CN114498971B - 一种全悬浮旋转门装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全悬浮旋转门装置，设在上墙体和地面壳盖之间，包括上轴承壳、下轴承壳、旋转主轴、旋转门和轴向磁通电机，上轴承壳设在上墙体内，上门架内设有上径向混合磁悬浮轴承，下门架设在地面壳盖内，下门架内自下而上设有轴向混合磁悬浮轴承和下径向混合磁悬浮轴承，旋转主轴设在轴向混合磁悬浮轴承、下径向混合磁悬浮轴承和上径向混合磁悬浮轴承内，旋转主轴上设有转动圆盘，轴向磁通电机包括轴向磁通电机转子和轴向磁通电机定子，轴向磁通转子固定在转动圆盘上，轴向磁通电机定子设在上墙体内，多个旋转门呈中心对称分布在旋转主轴上，实现装置整体在轴向的全悬浮，且控制旋转主轴径向稳定，以此来实现旋转主轴转动。

Description

一种全悬浮旋转门装置

技术领域

本发明涉及悬浮门技术领域，具体涉及一种全悬浮旋转门装置。

背景技术

在现代化建筑物中，自动旋转门以其全新的概念，宽敞开放的门面和高格调的设计，成为当代建筑装饰的主流，且自动旋转门有着永远开启，又仿佛永远关闭的特点，增强了建筑物的抗风能力，降低了空调的能耗，能有效防止气流将恶臭、声音、尘土带入建筑物，起到隔离气流并节省能源的作用，广泛安装在饭店、机场、办公楼和商业楼的出入口系统中。

但是目前旋转门的驱动机构多采用传动马达和减速箱等间接传递装置配合使用，使门体维持在相对恒定的速度，存在传动刚度低、转动惯量高、灵敏度低、效率低等问题；旋转门的支承结构多采用机械轴承或则圆周轮系来承重，轴间和轮系间摩擦大，能量损耗严重。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种全悬浮旋转门装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种全悬浮旋转门装置，设在上墙体和地面壳盖之间，包括上轴承壳、下轴承壳、旋转主轴、旋转门和轴向磁通电机，所述上轴承壳设在所述上墙体内，所述上轴承壳内设有上径向混合磁悬浮轴承，所述下轴承壳设在所述地面壳盖内，所述下轴承壳内自下而上设有轴向混合磁悬浮轴承和下径向混合磁悬浮轴承，所述旋转主轴设在所述轴向混合磁悬浮轴承、所述下径向混合磁悬浮轴承和所述上径向混合磁悬浮轴承内，所述旋转主轴上设有转动圆盘，所述轴向磁通电机包括轴向磁通电机转子和轴向磁通电机定子，所述轴向磁通电机转子固定在所述转动圆盘上，所述轴向磁通电机定子设在所述上墙体内，多个所述旋转门呈中心对称分布在旋转主轴上。

进一步地，所述旋转主轴上设有上门架和下门架，所述旋转门顶部和底部分别卡嵌在所述上门架内和所述下门架内。

进一步地，所述上径向混合磁悬浮轴承的转子部分设在所述旋转主轴上，所述上径向混合磁悬浮轴承的定子部分固定在所述上轴承壳内，所述下径向混合磁悬浮轴承的转子部分设在所述旋转主轴上，所述下径向混合磁悬浮轴承的定子部分固定在所述下轴承壳内，所述轴向混合磁悬浮轴承的转子部分设在所述旋转主轴上，所述轴向混合磁悬浮轴承的定子部分设在所述下轴承壳内。

进一步地，所述上径向混合磁悬浮轴承和所述下径向混合磁悬浮轴承均包括第一定子隔磁片、径向轴承线圈、径向轴承转子、第一转子隔磁片、第二转子隔磁片、径向轴承定子、径向轴承永磁块和第二定子隔磁片，所述径向轴承转子、第一转子隔磁片和第二转子隔磁片热套固定在所述旋转主轴上，第一定子隔磁片、径向轴承定子和第二定子隔磁片固定在所述上轴承壳中，所述径向轴承定子分为4组，分别控制径向方向的前后左右，4个所述径向轴承永磁块环向分布在所述径向轴承定子内。

进一步地，所述上轴承壳和所述下轴承壳内均设有传感器测量环和径向位移传感器，所述传感器测量环固定在所述上轴承壳或所述下轴承壳内，两个所述径向位移传感器呈90度放置在所述传感器测量环内。

进一步地，通过所述上径向混合磁悬浮轴承调整所述旋转主轴上端的位置；

所述上径向混合磁悬浮轴承前方向受力和所述上径向混合磁悬浮轴承后方向受力的计算公式为：

其中：为上径向混合磁悬浮轴承前后方向径向轴承永磁块产生的偏置磁场，/>为上径向混合磁悬浮轴承前后方向电磁产生的磁场；/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的径向轴承定子与径向轴承转子铁心间气隙的横截面积，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的空气磁导率；

上径向混合磁悬浮轴承前方向和后方向的力方向相反，因此上径向混合磁悬浮轴承前后方向的合力的计算公式为：

其中：为上径向混合磁悬浮轴承前后方向的合力；

旋转主轴上端在受到外界干扰力时，将产生一定的偏移，令上径向混合磁悬浮轴承的前后平衡状态下间隙为，向前偏移量为/>，则前方向的间隙为/>，后方向的间隙为/>；

在平衡位置上径向混合磁悬浮轴承前后方向电磁产生的磁感应强度为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈绕组的匝数，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈中的电流，/>为上径向混合磁悬浮轴承前后方向径向轴承转子与径向轴承定子之间的气隙；

因此上径向混合磁悬浮轴承前方向受力和上径向混合磁悬浮轴承后方向受力的计算公式为：

合力，通过控制电流方向和大小来调节合力使旋转主轴向中心平衡位置移动，当/>，旋转主轴上端处于中心平衡位置；

上径向混合磁悬浮轴承左方向受力和上径向混合磁悬浮轴承右方向受力的计算公式为：

其中：为上径向混合磁悬浮轴承左右方向径向轴承永磁块产生的偏置磁场，/>为上径向混合磁悬浮轴承左右方向电磁产生的磁场，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的径向轴承定子与径向轴承转子铁心间气隙的横截面积，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的空气磁导率，/>为上径向混合磁悬浮轴承左方向受力，/>为上径向混合磁悬浮轴承右方向受力；

上径向混合磁悬浮轴承左方向和右方向的力方向相反，因此左右方向的合力的计算公式为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承左右方向的合力；

在平衡位置上径向混合磁悬浮轴承左右方向电磁产生的磁感应强度为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈绕组的匝数，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈中的电流，/>为上径向混合磁悬浮轴承左右方向径向轴承转子与径向轴承定子之间的气隙；

旋转主轴上端在稳定悬浮在平衡位置时，一旦受到外界干扰力的作用，将产生一定的偏移，令上径向混合磁悬浮轴承的左右平衡状态下间隙为，向左偏移量为/>，则左方向的间隙为/>，右方向的间隙为/>；

此时，上径向混合磁悬浮轴承左方向受力和上径向混合磁悬浮轴承右方向受力的计算公式为：

合力，通过控制电流方向和大小来调节合力使旋转主轴向中心平衡位置移动，当/>，旋转主轴上端处于中心平衡位置。

进一步地，通过所述下径向混合磁悬浮轴承调整所述旋转主轴下端的位置；

下径向混合磁悬浮轴承前方向受力和下径向混合磁悬浮轴承后方向受力的计算公式为：

其中：为下径向混合磁悬浮轴承前后方向径向轴承永磁块产生的偏置磁场，/>为下径向混合磁悬浮轴承前后方向电磁产生的磁场，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的径向轴承定子与径向轴承转子铁心间气隙的横截面积，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的空气磁导率，/>为下径向混合磁悬浮轴承前方向受力，/>为下径向混合磁悬浮轴承后方向受力；

下径向混合磁悬浮轴承前方向和后方向的力方向相反，因此前后方向的合力的计算公式为：

；

其中：为下径向混合磁悬浮轴承前后方向的合力；

在平衡位置下径向混合磁悬浮轴承前后方向电磁产生的磁感应强度为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈绕组的匝数，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈中的电流，/>为下径向混合磁悬浮轴承前后方向径向轴承转子与径向轴承定子之间的气隙；

旋转主轴下端在稳定悬浮在平衡位置时，一旦受到外界干扰力的作用，将产生一定的偏移，令下径向混合磁悬浮轴承的前后平衡状态下间隙为，向前偏移量为/>，则前方向的间隙为/>，后方向的间隙为/>；

此时，下径向混合磁悬浮轴承前方向受力和下径向混合磁悬浮轴承后方向受力的计算公式为：

合力，通过控制电流方向和大小来调节合力使旋转主轴向中心平衡位置移动，当/>，旋转主轴上端处于中心平衡位置；

下径向混合磁悬浮轴承左方向受力和下径向混合磁悬浮轴承右方向受力的计算公式为：

其中：为下径向混合磁悬浮轴承左右方向径向轴承永磁块产生的偏置磁场，/>为下径向混合磁悬浮轴承=左右方向电磁产生的磁场，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的径向轴承定子与径向轴承转子铁心间气隙的横截面积，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的空气磁导率，/>为下径向混合磁悬浮轴承左方向受力，/>为下径向混合磁悬浮轴承右方向受力；

下径向混合磁悬浮轴承左方向和右方向的力方向相反，因此左右方向的合力的计算公式为：

；

其中：为下径向混合磁悬浮轴承左右方向的合力；

在平衡位置下径向混合磁悬浮轴承电磁产生的磁感应强度为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈绕组的匝数，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈中的电流，/>为下径向混合磁悬浮轴承左右方向轴承转子与径向轴承定子之间的气隙；

旋转主轴下端在稳定悬浮在平衡位置时，一旦受到外界干扰力的作用，将产生一定的偏移，令下径向混合磁悬浮轴承的左右平衡状态下间隙为，向左偏移量为/>，则左方向的间隙为/>，右方向的间隙为/>；

此时，下径向混合磁悬浮轴承左方向受力和下径向混合磁悬浮轴承右方向受力的计算公式为：

合力，通过控制电流方向和大小来调节合力使旋转主轴向中心平衡位置移动，当/>，旋转主轴上端处于中心平衡位置。

进一步地，所述轴向混合磁悬浮轴承包括第一轴向轴承定子、轴向轴承线圈、轴向轴承套筒、第二轴向轴承定子、第一轴向位移传感器、第二轴向位移传感器永磁环和轴向轴承转子，所述轴向轴承转子固定在所述旋转主轴上，所述第一轴向轴承定子、所述轴向轴承套筒和所述第二轴向轴承定子设在所述下轴承壳中，所述第一轴向位移传感器和所述第二轴向位移传感器分别放置在所述第一轴向轴承定子和所述第二轴向轴承定子上。

进一步地，所述轴向磁通电机包括电机定子、电机转子盘、电机线圈和轴向磁通电机永磁体，所述轴向磁通电机永磁体采用径向充磁方法，环向阵列在所述电机转子盘中，所述电机转子盘固定在所述转动圆盘上，所述电机线圈缠绕在所述电机定子上，所述电机定固定在所述上墙体内。

进一步地，所述轴向磁通电机的电机定子与电子转子盘之间磁力的计算公式为：

其中：为电机定子与电子转子盘之间的磁力，/>和/>是轴向磁通电机在/>坐标系下的电流分量，/>和/>是轴向磁通电机在/>坐标系下的磁链分量，/>为电机定子与电子转子盘之间的气隙；

轴向混合磁悬浮轴承1合力的计算公式为：

其中：为轴向混合磁悬浮轴承1上下方向轴向磁通电机永磁体产生的偏置磁场，为轴向混合磁悬浮轴承上下方向电磁产生的磁场，/>为轴向混合磁悬浮轴承的电机定子与电子转子盘铁心间气隙的横截面积，/>为轴向混合磁悬浮轴承的空气磁导率，/>为轴向混合磁悬浮轴承上方向受力，/>为轴向混合磁悬浮轴承下方向受力；

假设轴向混合磁悬浮轴承的轴向平衡状态下间隙为，假设向上偏移量为/>，则上方向的间隙为/>，下方向的间隙为/>；

轴向混合磁悬浮轴承上方向受力和轴向混合磁悬浮轴承下右方向受力的计算公式为：

轴向混合磁悬浮轴承合力的计算公式为：

合力

其中，G为旋转主轴和多扇门的重力，使本装置在轴向方向受力平衡。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明所述的一种全悬浮旋转门装置，采用轴向磁通电机进行旋转门的无接触驱动，且轴向磁通电机能够提供较大轴向卸载力，并通过轴向混合磁悬浮轴承辅助悬浮，实现装置整体在轴向的全悬浮。本发明所述的一种全悬浮旋转门装置，在旋转主轴的上端和下端分别设置上径向混合磁悬浮轴承和下径向混合磁悬浮轴承来控制主轴径向稳定，以此来实现旋转主轴转动，进而带动多个旋转门无接触悬浮并稳定运行，具有全悬浮无接触，无摩擦损耗，抗干扰能力强，使用寿命长等优点。

附图说明

图1是本发明一种全悬浮旋转门装置的总装剖视图。

图2是轴向混合磁悬浮轴承剖视图。

图3是径向混合磁悬浮轴承结构图。

图4是轴向磁通电机结构图。

图5是上轴承壳与径向混合磁悬浮轴承剖视图。

图中，1、轴向混合磁悬浮轴承；101、第一轴向轴承定子；102、轴向轴承线圈；103、轴向轴承套筒；104、第二轴向轴承定子；105、轴向位移传感器；106、轴向轴承永磁环；107、轴向轴承转子； 2、下径向混合磁悬浮轴承；3、旋转主轴；4、上径向混合磁悬浮轴承；401、第一定子隔磁片；402、径向轴承线圈；403、径向轴承转子；404、第一转子隔磁片；405、第二转子隔磁片；406、径向轴承定子；407、径向轴承永磁块；408、第二定子隔磁片； 5、轴向磁通电机；501、电机定子；502、电机线圈；503、轴向磁通电机永磁体；504、电机转子盘；6、上墙体；7、上轴承壳；8、转动圆盘；9、上门架；10、下门架；11、下轴承壳；12、地面壳盖；13、传感器测量环；14、径向位移传感器；15、上轴承壳盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

一种全悬浮旋转门装置，参照图1-图5所示，设在上墙体6和地面壳盖12之间，包括上轴承壳7、下轴承壳11、旋转主轴3、旋转门和轴向磁通电机5，上轴承壳7设在上墙体6内，上轴承壳7内设有上径向混合磁悬浮轴承4，下轴承壳11内在地面壳盖12内，下轴承壳11内自下而上设有轴向混合磁悬浮轴承1和下径向混合磁悬浮轴承2，旋转主轴3设在轴向混合磁悬浮轴承1、下径向混合磁悬浮轴承2和上径向混合磁悬浮轴承4内，旋转主轴3上设有转动圆盘8，轴向磁通电机5包括轴向磁通电机转子和轴向磁通电机定子，轴向磁通电机转子固定在转动圆盘8上，轴向磁通电机定子设在上墙体6内，多个旋转门呈中心对称分布在旋转主轴3上。

本发明中，采用轴向磁通电机5进行旋转门的无接触驱动，且轴向磁通电机5能够提供较大轴向卸载力，并通过轴向混合磁悬浮轴承1辅助悬浮，实现装置整体在轴向的全悬浮；另外，本装置在旋转主轴3的上端和下端分别设置上径向混合磁悬浮轴承4和下径向混合磁悬浮轴承2来控制主轴径向稳定，以此来实现旋转主轴3转动，进而带动多个旋转门无接触悬浮并稳定运行，具有全悬浮无接触，无摩擦损耗，抗干扰能力强，使用寿命长等优点。

上径向混合磁悬浮轴承4控制旋转主轴3上端的移动，下径向混合磁悬浮轴承2控制旋转主轴3下端的移动，进而使整个旋转主轴3保持径向方向的平衡。轴向混合磁悬浮轴平衡旋转主轴3和多个旋转门的重力，实现装置整体在轴向的全悬浮。

具体地，旋转主轴3上设有上门架9和下门架10，旋转门顶部和底部分别卡嵌在上门架9内和下门架10内。

上径向混合磁悬浮轴承4的转子部分设在旋转主轴3上，上径向混合磁悬浮轴承4的定子部分固定在上轴承壳7内，下径向混合磁悬浮轴承2的转子部分设在旋转主轴3上，下径向混合磁悬浮轴承2的定子部分固定在下轴承壳11内，轴向混合磁悬浮轴承1的转子部分设在旋转主轴3上，轴向混合磁悬浮轴承1的定子部分设在下轴承壳11内，其中，轴向混合磁悬浮轴承1、上径向混合磁悬浮轴承4、下径向混合磁悬浮轴承2和轴向磁通电机5的定子部分和转子部分都有固定间隙，不接触。

下面对上径向混合磁悬浮轴承4和下径向混合磁悬浮轴承2进行详细地描述。

参照图3和图5所示，上径向混合磁悬浮轴承4和下径向混合磁悬浮轴承2均包括第一定子隔磁片401、径向轴承线圈402、径向轴承转子403、第一转子隔磁片404、第二转子隔磁片405、径向轴承定子406、径向轴承永磁块407和第二定子隔磁片408，其中径向轴承转子403、第一转子隔磁片404和第二转子隔磁片405热套固定在旋转主轴3上，第一定子隔磁片401、径向轴承定子406和第二定子隔磁片408固定在上轴承壳7中，其中径向轴承定子406为8槽结构，每2槽线圈为一组工分为4组，分别控制径向方向的前后左右方向；其中4个径向轴承永磁块407环向分布在轴承定子内，且第一定子隔磁片401、第一转子隔磁片404、第二转子隔磁片405和第二定子隔磁片408能起到隔绝径向混合磁悬浮轴承磁场的作用，避免干扰。

上轴承壳7内还设有传感器测量环13、两个径向位移传感器14，传感器测量换固定在上轴承壳7内，两个径向位移传感器14呈90度放置在上轴承壳7内的传感器测量环13内，

为了方便固定传感器测量环13，上轴承壳7底部还设有上轴承壳盖15，上轴承壳盖15将上径向混合磁悬浮轴承4和传感器测量环13固定在上轴承壳7内，上轴承壳7和上轴承壳盖15固定在上墙体6内。

对于上径向磁悬浮轴承，通过一个径向位移传感器14测量旋转主轴3径向的前后方向的位移，通过另一个径向位移传感器14测量旋转主轴3径向的左右方向的位移。

具体地，对于上径向混合磁悬浮轴承4，由于前后径向轴承定子406的绕线方向相反，因此前方向的磁感应强度为，后方向的磁感应强度为/>；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承4前后方向的径向轴承永磁块407产生的偏置磁场，/>为上径向混合磁悬浮轴承4前后方向电磁产生的磁场；

上径向混合磁悬浮轴承4前方向受力和上径向混合磁悬浮轴承4后方向受力的计算公式为：

其中：为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2的径向轴承定子406与径向轴承转子403铁心间气隙的横截面积，/>为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2的空气磁导率，/>为上径向混合磁悬浮轴承4前方向受力，/>为上径向混合磁悬浮轴承4后方向受力。

前方向和后方向的力方向相反，因此前后方向的合力的计算公式为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承4前后方向的合力；

在平衡位置上径向混合磁悬浮轴承4前后方向电磁产生的磁感应强度为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2径向轴承线圈402绕组的匝数，/>为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2径向轴承线圈402中的电流，/>为上径向混合磁悬浮轴承4前后方向径向轴承转子403与径向轴承定子406之间的气隙；

旋转主轴3上端在稳定悬浮在平衡位置时，一旦受到外界干扰力的作用，将产生一定的偏移，令上径向混合磁悬浮轴承4的前后平衡状态下间隙为，向前偏移量为/>，则前方向的间隙为/>，后方向的间隙为/>；

此时，上径向混合磁悬浮轴承4前方向受力和上径向混合磁悬浮轴承4后方向受力的计算公式为：

合力，通过控制电流方向和大小来调节合力使旋转主轴3向中心平衡位置移动，当/>，旋转主轴3上端处于中心平衡位置。

对于上径向混合磁悬浮轴承4，由于左右径向轴承定子406的绕线方向相反，因此左方向的磁感应强度为，后方向的磁感应强度为为/>；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承4左右方向径向轴承永磁块407产生的偏置磁场，/>为上径向混合磁悬浮轴承4左右方向电磁产生的磁场；

上径向混合磁悬浮轴承4左方向受力和上径向混合磁悬浮轴承4右方向受力的计算公式为：

其中：为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2的径向轴承定子406与径向轴承转子403铁心间气隙的横截面积，/>为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2的空气磁导率，/>为上径向混合磁悬浮轴承4左方向受力，/>为上径向混合磁悬浮轴承4右方向受力。

上径向混合磁悬浮轴承4左方向和右方向的力方向相反，因此左右方向的合力的计算公式为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承4左右方向的合力；

在平衡位置上径向混合磁悬浮轴承4左右方向电磁产生的磁感应强度为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2径向轴承线圈402绕组的匝数，/>为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2径向轴承线圈402中的电流，/>为上径向混合磁悬浮轴承4左右方向径向轴承转子403与径向轴承定子406之间的气隙；

旋转主轴3上端在稳定悬浮在平衡位置时，一旦受到外界干扰力的作用，将产生一定的偏移，令上径向混合磁悬浮轴承4的左右平衡状态下间隙为，向左偏移量为/>，则左方向的间隙为/>，右方向的间隙为/>；

此时，上径向混合磁悬浮轴承4左方向受力和上径向混合磁悬浮轴承4右方向受力的计算公式为：

合，通过控制电流方向和大小来调节合力使旋转主轴3向中心平衡位置移动，当/>，旋转主轴3上端处于中心平衡位置。

下轴承壳11内还设有传感器测量环13、两个径向位移传感器14，传感器测量环13固定在上轴承壳7内，两个径向位移传感器14呈90度放置在下轴承壳11内的传感器测量环13内，

为了方便固定传感器测量环13，下轴承壳11底部还设有下轴承壳=盖，下轴承壳盖将下径向混合磁悬浮轴承2和传感器测量环13固定在下轴承壳11内，下轴承壳11和下轴承壳11盖固定在上墙体6内。

对于下径向混合磁悬浮轴承2，通过一个径向位移传感器14测量旋转主轴3径向的前后方向的位移，通过另一个径向位移传感器14测量旋转主轴3径向的左右方向的位移。

具体地，对于下径向混合磁悬浮轴承2，由于前后径向轴承定子406的绕线方向相反，因此前方向的磁感应强度为，后方向的磁感应强度为/>；

其中：为下径向混合磁悬浮轴承2前后方向径向轴承永磁块407产生的偏置磁场，/>为下径向混合磁悬浮轴承2前后方向电磁产生的磁场；

下径向混合磁悬浮轴承2前方向受力和下径向混合磁悬浮轴承2后方向受力的计算公式为：

其中：为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2的径向轴承定子406与径向轴承转子403铁心间气隙的横截面积，/>为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2的空气磁导率，/>为下径向混合磁悬浮轴承2前方向受力，/>为下径向混合磁悬浮轴承2后方向受力。

下径向混合磁悬浮轴承前方向和后方向的力方向相反，因此前后方向的合力的计算公式为：

；

其中：为下径向混合磁悬浮轴承2前后方向的合力；

在平衡位置下径向混合磁悬浮轴承2电磁产生的磁感应强度为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2径向轴承线圈402绕组的匝数，/>为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2径向轴承线圈402中的电流，/>为下径向混合磁悬浮轴承2前后方向径向轴承转子403与径向轴承定子406之间的气隙；

旋转主轴3下端在稳定悬浮在平衡位置时，一旦受到外界干扰力的作用，将产生一定的偏移，令下径向混合磁悬浮轴承2的前后平衡状态下间隙为，向前偏移量为/>，则前方向的间隙为/>，后方向的间隙为/>；

此时，下径向混合磁悬浮轴承2前方向受力和下径向混合磁悬浮轴承2后方向受力的计算公式为：

合力，通过控制电流方向和大小来调节合力使旋转主轴3向中心平衡位置移动，使得/>，旋转主轴3下端受力平衡。

对于下径向混合磁悬浮轴承2，由于左右径向轴承定子406的绕线方向相反，因此左方向的磁感应强度为，后方向的磁感应强度为为/>；

其中：为下径向混合磁悬浮轴承2左右方向径向轴承永磁块产生的偏置磁场，为下径向混合磁悬浮轴承2左右方向电磁产生的磁场；

下径向混合磁悬浮轴承2左方向受力和下径向混合磁悬浮轴承2右方向受力的计算公式为：

其中：为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2的径向轴承定子406与径向轴承转子403铁心间气隙的横截面积，/>为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2的空气磁导率，/>为下径向混合磁悬浮轴承2左方向受力，/>为下径向混合磁悬浮轴承2右方向受力。

左方向和右方向的力方向相反，因此左右方向的合力的计算公式为：

；/>

其中：为下径向混合磁悬浮轴承2左右方向的合力；

在平衡位置下径向混合磁悬浮轴承2电磁产生的磁感应强度为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2径向轴承线圈402绕组的匝数，/>为上径向混合磁悬浮轴承4或下径向混合磁悬浮轴承2径向轴承线圈402中的电流，/>为下径向混合磁悬浮轴承2左右方向轴承转子403与径向轴承定子406之间的气隙；

旋转主轴3下端在稳定悬浮在平衡位置时，一旦受到外界干扰力的作用，将产生一定的偏移，令下径向混合磁悬浮轴承2的左右平衡状态下间隙为，向左偏移量为/>，则左方向的间隙为/>，右方向的间隙为/>；

此时，下径向混合磁悬浮轴承2左方向受力和下径向混合磁悬浮轴承2右方向受力的计算公式为：

合力，通过控制电流方向和大小来调节合力使旋转主轴3向中心平衡位置移动，使得/>，旋转主轴3下端受力平衡。

下面对轴向混合磁悬浮轴承1进行详细地描述。

如图2所示，轴向混合磁悬浮轴承1为双边对称结构，轴向混合磁悬浮轴承1包括第一轴向轴承定子101、轴向轴承线圈102、轴向轴承套筒103、第二轴向轴承定子104、轴向位移传感器105、轴向轴承永磁环106和轴向轴承转子107，其中轴向轴承转子107是固定在旋转主轴3上，第一轴向轴承定子101、轴向轴承套筒103和第二轴向轴承定子104设在下轴承壳11中，两个轴向位移传感器105分别放置在第一轴向轴承定子101和第二轴向轴承定子104上，用于检测轴向轴承永磁环106与第一轴向轴承定子101和第二轴向轴承定子104之间的距离，来确定旋转主轴3在运动过程中在轴向方向上的偏移量，已便于控制悬浮力大小来平衡重力，避免危险发生。

参照图5所示，轴向磁通电机5包括电机定子501、电机转子盘504、电机线圈502和轴向磁通电机永磁体503，其中轴向磁通电机永磁体503采用径向充磁方法，依次排列在电机转子盘504中，电机转子盘504固定在转动圆盘8上，两者具有较高的同轴度；电机线圈502缠绕在电机定子501上，电机定子501固定于上墙体6上，工作工程中电机定子501与轴向磁通电机永磁体503保持恒定的间隙，在电机线圈502内输入三相交流电，产生旋转方向的行波磁场与轴向磁通电机永磁体503产生的磁场相互作用，推动永磁体带着转动圆盘8旋转。

轴向磁通电机5的电机定子501与电子转子盘504之间磁力的计算公式为：

其中：为电机定子501与电子转子盘504之间的磁力，/>和/>是轴向磁通电机5在坐标系下的电流分量，/>和/>是轴向磁通电机5在/>坐标系下的磁链分量，/>为电机定子501与电子转子盘504之间的气隙。

轴向混合磁悬浮轴承1合力的计算公式为：

其中：为轴向混合磁悬浮轴承1上下方向轴向磁通电机永磁体503产生的偏置磁场，/>为轴向混合磁悬浮轴承1上下方向电磁产生的磁场，/>为轴向混合磁悬浮轴承1的电机定子501与电子转子盘504铁心间气隙的横截面积，/>为轴向混合磁悬浮轴承1的空气磁导率，/>为轴向混合磁悬浮轴承1上方向受力，/>为轴向混合磁悬浮轴承1下方向受力。

假设轴向混合磁悬浮轴承1的轴向平衡状态下间隙为，假设向上偏移量为/>，则上方向的间隙为/>，下方向的间隙为/>；

轴向混合磁悬浮轴承1上方向受力和轴向混合磁悬浮轴承1下右方向受力的计算公式为：

轴向混合磁悬浮轴承1合力的计算公式为：

合力

其中，G为旋转主轴3和多扇门的重力，使本装置在轴向方向受力平衡。

所述的径向混合磁悬浮轴承和轴向混合磁悬浮轴承1利用永磁体产生的磁场代替了电磁铁的偏置磁场，不但可以降低功放的损耗，同时可以减小电磁铁的安匝数，从而缩小磁力轴承的整体体积。

具体使用时，本发明的轴向磁通电机5带动转动圆盘8转动，转动圆盘8带动旋转主轴3旋转，而且轴向磁通电机5提供较大轴向卸载力，平衡大部分重力，轴向混合磁悬浮轴承1采用双边结构，上下分别控制绕组线圈内电流，根据轴向位移传感器显示的轴向偏移量来调节提供的悬浮力，使整个旋转门转动部分处于悬浮状态，并与其他零部件在轴向上不接触；上径向混合磁悬浮轴承4和下径向混合磁悬浮轴承2分别位于旋转主轴3的上端和下端，根据多个径向位移传感器14检测的径向位移偏差，控制径向混合磁悬浮轴承内4路绕组线圈提供偏移力，使旋转主轴33在中心位置的径向方向上稳定运行；这两套系统共同保证了旋转门转动部分在轴向与径向方向上无接触的稳定悬浮运动。

综上，本发明具有如下有益效果：采用轴向磁通电机5进行旋转门的无接触驱动，且能提供较大轴向卸载力，并用轴向混合磁悬浮轴承1辅助悬浮，实现整体装置在轴向的全悬浮；在主轴上下两端分别设置一个径向混合磁悬浮轴承来控制主轴径向稳定，以此来实现旋转门转动部分的无接触悬浮并稳定运行，具有全悬浮无接触，无摩擦损耗，抗干扰能力强，使用寿命长等优点。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种全悬浮旋转门装置，设在上墙体和地面壳盖之间，其特征在于：包括上轴承壳、下轴承壳、旋转主轴、旋转门和轴向磁通电机，所述上轴承壳设在所述上墙体内，所述上轴承壳内设有上径向混合磁悬浮轴承，所述下轴承壳设在所述地面壳盖内，所述下轴承壳内自下而上设有轴向混合磁悬浮轴承和下径向混合磁悬浮轴承，所述旋转主轴设在所述轴向混合磁悬浮轴承、所述下径向混合磁悬浮轴承和所述上径向混合磁悬浮轴承内，所述旋转主轴上设有转动圆盘，所述轴向磁通电机包括轴向磁通电机转子和轴向磁通电机定子，所述轴向磁通电机转子固定在所述转动圆盘上，所述轴向磁通电机定子设在所述上墙体内，多个所述旋转门呈中心对称分布在旋转主轴上；

上径向混合磁悬浮轴承前后方向的合力的计算公式为：

其中，为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的径向轴承定子与径向轴承转子铁心间气隙的横截面积，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的空气磁导率，/>为上径向混合磁悬浮轴承前方向受力，/>为上径向混合磁悬浮轴承后方向受力，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈绕组的匝数，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈中的电流，/>为上径向混合磁悬浮轴承前后方向径向轴承转子与径向轴承定子之间的气隙，/>为向前偏移量，/>为上径向混合磁悬浮轴承前后方向的径向轴承永磁块产生的偏置磁场；

通过控制电流方向和大小来调节合力使旋转主轴向中心平衡位置移动，当，旋转主轴上端处于中心平衡位置；

上径向混合磁悬浮轴承左右方向的合力的计算公式为：

其中，为上径向混合磁悬浮轴承左方向受力，/>为上径向混合磁悬浮轴承右方向受力，/>为上径向混合磁悬浮轴承左右方向径向轴承转子与径向轴承定子之间的气隙，/>为向左偏移量，/>为上径向混合磁悬浮轴承左右方向径向轴承永磁块产生的偏置磁场；

通过控制电流方向和大小来调节合力使旋转主轴向中心平衡位置移动，当，旋转主轴上端处于中心平衡位置；

下径向混合磁悬浮轴承前后方向的合力的计算公式为：

其中，为下径向混合磁悬浮轴承前方向受力，/>为下径向混合磁悬浮轴承后方向受力，/>为下径向混合磁悬浮轴承前后方向径向轴承永磁块产生的偏置磁场，/>为下径向混合磁悬浮轴承前后方向径向轴承转子与径向轴承定子之间的气隙，/>为向前偏移量；

通过控制电流方向和大小来调节合力使旋转主轴向中心平衡位置移动，当，旋转主轴上端处于中心平衡位置；

下径向混合磁悬浮轴承左右方向的合力的计算公式为：

其中，为下径向混合磁悬浮轴承左方向受力，/>为下径向混合磁悬浮轴承右方向受力，/>为下径向混合磁悬浮轴承左右方向径向轴承永磁块产生的偏置磁场，/>为下径向混合磁悬浮轴承左右方向轴承转子与径向轴承定子之间的气隙，/>为向左偏移量；

通过控制电流方向和大小来调节合力使旋转主轴向中心平衡位置移动，当，旋转主轴上端处于中心平衡位置；

轴向混合磁悬浮轴承合力的计算公式为：

其中，为轴向混合磁悬浮轴承上下方向轴向磁通电机永磁体产生的偏置磁场，/>为轴向混合磁悬浮轴承的电机定子与电子转子盘铁心间气隙的横截面积，/>为轴向混合磁悬浮轴承的空气磁导率，/>为轴向混合磁悬浮轴承上方向受力，/>为轴向混合磁悬浮轴承下方向受力，/>为轴向混合磁悬浮轴承的轴向平衡状态下间隙，/>为向上偏移量；

其中，G为旋转主轴和多扇门的重力，/>其中：/>为电机定子与电子转子盘之间的磁力，/>和/>是轴向磁通电机在/>坐标系下的电流分量，/>和/>是轴向磁通电机在/>坐标系下的磁链分量，/>为电机定子与电子转子盘之间的气隙。

2.根据权利要求1所述的全悬浮旋转门装置，其特征在于：所述旋转主轴上设有上门架和下门架，所述旋转门顶部和底部分别卡嵌在所述上门架内和所述下门架内。

3.根据权利要求1所述的全悬浮旋转门装置，其特征在于：所述上径向混合磁悬浮轴承的转子部分设在所述旋转主轴上，所述上径向混合磁悬浮轴承的定子部分固定在所述上轴承壳内，所述下径向混合磁悬浮轴承的转子部分设在所述旋转主轴上，所述下径向混合磁悬浮轴承的定子部分固定在所述下轴承壳内，所述轴向混合磁悬浮轴承的转子部分设在所述旋转主轴上，所述轴向混合磁悬浮轴承的定子部分设在所述下轴承壳内。

4.根据权利要求1所述的全悬浮旋转门装置，其特征在于：所述上径向混合磁悬浮轴承和所述下径向混合磁悬浮轴承均包括第一定子隔磁片、径向轴承线圈、径向轴承转子、第一转子隔磁片、第二转子隔磁片、径向轴承定子、径向轴承永磁块和第二定子隔磁片，所述径向轴承转子、第一转子隔磁片和第二转子隔磁片热套固定在所述旋转主轴上，第一定子隔磁片、径向轴承定子和第二定子隔磁片固定在所述上轴承壳中，所述径向轴承定子分为4组，分别控制径向方向的前后左右，4个所述径向轴承永磁块环向分布在所述径向轴承定子内。

5.根据权利要求1所述的全悬浮旋转门装置，其特征在于：所述上轴承壳和所述下轴承壳内均设有传感器测量环和径向位移传感器，所述传感器测量环固定在所述上轴承壳或所述下轴承壳内，两个所述径向位移传感器呈90度放置在所述传感器测量环内。

6.根据权利要求5所述的全悬浮旋转门装置，其特征在于：通过所述上径向混合磁悬浮轴承调整所述旋转主轴上端的位置；

所述上径向混合磁悬浮轴承前方向受力和所述上径向混合磁悬浮轴承后方向受力的计算公式为：

其中：为上径向混合磁悬浮轴承前后方向径向轴承永磁块产生的偏置磁场，/>为上径向混合磁悬浮轴承前后方向电磁产生的磁场；/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的径向轴承定子与径向轴承转子铁心间气隙的横截面积，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的空气磁导率，/>为上径向混合磁悬浮轴承前方向受力，/>为上径向混合磁悬浮轴承后方向受力；

上径向混合磁悬浮轴承前方向和后方向的力方向相反，因此上径向混合磁悬浮轴承前后方向的合力的计算公式为：

其中：为上径向混合磁悬浮轴承前后方向的合力；

旋转主轴上端在受到外界干扰力时，将产生一定的偏移，令上径向混合磁悬浮轴承的前后平衡状态下间隙为，向前偏移量为/>，则前方向的间隙为/>，后方向的间隙为/>；

在平衡位置上径向混合磁悬浮轴承前后方向电磁产生的磁感应强度为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈绕组的匝数，为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈中的电流，/>为上径向混合磁悬浮轴承前后方向径向轴承转子与径向轴承定子之间的气隙；

因此上径向混合磁悬浮轴承前方向受力和上径向混合磁悬浮轴承后方向受力的计算公式为：

；

上径向混合磁悬浮轴承左方向受力和上径向混合磁悬浮轴承右方向受力的计算公式为：

其中：为上径向混合磁悬浮轴承左右方向径向轴承永磁块产生的偏置磁场，/>为上径向混合磁悬浮轴承左右方向电磁产生的磁场，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的径向轴承定子与径向轴承转子铁心间气隙的横截面积，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的空气磁导率，/>为上径向混合磁悬浮轴承左方向受力，/>为上径向混合磁悬浮轴承右方向受力；

上径向混合磁悬浮轴承左方向和右方向的力方向相反，因此左右方向的合力的计算公式为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承左右方向的合力；

在平衡位置上径向混合磁悬浮轴承左右方向电磁产生的磁感应强度为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈绕组的匝数，为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈中的电流，/>为上径向混合磁悬浮轴承左右方向径向轴承转子与径向轴承定子之间的气隙；

旋转主轴上端在稳定悬浮在平衡位置时，一旦受到外界干扰力的作用，将产生一定的偏移，令上径向混合磁悬浮轴承的左右平衡状态下间隙为，向左偏移量为/>，则左方向的间隙为/>，右方向的间隙为/>；

此时，上径向混合磁悬浮轴承左方向受力和上径向混合磁悬浮轴承右方向受力的计算公式为：

。

7.根据权利要求5所述的全悬浮旋转门装置，其特征在于：通过所述下径向混合磁悬浮轴承调整所述旋转主轴下端的位置；

下径向混合磁悬浮轴承前方向受力和下径向混合磁悬浮轴承后方向受力的计算公式为：

其中：为下径向混合磁悬浮轴承前后方向径向轴承永磁块产生的偏置磁场，/>为下径向混合磁悬浮轴承前后方向电磁产生的磁场，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的径向轴承定子与径向轴承转子铁心间气隙的横截面积，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的空气磁导率，/>为下径向混合磁悬浮轴承前方向受力，/>为下径向混合磁悬浮轴承后方向受力；

下径向混合磁悬浮轴承前方向和后方向的力方向相反，因此前后方向的合力的计算公式为：

；

其中：为下径向混合磁悬浮轴承前后方向的合力；

在平衡位置下径向混合磁悬浮轴承前后方向电磁产生的磁感应强度为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈绕组的匝数，为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈中的电流，/>为下径向混合磁悬浮轴承前后方向径向轴承转子与径向轴承定子之间的气隙；

旋转主轴下端在稳定悬浮在平衡位置时，一旦受到外界干扰力的作用，将产生一定的偏移，令下径向混合磁悬浮轴承的前后平衡状态下间隙为，向前偏移量为/>，则前方向的间隙为/>，后方向的间隙为/>；

此时，下径向混合磁悬浮轴承前方向受力和下径向混合磁悬浮轴承后方向受力的计算公式为：

；

下径向混合磁悬浮轴承左方向受力和下径向混合磁悬浮轴承右方向受力的计算公式为：

其中：为下径向混合磁悬浮轴承左右方向径向轴承永磁块产生的偏置磁场，/>为下径向混合磁悬浮轴承=左右方向电磁产生的磁场，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的径向轴承定子与径向轴承转子铁心间气隙的横截面积，/>为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承的空气磁导率，/>为下径向混合磁悬浮轴承左方向受力，/>为下径向混合磁悬浮轴承右方向受力；

下径向混合磁悬浮轴承左方向和右方向的力方向相反，因此左右方向的合力的计算公式为：

；

其中：为下径向混合磁悬浮轴承左右方向的合力；

在平衡位置下径向混合磁悬浮轴承电磁产生的磁感应强度为：

；

其中：为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈绕组的匝数，为上径向混合磁悬浮轴承或下径向混合磁悬浮轴承径向轴承线圈中的电流，/>为下径向混合磁悬浮轴承左右方向轴承转子与径向轴承定子之间的气隙；

旋转主轴下端在稳定悬浮在平衡位置时，一旦受到外界干扰力的作用，将产生一定的偏移，令下径向混合磁悬浮轴承的左右平衡状态下间隙为，向左偏移量为/>，则左方向的间隙为/>，右方向的间隙为/>；

此时，下径向混合磁悬浮轴承左方向受力和下径向混合磁悬浮轴承右方向受力的计算公式为：

。

8.根据权利要求7所述的全悬浮旋转门装置，其特征在于：所述轴向磁通电机的电机定子与电子转子盘之间磁力的计算公式为：

其中：为电机定子与电子转子盘之间的磁力，/>和/>是轴向磁通电机在/>坐标系下的电流分量，/>和/>是轴向磁通电机在/>坐标系下的磁链分量，/>为电机定子与电子转子盘之间的气隙；

轴向混合磁悬浮轴承1合力的计算公式为：

其中：为轴向混合磁悬浮轴承1上下方向轴向磁通电机永磁体产生的偏置磁场，/>为轴向混合磁悬浮轴承上下方向电磁产生的磁场，/>为轴向混合磁悬浮轴承的电机定子与电子转子盘铁心间气隙的横截面积，/>为轴向混合磁悬浮轴承的空气磁导率，/>为轴向混合磁悬浮轴承上方向受力，/>为轴向混合磁悬浮轴承下方向受力；

假设轴向混合磁悬浮轴承的轴向平衡状态下间隙为，假设向上偏移量为/>，则上方向的间隙为/>，下方向的间隙为/>；

轴向混合磁悬浮轴承上方向受力和轴向混合磁悬浮轴承下右方向受力的计算公式为：

。