CN113503317A - 磁悬浮轴承、压缩机和空调器 - Google Patents

磁悬浮轴承、压缩机和空调器 Download PDF

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CN113503317A CN202110908177.1A CN202110908177A CN113503317A CN 113503317 A CN113503317 A CN 113503317A CN 202110908177 A CN202110908177 A CN 202110908177A CN 113503317 A CN113503317 A CN 113503317A
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曹俊辉
伍尚权
林学明
王周叶
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Zhuhai Kaibang Motor Manufacture Co Ltd
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Abstract

本申请提供一种磁悬浮轴承、压缩机和空调。该磁悬浮轴承包括定子外铁芯(1)、径向铁芯(2)、定子内铁芯、止推盘(3)和转子(4)，定子内铁芯的两端分别设置有止推盘(3)，止推盘(3)套设在转子(4)上，径向铁芯(2)设置在止推盘(3)的外周侧，径向铁芯(2)安装在定子外铁芯(1)的两端，定子外铁芯(1)位于定子内铁芯的径向外侧，定子外铁芯(1)与定子内铁芯之间设置有磁钢(5)，定子内铁芯的内周侧开设有线槽(6)，线槽(6)内设置有轴向控制绕组(7)，径向铁芯(2)内设置有径向控制绕组(8)。根据本申请的磁悬浮轴承，结构紧凑，体积小，功耗低。

Description

磁悬浮轴承、压缩机和空调器
技术领域
本申请涉及压缩机技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴承、压缩机和空调器。
背景技术
磁轴承按照磁力的提供方式可分为主动磁轴承、被动磁轴承和混合磁轴承，其中混合磁轴承一般采用永磁材料替代主动磁轴承中的电磁铁来产生偏置磁场，可以降低功率放大器的功耗，缩小磁轴承的体积，因此研究永磁偏置磁轴承是磁轴承研究领域的一个重要研究方向。
目前国际上典型的五自由度磁轴承系统一般采用两个径向磁轴承和一个轴向磁轴承来分别控制径向、轴向的运动，实现转子五个自由度的稳定悬浮，这三个磁轴承在轴向占据了相当大的空间，限制了高速电机转速的进一步提高，因此研究结构紧凑、体积小、功耗低的磁轴承及磁轴承集成技术是磁轴承研究领域的一个重要研究方向。
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、压缩机和空调器，结构紧凑，体积小，功耗低。
为了解决上述问题，本申请提供一种磁悬浮轴承，包括定子外铁芯、径向铁芯、定子内铁芯、止推盘和转子，定子内铁芯的两端分别设置有止推盘，止推盘套设在转子上，径向铁芯设置在止推盘的外周侧，径向铁芯安装在定子外铁芯的两端，定子外铁芯位于定子内铁芯的径向外侧，定子外铁芯与定子内铁芯之间设置有磁钢，定子内铁芯的内周侧开设有线槽，线槽内设置有轴向控制绕组，径向铁芯内设置有径向控制绕组。
优选地，定子内铁芯包括第一半体和第二半体，第一半体和第二半体拼接形成上定子内铁芯，第一半体和第二半体在拼接位置的径向内侧形成线槽。
优选地，第一半体和第二半体之间在拼接位置形成拼接面，拼接面为平面，第一半体和第二半体关于拼接面对称。
优选地，第一半体和第二半体均包括径向延伸部和轴向延伸部，径向延伸部向着定子外铁芯延伸，轴向延伸部向着止推盘延伸。
优选地，径向延伸部和轴向延伸部之间通过斜接部连接，斜接部在外周形成斜度面。
优选地，斜度面相对于第一半体和第二半体的拼接面呈45°夹角。
优选地，定子外铁芯的内周侧设置有径向凸起，径向凸起的两侧设置有连接板，第一半体和第二半体的径向外侧位于两个连接板所形成的连接空间内，并与连接板之间通过连接件固定连接，磁钢位于连接空间内。
优选地，径向凸起、磁钢以及定子内铁芯位于连接空间内的部分的轴向宽度相同。
优选地，轴向控制绕组包括骨架和轴向线圈，轴向线圈绕设在骨架上，骨架安装在线槽内。
优选地，线槽的轴向两端侧壁上设置有凹部，骨架的轴向两端设置有凸部，凸部嵌设在凹部内。
优选地，径向铁芯包括轭部和齿部，轭部安装在定子外铁芯上，径向控制绕组安装在齿部上。
优选地，定子外铁芯的两端分别设置有台阶孔，径向铁芯套设在定子外铁芯的台阶孔内，并止挡在台阶孔的台阶面上。
优选地，定子外铁芯外套设有壳体。
优选地，两个止推盘之间设置有轴承导磁套，轴承导磁套套设在转子外，定子内铁芯位于轴承导磁套的外周侧，并与轴承导磁套之间间隙配合。
根据本申请的另一方面，提供了一种压缩机，包括磁悬浮轴承，该磁悬浮轴承为上述的磁悬浮轴承。
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，包括定子外铁芯、径向铁芯、定子内铁芯、止推盘和转子，定子内铁芯的两端分别设置有止推盘，止推盘套设在转子上，径向铁芯设置在止推盘的外周侧，径向铁芯安装在定子外铁芯的两端，定子外铁芯位于定子内铁芯的径向外侧，定子外铁芯与定子内铁芯之间设置有磁钢，定子内铁芯的内周侧开设有线槽，线槽内设置有轴向控制绕组，径向铁芯内设置有径向控制绕组。本实施例的磁悬浮轴承，将磁悬浮轴承的轴向和径向磁轴承的功能集于一体，可以利用止推盘与定子内铁芯的轴向间隙配合、止推盘与径向铁芯的径向间隙配合、轴向控制绕组的轴向调节作用、径向控制绕组的径向调节作用以及定子外铁芯和定子内铁芯之间的磁钢所形成的偏置磁场共同作用，使得磁悬浮轴承采用一个独立的磁轴承组件，就能够实现五自由度的调整，因此使得整个磁悬浮轴承的结构更加简化，结构更加紧凑，有效减小了系统的体积和轴向长度，从而可以提高转子的临界转速、同时降低了磁轴承的功耗。
附图说明
图1为本申请一个实施例的磁悬浮轴承的剖视结构示意图；
图2为本申请一个实施例的磁悬浮轴承去除壳体后的结构示意图；
图3为本申请一个实施例的磁悬浮轴承的定子外铁芯与定子内铁芯的配合结构图；
图4为本申请一个实施例的磁悬浮轴承的第一半体的结构示意图；
图5为本申请一个实施例的磁悬浮轴承的骨架的立体结构图；
图6为本申请一个实施例的磁悬浮轴承的轴向控制磁路结构图；
图7为本申请一个实施例的磁悬浮轴承的轴向控制磁路结构图；
图8为本申请一个实施例的磁悬浮轴承的径向控制磁路结构图。
附图标记表示为：
1、定子外铁芯；2、径向铁芯；3、止推盘；4、转子；5、磁钢；6、线槽；7、轴向控制绕组；8、径向控制绕组；9、第一半体；10、第二半体；11、径向延伸部；12、轴向延伸部；13、斜接部；14、径向凸起；15、连接板；16、连接件；17、骨架；18、轴向线圈；19、凹部；20、凸部；21、台阶孔；22、壳体；23、轴承导磁套。
具体实施方式
结合参见图1至图8所示，根据本申请的实施例，磁悬浮轴承包括定子外铁芯1、径向铁芯2、定子内铁芯、止推盘3和转子4，定子内铁芯的两端分别设置有止推盘3，止推盘3套设在转子4上，径向铁芯2设置在止推盘3的外周侧，径向铁芯2安装在定子外铁芯1的两端，定子外铁芯1位于定子内铁芯的径向外侧，定子外铁芯1与定子内铁芯之间设置有磁钢5，定子内铁芯的内周侧开设有线槽6，线槽6内设置有轴向控制绕组7，径向铁芯2内设置有径向控制绕组8。
本实施例的磁悬浮轴承，将磁悬浮轴承的轴向和径向磁轴承的功能集于一体，可以利用止推盘3与定子内铁芯的轴向间隙配合、止推盘3与径向铁芯2的径向间隙配合、轴向控制绕组7的轴向调节作用、径向控制绕组8的径向调节作用以及定子外铁芯1和定子内铁芯之间的磁钢5所形成的偏置磁场的共同作用，使得磁悬浮轴承采用一个独立的磁轴承组件，就能够实现转子4的五自由度的调整，因此使得整个磁悬浮轴承的结构更加简化，结构更加紧凑，有效减小了系统的体积和轴向长度，从而可以提高转子的临界转速、同时降低了磁轴承的功耗。
本实施例中，轴向控制磁通和径向控制磁通均不会通过磁钢5，因此不会导致磁钢退磁，在将轴向轴承和径向轴承集成于一体之后，体积比采用独立的两个轴承减少了近二分之一，因此体积更小，重量更轻，工作效率更高。
在本实施例中，磁钢5为环形磁钢。
在一个实施例中，定子内铁芯包括第一半体9和第二半体10，第一半体9和第二半体10拼接形成上定子内铁芯，第一半体9和第二半体10在拼接位置的径向内侧形成线槽6。
在本实施例中，定子内铁芯采用分体式结构进行组合，能够降低定子内铁芯的加工难度，同时便于进行轴向控制绕组7在定子内铁芯内的安装。
在本实施例中，将线槽设置在第一半体9和第二半体10的拼接位置的径向内侧位置，也使得磁力线在该位置处受到线槽6的阻挡而分成两个部分，并沿着第一半体9和第二半体10各自的轴向导磁方向进行导磁，磁路分配更加均匀，导磁效果更好。
在一个实施例中，第一半体9和第二半体10之间在拼接位置形成拼接面，拼接面为平面，第一半体9和第二半体10关于拼接面对称，从而使得第一半体9和第二半体10为完全相同的两个半体，能够在进行磁路控制过程中，使得磁路分配更加均衡，磁路控制更加精准，调节更加精确有效。
在一个实施例中，第一半体9和第二半体10均包括径向延伸部11和轴向延伸部12，径向延伸部11向着定子外铁芯1延伸，轴向延伸部12向着止推盘3延伸。在本实施例中，使得第一半体9和第二半体10形成向着轴向和径向延伸的两个部分，更加便于磁通的导向，使得磁通能够更加方便地分成两个部分，形成两个不同方向的磁路循环，便于实现磁悬浮轴承的轴向调节。
在一个实施例中，径向延伸部11和轴向延伸部12之间通过斜接部13连接，斜接部13在外周形成斜度面。如图2的Q位置所示，当径向延伸部11和轴向延伸部12在交接位置处形成直角结构时，受到线槽6的结构影响，定子内铁芯直角端磁路面积会很小，因此容易导致饱和与漏磁严重，当定子内铁芯为往上直角时，即图2的虚框左上角位置，此时定子内铁芯直角端与径向铁芯2的距离减少，导致容易产生漏磁。因此，采用斜接部13的结构，并使得斜接部13的外周侧形成斜度面，能够有效保证定子内铁芯的磁极面积，同时减少内部铁芯之间的漏磁现象。
作为一个优选的实施例，斜度面相对于第一半体9和第二半体10的拼接面呈45°夹角，能够同时兼顾定子内铁芯的磁极面积，以及减少内部铁芯之间的漏磁现象。
在一个实施例中，定子外铁芯1的内周侧设置有径向凸起14，径向凸起14的两侧设置有连接板15，第一半体9和第二半体10的径向外侧位于两个连接板15所形成的连接空间内，并与连接板15之间通过连接件16固定连接，磁钢5位于连接空间内。上述的连接件16例如为螺栓螺纹连接件。
在本实施例中，通过增加径向凸起14和连接板15，能够方便将定子外铁芯1、磁钢5和定子内铁芯固定连接在一起，连接结构更加简单，安装更加方便，结构更加稳固。
在一个实施例中，径向凸起14、磁钢5以及定子内铁芯位于连接空间内的部分的轴向宽度相同，能够使得磁钢5以及定子内铁芯的轴向定位更加稳定，有效防止磁钢5以及定子内铁芯在工作过程中发生轴向位移。
在一个实施例中，轴向控制绕组7包括骨架17和轴向线圈18，轴向线圈18绕设在骨架17上，骨架17安装在线槽6内。
在一个实施例中，线槽6的轴向两端侧壁上设置有凹部19，骨架17的轴向两端设置有凸部20，凸部20嵌设在凹部19内，能够方便实现骨架17在线槽6内的安装定位，提高轴向控制绕组7在线槽内的安装结构稳定性。
在装配过程中，将绕好线的轴向控制绕组7的骨架17通过两个定子内铁芯两端对应的凹部19进行夹紧；装配磁钢5为环形磁钢，通过磁钢5的磁力粘贴在两个定子内铁芯的外圆圆柱面，确保磁钢5内周面与定子内铁芯的外周面平齐，磁钢5的外周面与定子外铁芯1的径向凸起14的内周面对齐，定子外铁芯1、磁钢5、定子内铁芯通过两端连接板15配合螺钉夹紧实现整体组装装配。
在一个实施例中，径向铁芯2包括轭部和齿部，轭部安装在定子外铁芯1上，径向控制绕组8安装在齿部上。
在本实施例中，径向铁芯2通过硅钢片叠压形成，径向控制绕组8的线圈通过镶线方式套进径向铁芯2的齿槽内，通过整线压紧确保线圈固定在径向铁芯2处，将安装好线圈的两个径向铁芯2通过热套方式装配在定子外铁芯1内，完成轴承定子组件装配。
在一个实施例中，定子外铁芯1的两端分别设置有台阶孔21，径向铁芯2套设在定子外铁芯1的台阶孔21内，并止挡在台阶孔21的台阶面上。在本实施例中，定子外铁芯1可以热套在径向铁芯2外，实现两者的安装定，同时台阶面的存在，能够对径向铁芯2形成轴向定位，防止径向铁芯2发生轴向位移。
在一个实施例中，定子外铁芯1外套设有壳体22。
两个止推盘3之间设置有轴承导磁套23，轴承导磁套23套设在转子4外，定子内铁芯位于轴承导磁套23的外周侧，并与轴承导磁套23之间间隙配合。
在安装止推盘3时，先将一个止推盘3与轴承导磁套23一同热套入转子，再进行轴承定子组件的装配固定，轴承定子组件通过8个M8螺纹锁紧固定在外部箱体上，之后再进行另一个止推盘3的热套，待冷却后完成整个轴承组件的装配。
图6和图7为本申请实施例的磁悬浮轴承的轴向磁路图，虚线为磁钢5提供的偏置磁场，路径为：磁钢5-定子内铁芯-轴向气隙两端均分-止推盘3-径向气隙-径向铁芯2-磁钢5，实线为轴向控制绕组7提供的控制磁场，路径为：定子内铁芯-轴向气隙-止推盘3-轴承导磁套23-止推盘3-轴向气隙-定子内铁芯，控制磁场未经过磁钢5，因此不会对磁钢5形成退磁。
图8为本申请实施例的磁悬浮轴承的径向磁路图，虚线为磁钢5提供的偏置磁场，路径为：磁钢5-定子内铁芯-轴向气隙两端均分-止推盘3-径向气隙-径向铁芯2-定子外铁芯1-磁钢5；实线为线圈提供的控制磁场，路径为：径向铁芯2-径向气隙-止推盘3-径向气隙-径向铁芯2，控制磁场未经过磁钢5，因此不会对磁钢5形成退磁。
根据本申请的实施例，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。
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 (16)

1.一种磁悬浮轴承，其特征在于，包括定子外铁芯(1)、径向铁芯(2)、定子内铁芯、止推盘(3)和转子(4)，所述定子内铁芯的两端分别设置有所述止推盘(3)，所述止推盘(3)套设在所述转子(4)上，所述径向铁芯(2)设置在所述止推盘(3)的外周侧，所述径向铁芯(2)安装在所述定子外铁芯(1)的两端，所述定子外铁芯(1)位于所述定子内铁芯的径向外侧，所述定子外铁芯(1)与所述定子内铁芯之间设置有磁钢(5)，所述定子内铁芯的内周侧开设有线槽(6)，所述线槽(6)内设置有轴向控制绕组(7)，所述径向铁芯(2)内设置有径向控制绕组(8)。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述定子内铁芯包括第一半体(9)和第二半体(10)，所述第一半体(9)和所述第二半体(10)拼接形成上所述定子内铁芯，所述第一半体(9)和所述第二半体(10)在拼接位置的径向内侧形成所述线槽(6)。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一半体(9)和所述第二半体(10)之间在拼接位置形成拼接面，所述拼接面为平面，所述第一半体(9)和所述第二半体(10)关于拼接面对称。
4.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一半体(9)和所述第二半体(10)均包括径向延伸部(11)和轴向延伸部(12)，所述径向延伸部(11)向着所述定子外铁芯(1)延伸，所述轴向延伸部(12)向着所述止推盘(3)延伸。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述径向延伸部(11)和所述轴向延伸部(12)之间通过斜接部(13)连接，所述斜接部(13)在外周形成斜度面。
6.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述斜度面相对于所述第一半体(9)和所述第二半体(10)的拼接面呈45°夹角。
7.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述定子外铁芯(1)的内周侧设置有径向凸起(14)，所述径向凸起(14)的两侧设置有连接板(15)，所述第一半体(9)和所述第二半体(10)的径向外侧位于两个所述连接板(15)所形成的连接空间内，并与所述连接板(15)之间通过连接件(16)固定连接，所述磁钢(5)位于所述连接空间内。
8.根据权利要求7所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述径向凸起(14)、所述磁钢(5)以及所述定子内铁芯位于所述连接空间内的部分的轴向宽度相同。
9.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向控制绕组(7)包括骨架(17)和轴向线圈(18)，所述轴向线圈(18)绕设在所述骨架(17)上，所述骨架(17)安装在所述线槽(6)内。
10.根据权利要求9所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述线槽(6)的轴向两端侧壁上设置有凹部(19)，所述骨架(17)的轴向两端设置有凸部(20)，所述凸部(20)嵌设在所述凹部(19)内。
11.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述径向铁芯(2)包括轭部和齿部，所述轭部安装在所述定子外铁芯(1)上，所述径向控制绕组(8)安装在所述齿部上。
12.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述定子外铁芯(1)的两端分别设置有台阶孔(21)，所述径向铁芯(2)套设在所述定子外铁芯(1)的台阶孔(21)内，并止挡在所述台阶孔(21)的台阶面上。
13.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述定子外铁芯(1)外套设有壳体(22)。
14.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，两个所述止推盘(3)之间设置有轴承导磁套(23)，所述轴承导磁套(23)套设在所述转子(4)外，所述定子内铁芯位于所述轴承导磁套(23)的外周侧，并与所述轴承导磁套(23)之间间隙配合。
15.一种压缩机，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。
16.一种空调器，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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