性轴承装置（1），所述方法包括：
将轴向磁性轴承单元（4）和径向磁性轴承单元（3）直接安装在一起；以及
将轴向磁性轴承单元（4）和径向磁性轴承单元（3）中的一个安装到支架（2）上；并且
形成一个或多个屏蔽部件，所述一个或多个屏蔽部件包括屏蔽框架（25），所述屏蔽框架至少部分地围绕所述径向磁性轴承单元（3）的电磁部件和/或所述轴向磁性轴承单元（4）的电磁部件。
12.根据权利要求11所述的组装主动磁性轴承装置（1）的方法，其中，所述方法包括：
将位置传感器（6）安装到支架（2）、轴向磁性轴承单元（4）、和/或径向磁性轴承单元（3）。
13. 一种组装旋转机械（100）的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求1至9中的任一项所述的主动磁性轴承装置（1）中的第一主动磁性轴承装置（102A）；以及
将转子（101）的第一端插入第一主动磁性轴承装置（102A）中，使得转子（101）的第一轴向轴承区域与第一主动磁性轴承装置（102A）的轴向磁性轴承单元（4）对准，并且转子（101）的第一径向轴承区域与第一主动磁性轴承装置（102A）的径向磁性轴承单元（3）对准。
14. 根据权利要求13所述的组装旋转机械（100）的方法，其中，所述方法还包括：
提供根据权利要求1至9中任一项所述的主动磁性轴承装置（1）中的第二主动磁性轴承装置（102B）；以及
将转子（101）的第二端插入第二主动磁性轴承装置（102B）中，以使转子（101）的第二轴向轴承区域与第二主动磁性轴承装置（102B）的轴向磁性轴承单元（4）对准，并且转子（101）的第二径向轴承区域与第二主动磁性轴承装置（102B）的径向磁性轴承单元（3）对准。
15.一种旋转机械（100），包括由至少一个主动磁性轴承装置（1）支撑的转子（101），其中，（a）所述至少一个主动磁性轴承装置（1）是根据权利要求1至9中任一项所述的主动磁性轴承装置（1），和/或（b）旋转机械（100）是根据权利要求13或14所述的组装旋转机械（100）的方法组装的旋转机械（100）。
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