CN114876955B - 一种磁悬浮轴承、压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明属于轴承技术领域，公开了一种磁悬浮轴承、压缩机，磁悬浮轴承包括转子组件和定子组件，转子组件悬浮于定子组件内；定子组件包括多个分块铁芯和线圈，多个分块铁芯拼接为定子铁芯，沿着磁悬浮轴承的径向，分块铁芯的两端分别设置第一凹槽和第二凹槽，线圈围绕第一凹槽和第二凹槽缠绕，使得N极和S极沿磁悬浮轴承的轴向分布，相邻的分块铁芯之间设置有永磁体。本发明通过分块铁芯、线圈以及永磁体之间的配合，巧妙的使N极和S极沿磁悬浮轴承的轴向分布，这种方式使得永磁体在转子表面产生的磁极方向是固定的，即各个角度方向的磁极极性是相同的，因此，当转子旋转时，不会出现N、S极频繁的进行充放电的过程，故降低了涡流损耗。

Description

一种磁悬浮轴承、压缩机

技术领域

本发明涉及磁悬浮轴承技术领域，特别涉及一种磁悬浮轴承、压缩机。

背景技术

磁悬浮轴承是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子和定子之间没有机械接触，具有无磨损、高转速、高精度、长寿命等优点，因此得到了越来越广泛的应用。

传统的磁悬浮轴承中，定子内壁处沿其周向布设多跟绕制有线圈的衔铁结构，从而依靠多组环绕转子设置的N、S极沿转子径向布置的结构方式，实现对于转子的电磁吸附悬浮作用，该结构固然具备了转子最基本的磁悬浮功能，但每当转子旋转时，转子的各区域必然会多次频繁的经过对应的N极和S极，其上相应的感应区域也就会对应的加以磁极转化，也即不断进行充放电操作，才能保证各对N、S极对于转子的吸附作用；不断的转动导致N、S极频繁的进行充放电，不可避免使其产生涡流损耗并引发电发热效应，最终导致转子产生过热现象，轻则影响其使用的效果，重则产生设备的过热损坏现象。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种磁悬浮轴承、压缩机，通过使N极和S极沿磁悬浮轴承的轴向分布，解决了因转子的转动而引发的N、S极频繁的进行充放电的问题，进而减小了涡流损耗。

为了解决上述问题，根据本申请的一个方面，本发明的实施例提供了一种磁悬浮轴承，其特征在于，磁悬浮轴承包括转子组件和定子组件，转子组件悬浮于定子组件内；

定子组件包括多个分块铁芯和线圈，多个分块铁芯拼接为定子铁芯，沿着磁悬浮轴承的径向，分块铁芯的第一端设置第一凹槽，第二端设置第二凹槽，线圈围绕第一凹槽和第二凹槽缠绕，使得分块铁芯对应的N极和S极沿磁悬浮轴承的轴向分布，相邻的分块铁芯之间设置有永磁体。

在一些实施例中，定子组件还包括环形骨架，分块铁芯的第一凹槽均卡接在环形骨架上；其中，相较于第二凹槽，第一凹槽靠近磁悬浮轴承径向截面的中心。

在一些实施例中，永磁体靠近中心的一端开设凹槽，凹槽卡接在环形骨架上，使得分块铁芯和永磁体间隔围绕环形骨架设置。

在一些实施例中，磁悬浮轴承还包括位移采集单元，位移采集单元紧贴环形骨架的内侧设置。

在一些实施例中，磁悬浮轴承还包括固定单元，固定单元位于转子组件、定子组件以及永磁体的间隙中。

在一些实施例中，固定单元包括灌封胶，灌封胶形成的固定单元的外径小于定子组件的外径，使得定子组件、固定单元以及壳体之间形成用于冷却的流道；其中，壳体为用于容纳磁悬浮轴承的壳体。

在一些实施例中，定子组件还包括第一定子挡环和第二定子挡环，第一定子挡环的其中一个侧面上设置有第一台阶，第二定子挡环的其中一个侧面上设置有第二台阶，定子铁芯的一个侧面卡接在第一台阶内，定子铁芯的另外一个侧面卡接在第二台阶内。

在一些实施例中，磁悬浮轴承还包括PCB板，PCB板卡接在定子铁芯和第一定子挡环、或者卡接在定子铁芯和第二定子挡环之间；位移采集单元和线圈的连接线均接在PCB板上。

在一些实施例中，磁悬浮轴承还包括控制器，控制器与PCB板连接。

在一些实施例中，转子组件包括芯轴、转子衬套、转子铁芯、第一转子挡环以及第二转子挡环，芯轴、转子衬套以及转子铁芯从内至外依次设置，第一转子挡环位于转子铁芯的一端，第二转子挡环位于转子铁芯的另一端。

在一些实施例中，分块铁芯有4n个，其中，n为自然数。

在一些实施例中，位移采集单元为位移传感器。

根据本申请的另一个方面，本发明的实施例还提供了一种压缩机，压缩机包括上述的磁悬浮轴承。

与现有技术相比，本发明的磁悬浮轴承至少具有下列有益效果：

本发明通过分块铁芯、线圈以及永磁体之间的配合，巧妙的使N极和S极沿磁悬浮轴承的轴向分布，摒弃了传统的径向设置方式；这种方式使得永磁体在转子表面产生的磁极方向是固定的，即各个角度方向的磁极极性是相同的，因此，当转子旋转时，不会出现N、S极频繁的进行充放电的过程，故降低了涡流损耗，进而避免了电发热效应。

并且，本发明中定子铁芯通过多块分块铁芯拼接而成，每个分块铁芯上都设置有第一凹槽和第二凹槽，线圈围绕第一凹槽和第二凹槽缠绕，这种方式也避免了传统磁悬浮轴承下线、嵌线等工艺复杂的问题。

另一方面，本发明提供的压缩机是基于上述磁悬浮轴承而设计的，其有益效果参见上述磁悬浮轴承的有益效果，在此，不一一赘述。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的实施例提供的一种磁悬浮轴承的爆炸图；

图2是本发明的实施例提供的一种磁悬浮轴承的剖视图；

图3是本发明的实施例提供的一种磁悬浮轴承的另一剖视图；

图4是本发明的实施例提供的一种磁悬浮轴承的工作原理框图。

其中：

1、转子组件；2、定子组件；3、永磁体；4、位移采集单元；5、固定单元；6、PCB板；7、控制器；8、功率放大器；11、芯轴；12、转子衬套；13、转子铁芯；14、第一转子挡环；15、第二转子挡环；21、分块铁芯；22、线圈；23、环形骨架；24、第一定子挡环；25、第二定子挡环；211、第一凹槽；212、第二凹槽。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

在本发明的描述中，需要明确的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序；术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供一种磁悬浮轴承，如图1所示，磁悬浮轴承包括转子组件1和定子组件2，转子组件1悬浮于定子组件2内；定子组件2包括多个分块铁芯21和线圈22，多个分块铁芯21拼接为定子铁芯，沿着磁悬浮轴承的径向，分块铁芯21的第一端设置第一凹槽211，第二端设置第二凹槽212，线圈22围绕第一凹槽211和第二凹槽212缠绕，使得分块铁芯21对应的N极和S极沿磁悬浮轴承的轴向分布，相邻的分块铁芯21之间设置有永磁体3。

本实施例通过分块铁芯21、线圈22以及永磁体3之间的配合，巧妙的使N极和S极沿磁悬浮轴承的轴向分布，摒弃了传统的径向设置方式；这种方式使得永磁体3在转子组件1的表面产生的磁极方向是固定的，即各个角度方向的磁极极性是相同的，因此，当转子组件1旋转时，不会出现N、S极频繁的进行充放电的过程，故降低了涡流损耗，进而避免了电发热效应。并且，本实施例中定子铁芯通过多块分块铁芯21拼接而成，每个分块铁芯21上都设置有第一凹槽211和第二凹槽212，线圈22围绕第一凹槽211和第二凹槽212缠绕，这种方式也避免了传统磁悬浮轴承下线、嵌线等工艺复杂的问题。

具体地，每个分块铁芯21都具有两个极柱，且这两个极柱沿磁悬浮轴承的轴向布置；分块铁芯21采用导磁性较好的材料，可以为硅钢片叠压而成，也可以为电工纯铁。

本实施例提供的磁悬浮轴承的原理为：由于分块铁芯21、线圈22和永磁体3的存在，依靠其磁力作用，实现了对于转子组件1的磁悬浮效果；另外，由于N极和S极沿磁悬浮轴承的轴向分布，在转子组件1转动一圈时，其上各区域在周向动作时都只会存在单个极性的变化过程；为了更好的进行说明，假设转子组件1的某个区域处于N极磁化范围，则该区域周向转动时，由于N极的影响范围覆盖了定子组件2的周向方向，此时转子组件1在该区域也就始终处于单极性的磁化状态，也就避免了传统N极和S极径向设置所导致的转子频繁被动磁化现象。

在具体实施例中：定子组件2还包括环形骨架23，分块铁芯21的第一凹槽211卡接在环形骨架23上；其中，相较于第二凹槽212，第一凹槽211靠近磁悬浮轴承径向截面的中心。

具体地，沿着磁悬浮轴承的径向，分块铁芯21的截面为扇环，扇环由两条半径、第一弧线和第二弧线构成，第一弧线更靠近定子铁芯的中心，第一凹槽211开设在第一弧线对应的边上，第二凹槽212开设在第二弧线对应的边上。在具体实施中，第一凹槽211卡接在环形骨架23上，也就是说，沿着环形骨架23的圆周，布设有多个分块铁芯21，在环形骨架23的作用下，多个分块铁芯21拼接为一个圆形，但相邻的分块铁芯21之间留有间隙。

这样，通过上述方式，多个分块铁芯21通过环形骨架23拼接为一体，借助环形骨架23完成径向和周向的固定。

在具体实施例中：永磁体3靠近中心的一端开设凹槽，凹槽卡接在环形骨架23上，使得分块铁芯21和永磁体3间隔围绕环形骨架23设置。

具体地，永磁体3为板状结构，其沿着磁悬浮轴承的径向布设，位于相邻的两个分块铁芯21之间，凹槽设置在永磁体3靠近磁悬浮轴承径向截面中心的一端，永磁体3通过该凹槽卡接在环形骨架23上；这样，围绕着环形骨架23的周向，间隔设置着多个分块铁芯21和永磁体3。

在具体实施例中：磁悬浮轴承还包括位移采集单元4，位移采集单元4紧贴环形骨架23的内侧设置。

具体地，位移采集单元4为位移传感器，采集转子组件1的实时位移信号。位移传感器作为磁悬浮轴承的检测部分，是磁悬浮轴承的重要组成部分之一，其性能对转子工作位置的控制精度有很大的影响；本实施例中的位移床干起为电涡流传感器、电感式传感器、电容传感器、光电传感器或者激光传感器。

本实施例中位移采集单元4紧贴环形骨架23的内侧设置，并且位移采集单元4位移磁极极柱之间，也就是位移采集单元4位于N极和S极之间，这样就使得整个结构具有集成化程度高的特点，可以减小磁悬浮轴承的整个体积。

在具体实施例中：磁悬浮轴承还包括固定单元5，固定单元5位于转子组件1、定子组件2以及永磁体3的间隙中，用于增加配合强度。

在其中一个实施例中：固定单元5包括灌封胶，灌封胶形成的固定单元5的外径小于定子组件2的外径，使得定子组件2、固定单元5以及壳体之间形成用于冷却的流道；其中，壳体为用于容纳磁悬浮轴承的壳体。

具体地，灌封就是将液态聚氨酯复合物用机械或者手工方式灌入专有电子元件、线路等零部件的器件内，在常温或者加热条件下固化成为性能优异的热固性高分子绝缘材料。这个过程中所用的液态聚氨酯复合物就是灌封胶；本实施例通过灌封胶填充各个零部件之间的间隙，使得各个零部件结合更加紧密，提高对外来冲击、震动的抵抗力；提高内部元件、线路间绝缘，有利于器件的小型化。

分块铁芯21的第一凹槽211卡接在环形骨架23上后，间隙处填充灌封胶；永磁体3的凹槽卡接在环形骨架23上后，间隙处填充灌封胶；一个永磁体3卡接在相邻的两个分块铁芯21之间，永磁体3和分块铁芯21的接触面上也可以填充灌封胶；总之，只有涉及两个元件的连接或者接触，在接触面上均通过灌封胶予以加强固定。

在具体实施例中：定子组件2还包括第一定子挡环24和第二定子挡环25，第一定子挡环24的其中一个侧面上设置有第一台阶，第二定子挡环25的其中一个侧面上设置有第二台阶，定子铁芯的一个侧面卡接在第一台阶内，定子铁芯的另外一个侧面卡接在第二台阶内。

具体地，第一定子挡环24的外圈沿着磁悬浮轴承轴向向中心处延伸，使得第一定子挡环24靠近磁悬浮轴承轴向中心的侧面的外圈形成一圈凸起，定子铁芯的一个侧面卡接在该凸起内；第二定子挡环25的外圈沿着磁悬浮轴承轴向向中心处延伸，使得第二定子挡环25靠近磁悬浮轴承轴向中心的侧面的外圈形成一圈凸起，定子铁芯的另外一个侧面卡接在该凸起内；如此，定子铁芯卡接在两侧的凸起之间，实现了固定。

另外，定子铁芯的一个侧面与第一台阶，以及定子铁芯的另外一个侧面与第二台阶之间的间隙处、接触面上均设置有灌封胶。

灌封胶位于各个接触面上之后成型，此处需要强调的是：成型后的灌封胶即为固定单元5，固定单元5的外径一定要小于定子组件2的外径，这样，固定单元5不能完全覆盖定子组件2，配合壳体之后，壳体紧贴固定单元5，而由于固定单元5是位于定子组件2外圈但并未完全覆盖定子组件2的，因此壳体和没有被固定单元5覆盖的定子组件2之间形成一个流道，该流道中可以填充冷却气体或者冷却液体，用于对磁悬浮轴承进行降温。

在具体实施例中：

磁悬浮轴承还包括PCB板6，PCB板6卡接在定子铁芯和第一定子挡环24、或者卡接在定子铁芯和第二定子挡环25之间；位移采集单元4和线圈22的连接线均接在PCB板6上；磁悬浮轴承还包括控制器7，控制器7与PCB板6连接。

位移传感器与线圈22的线均接在PCB板6上，经由PCB板6连接到磁悬浮轴承的控制器7中。

如图4所示，磁悬浮轴承的工作原理为：位移传感器采集磁悬浮转子的实时位移信号，与设定在控制器7中的参考位置信号做和差运算，经由控制器7决定每一个磁极的电流或电压大小，经功率放大器8放大，将电流或电压施加在线圈22上，控制磁悬浮转子在设定的参考位置上下波动。

在具体实施例中：如图1所示，转子组件1包括芯轴11、转子衬套12、转子铁芯13、第一转子挡环14以及第二转子挡环15，芯轴11、转子衬套12以及转子铁芯13从内至外依次设置，第一转子挡环14位于转子铁芯13的一端，第二转子挡环15位于转子铁芯13的另一端。

具体地，转子衬套12套设在芯轴11上，用于固定芯轴11，防止芯轴11磨损过大，转子铁芯13套设在转子衬套12上，且转子铁芯13沿轴向的长度小于转子衬套12，转子衬套12长出来的部分上设置第一转子挡环14和第二转子挡环15，第一转子挡环14和第二转子挡环15用于避免转子铁芯13轴向移动。

另外，在转子组件1的结构中，芯轴11与转子衬套12、转子衬套12与转子铁芯13、转子铁芯13与第一转子挡环14、转子铁芯13与第二转子挡环15的接触处均可以设置灌封胶。另外，转子铁芯13采用导磁性较好且铁损系数较小的材料，优选采用硅钢片叠压而成。

在具体实施例中：分块铁芯21有4n个，其中，n为自然数。

具体地，如图2所示，本实施例中分块铁芯21设置有4个，对应的永磁体3也设置有4个。

本实施例提供的磁悬浮轴承中：线圈22缠绕在定子铁芯的磁轭部，产生控制磁通，经由定子铁芯、第一转子挡环14、第二转子挡环15、气隙形成闭合磁路，即励磁磁路，如图3中箭头所示；永磁体3固定在环形骨架23上，产生永磁偏置磁通，经由气隙、第一转子挡环14、第二转子挡环15、转子铁芯13、定子铁芯形成闭合回路，即永磁磁路，如图2中箭头所示。永磁磁路和励磁磁路在转子表面产生的磁极方向均为固定的，不会因为转子组件1的转动而进行交替性的变化，因此，本实施例提供的磁悬浮轴承可以降低涡流损耗。

另外，本实施例提供的磁悬浮轴承中，定子铁芯通过多个分块铁芯拼接而成，漆包线线缠绕在磁轭部，可以解决传统磁轴承下线、嵌线等工艺复杂问题；位移传感器与径向磁悬浮轴承布置于磁极极柱之间，集成化处理，减小磁悬浮轴承的体积；增加了灌封胶，提高了零部件的配合强度，且灌封胶与壳体之间形成冷却流道，加强散热，适用于无冷媒的压缩机。

实施例2

本实施例提供一种压缩机，压缩机包括实施例1的磁悬浮轴承。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利技术特征可以自由地组合、叠加。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (13)

1.一种磁悬浮轴承，其特征在于，所述磁悬浮轴承包括转子组件(1)和定子组件(2)，所述转子组件(1)悬浮于所述定子组件(2)内；

所述定子组件(2)包括多个分块铁芯(21)和线圈(22)，多个所述分块铁芯(21)拼接为定子铁芯，沿着所述磁悬浮轴承的径向，所述分块铁芯(21)的第一端设置第一凹槽(211)，第二端设置第二凹槽(212)，所述线圈(22)围绕所述第一凹槽(211)和第二凹槽(212)缠绕，使得所述分块铁芯(21)对应的N极和S极沿所述磁悬浮轴承的轴向分布，相邻的所述分块铁芯(21)之间设置有永磁体(3)。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述定子组件(2)还包括环形骨架(23)，所述分块铁芯(21)的第一凹槽(211)卡接在所述环形骨架(23)上；其中，相较于所述第二凹槽(212)，所述第一凹槽(211)靠近所述磁悬浮轴承径向截面的中心。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述永磁体(3)靠近所述中心的一端开设凹槽，所述凹槽卡接在所述环形骨架(23)上，使得所述分块铁芯(21)和所述永磁体(3)间隔围绕环形骨架(23)设置。

4.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述磁悬浮轴承还包括位移采集单元(4)，所述位移采集单元(4)紧贴所述环形骨架(23)的内侧设置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述磁悬浮轴承还包括固定单元(5)，所述固定单元(5)位于所述转子组件(1)、所述定子组件(2)以及所述永磁体(3)的间隙中，用于增加配合强度。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述固定单元(5)包括灌封胶，所述灌封胶形成的固定单元(5)的外径小于所述定子组件(2)的外径，使得所述定子组件(2)、所述固定单元(5)以及壳体之间形成用于冷却的流道；其中，所述壳体为用于容纳所述磁悬浮轴承的壳体。

7.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述定子组件(2)还包括第一定子挡环(24)和第二定子挡环(25)，所述第一定子挡环(24)的其中一个侧面上设置有第一台阶，所述第二定子挡环(25)的其中一个侧面上设置有第二台阶，所述定子铁芯的一个侧面卡接在所述第一台阶内，所述定子铁芯的另外一个侧面卡接在所述第二台阶内。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述磁悬浮轴承还包括PCB板(6)，所述PCB板(6)卡接在所述定子铁芯和第一定子挡环(24)、或者卡接在所述定子铁芯和第二定子挡环(25)之间；所述位移采集单元(4)和所述线圈(22)的连接线均接在所述PCB板(6)上。

9.根据权利要求8所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述磁悬浮轴承还包括控制器(7)，所述控制器(7)与所述PCB板(6)连接。

10.根据权利要求1-4任一项所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述转子组件(1)包括芯轴(11)、转子衬套(12)、转子铁芯(13)、第一转子挡环(14)以及第二转子挡环(15)，所述芯轴(11)、转子衬套(12)以及转子铁芯(13)从内至外依次设置，所述第一转子挡环(14)位于所述转子铁芯(13)的一端，所述第二转子挡环(15)位于所述转子铁芯(13)的另一端。

11.根据权利要求1-4任一项所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述分块铁芯(21)有4n个，其中，n为自然数。

12.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述位移采集单元(4)为位移传感器。

13.一种压缩机，其特征在于，所述压缩机包括权利要求1-12任一项所述的磁悬浮轴承。

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