CN115013435A - 一种磁悬浮轴承、压缩机 - Google Patents

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CN115013435A CN202210582906.3A CN202210582906A CN115013435A CN 115013435 A CN115013435 A CN 115013435A CN 202210582906 A CN202210582906 A CN 202210582906A CN 115013435 A CN115013435 A CN 115013435A
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陈艳霞
张立泽
吴瑞
董如昊
刘湛钦
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Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
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Abstract

本发明提供一种磁悬浮轴承、压缩机，其中一种磁悬浮轴承，包括：外铁芯，所述外铁芯内套设有第一铁芯，所述第一铁芯与所述外铁芯之间设置有永磁体，所述第一铁芯内套设有轴承转子，所述第一铁芯的轴向仅一侧设置有第一线圈，所述第一线圈通电能产生磁场，所述第一线圈与所述永磁体配合能对所述轴承转子产生轴向的磁力、以使所述轴承转子轴向悬浮，所述第一铁芯上缠绕有第二线圈，所述第二线圈通电能产生磁场，所述第二线圈与所述永磁体配合能对所述轴承转子产生径向的磁力、以使所述轴承转子径向悬浮。能够克服现有技术中需要两个轴向线圈，成本高，且，轴向线圈占空间大的缺陷。

Description

一种磁悬浮轴承、压缩机
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴承、压缩机。
背景技术
磁悬浮轴承利用对转子的电磁力将转轴悬浮起来，转轴与定子保持非接触的状态，因此具有无磨损、高转速、高精度、长寿命等优点。但是与传统磁悬浮轴承相比，三自由度磁悬浮轴承将径向轴承、轴向轴承集合在一起，利用永磁体产生偏置磁场，同时实现对转轴径向和轴向三个自由度上的移动，能够有效减小轴承体积、质量以及转子长度，提高转子临界转速。
现有的三自由度磁悬浮轴承，都采用轴承两侧采用对称结构分布两个轴向线圈，轴向线圈占用空间较大，两个轴向线圈均插接在铁芯上，轴向线圈的稳定性差，且，设计两个轴向线圈的成本较高。
发明内容
因此，本发明提供一种磁悬浮轴承、压缩机，能够克服现有技术中需要两个轴向线圈，成本高，且，轴向线圈占空间大的缺陷。
为了解决上述问题，本发明提供一种磁悬浮轴承，包括：外铁芯，所述外铁芯内套设有第一铁芯，所述第一铁芯与所述外铁芯之间设置有永磁体，所述第一铁芯内套设有轴承转子，所述第一铁芯的轴向仅一侧设置有第一线圈，所述第一线圈通电能产生磁场，所述第一线圈与所述永磁体配合能对所述轴承转子产生轴向的磁力、以使所述轴承转子轴向悬浮，所述第一铁芯上缠绕有第二线圈，所述第二线圈通电能产生磁场，所述第二线圈与所述永磁体配合能对所述轴承转子产生径向的磁力、以使所述轴承转子径向悬浮。
在一些实施方式中，还包括骨架，所述骨架通过第一锁紧件固定在所述第一铁芯上，所述第一线圈缠绕在所述骨架上。
在一些实施方式中，所述骨架的一侧通过所述第一锁紧件固定在所述第一铁芯上。
在一些实施方式中，还包括安装环，所述安装环套设在所述外铁芯内，所述安装环内套设有第四铁芯，所述第一铁芯套设在所述第四铁芯内，所述第四铁芯与所述外铁芯之间设置有间隙，所述永磁体设置在所述间隙内。
在一些实施方式中，所述安装环位于所述第一铁芯的轴向另一侧，所述第一线圈位于所述第四铁芯与所述外铁芯的轴向内侧之间。
在一些实施方式中，所述永磁体采用分块式永磁体，沿所述外铁芯的周向，所述永磁体均匀分布在所述第一铁芯与所述外铁芯之间。
在一些实施方式中，所述第一铁芯与所述外铁芯之间设置有固定架，所述固定架能限制所述永磁体的位移。
在一些实施方式中，所述第一铁芯径向外侧的壁面为第一壁面，所述第一铁芯径向内侧的壁面为第二壁面，所述第一线圈位于所述第一铁芯上靠近所述第一壁面处，所述第二线圈位于所述第一铁芯上靠近所述第二壁面处。
在一些实施方式中，所述第一铁芯呈环状，所述第一铁芯上至少具有4个径向磁极，所述第二线圈缠绕在所述径向磁极上，4个所述第二线圈均匀分布在所述第一铁芯上，每两个所述第二线圈分为一组，每组的两个所述第二线圈相对设置，且，每组的两个所述第二线圈相串联。
在一些实施方式中，所述外铁芯包括第二铁芯和第三铁芯，所述第二铁芯和所述第三铁芯均呈环状，所述第二铁芯和所述第三铁芯的纵截面均呈C形，所述第二铁芯的位于径向外侧的自由端形成为第一面，所述第三铁芯的位于径向外侧的自由端形成为第二面，所述第一面与所述第二面相对并相接。
在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承能与电机的第一转子相配合，其特征在于：所述轴承转子包括第一挡件、第五铁芯和第二挡件，所述第一挡件、第五铁芯和第二挡件均套设在所述第一转子上，且，所述第五铁芯位于所述第一挡件与第二挡件之间，所述第一挡件与第二挡件配合能对所述第五铁芯进行限位。
在一些实施方式中，还包括防护件，所述防护件套设在所述转子上，所述第一挡件、第五铁芯和第二挡件均套设在所述防护件上。
在一些实施方式中，所述第一挡件与所述第五铁芯之间、所述第二挡件与所述第五铁芯之间均设置有隔磁件。
本发明还提供一种压缩机，包括上述的磁悬浮轴承。
本发明提供的一种磁悬浮轴承、压缩机，通过第一铁芯的轴向仅一侧设置第一线圈、以提供的轴向磁路，减少线圈制作工艺，工艺简单，节省了外铁芯的内部空间，安装方便，装配稳定，降低磁悬浮轴承的加工成本。
附图说明
图1为本发明实施例的磁悬浮轴承的剖视图；
图2为本发明实施例的磁悬浮轴承的主视图；
图3为本发明实施例的磁悬浮轴承中固定架的结构示意图；
图4为本发明实施例的磁悬浮轴承中轴承转子的第一种结构示意图；
图5为本发明实施例的磁悬浮轴承中轴承转子的第二种结构示意图；
图6为本发明实施例的磁悬浮轴承中轴承转子的第三种结构示意图；
图7为本发明实施例的磁悬浮轴承中轴承转子的第四种结构示意图；
图8为本发明实施例的磁悬浮轴承中轴承转子的第五种结构示意图；
图9为本发明实施例的磁悬浮轴承中轴承转子的第六种结构示意图；
图10为本发明实施例的磁悬浮轴承中轴承转子的第七种结构示意图。
附图标记表示为：
1、第三铁芯；2、第一线圈；3、固定架；4、永磁体；5、安装环；6、第二铁芯；7、第二线圈；8、第一锁紧件；9、第四铁芯；10、骨架；11、第一铁芯；12、第一转子；13、轴向磁路；14、永磁偏置磁路；15、第一径向磁路；16、第二径向磁路；17、第一挡件；18、第五铁芯；19、第二挡件；20、防护件；21、隔磁件；22、第二锁紧件，23、轴承转子。
具体实施方式
结合参见图1至图10所示，根据本发明的实施例，提供一种磁悬浮轴承，包括：外铁芯，所述外铁芯内套设有第一铁芯11，所述第一铁芯11与所述外铁芯之间设置有永磁体4，所述第一铁芯11内套设有轴承转子23，所述第一铁芯11的轴向仅一侧设置有第一线圈2，所述第一线圈2通电能产生磁场，所述第一线圈2与所述永磁体4配合能对所述轴承转子23产生轴向的磁力、以使所述轴承转子23轴向悬浮，所述第一铁芯11上缠绕有第二线圈7，所述第二线圈7通电能产生磁场，所述第二线圈7与所述永磁体4配合能对所述轴承转子23产生径向的磁力、以使所述轴承转子23径向悬浮。该技术方案中，第一铁芯11优选硅钢片，将现有技术中的两侧轴向线圈换成单侧轴向线圈，增加了线圈匝数，使得所述第一线圈2与所述永磁体4配合能对所述轴承转子23产生轴向的磁力、以使所述轴承转子23轴向悬浮，保证了外铁芯内的空间，结构更加简单，实现方式也更容易，使得轴承的整体结构更加紧凑，能够在轴向和径向上可大幅缩减轴承尺寸，降低生产成本。轴向第一线圈2产生的轴向磁路13，用来控制轴承转子轴向移动，第一线圈2通入正电流，轴向磁路13通过第三铁芯1、第二铁芯6、轴承转子23闭合，永磁体4产生的永磁偏置磁路14分为左端和右端两路，左端磁路通过第四铁芯9、第一铁芯11、第五铁芯18、第一挡件17、第三铁芯1、永磁体4闭合，轴承转子23左端磁路方向一致，磁场叠加，左端出力增大；右端磁路通过第四铁芯9、第一铁芯11、第五铁芯18、第二挡件19、第二铁芯6、永磁体4闭合，轴承转子23右端磁路方向相反，磁场削弱，右端出力减小，轴承转子23受到向左的力大，导致第一转子12向左移动，反之，第一线圈2通入负电流，轴承转子23右端磁场增强，轴承转子23受到向右的力大，导致第一转子12向右移动，从而通过控制电流的的大小和正负来控制第一转子12轴向方向的移动。第二线圈7产生径向第一径向磁路15，线圈通入正电流，第一径向磁路15闭合，参见图2所示，右上路顺时针闭合，左下路逆时针闭合，永磁体4产生的偏置磁路方向指向圆心，左上磁极磁场削弱，右下磁极磁场增强，轴承转子23受到向右下方的力大；第二线圈7产生第二径向磁路16，线圈通入正电流，第二径向磁路16闭合，受永磁体4磁场影响，右上磁极磁场削弱，左下磁极磁场增强，轴承转子23受到向左下方的力大，反之亦然，通过调节径向电流的的大小和正负来控制轴承转子23径向方向的移动，上述磁路虽存在耦合现象，但是控制转轴径向方向移动方位广，控制方法简单。
在一个具体的实施例中，所述第一铁芯11径向外侧的壁面为第一壁面，所述第一铁芯11径向内侧的壁面为第二壁面，所述第一线圈2位于所述第一铁芯11上靠近所述第一壁面处，所述第二线圈7位于所述第一铁芯11上靠近所述第二壁面处。
该技术方案中，第一线圈2位于所述第一铁芯11上靠近所述第一壁面处，第二线圈7位于所述第一铁芯11上靠近所述第二壁面处，能够形成更加均衡的磁路，有效地提高磁悬轴承的磁路稳定性，提高磁悬浮轴承的工作性能。
在一个具体的实施例中，还包括骨架10，所述骨架10通过第一锁紧件8固定在所述第一铁芯11上，所述第一线圈2缠绕在所述骨架10上。具体的。所述骨架10呈U形，所述骨架10的开口朝向所述外铁芯，所述骨架10的一侧通过所述第一锁紧件8固定在所述第一铁芯11上。
该技术方案中，第一锁紧件8优选螺钉，骨架10采用锁紧螺钉装配在第一铁芯11上，装配稳固，通过骨架10缠绕第一线圈2，可以提供控制磁场，控制轴承转子23的轴向移动，所述骨架10的开口朝向所述外铁芯，为方便线圈绕线，所述骨架10的开口朝向所述外铁芯，并且便于骨架10的装配。
在一个具体的实施例中，还包括安装环5，所述安装环5套设在所述外铁芯内，所述安装环5内套设有第四铁芯9，所述第一铁芯11套设在所述第四铁芯9内，所述第四铁芯9与所述外铁芯之间设置有间隙，所述永磁体4设置在所述间隙内。具体的，所述安装环5位于所述第一铁芯11的轴向另一侧，所述第一线圈2位于所述第四铁芯9与所述外铁芯的轴向内侧之间。
该技术方案中，采用第四铁芯9便于安装第一铁芯11。。通过安装环5，降低了第一铁芯11和第四铁芯9装配难度，安装环5位于所述第一铁芯11的轴向另一侧，避免安装环5与骨架10位置紧凑，影响骨架10安装。安装环5的目的为：方便过盈装配第一铁芯11，便于第四铁芯9与外铁芯留出间隙装配永磁体4。第一线圈2绕制在轴向骨架10上，并将轴向骨架10通过第一锁紧件8锁紧在第一铁芯11上，达到固定第一线圈2的作用，防止轴向线圈松脱。
在第二铁芯6上对准槽口装入分块永磁体4，N极朝向圆心，使得偏置磁路指向圆心，之后使用永磁体固定架3固定永磁体，使其不易松脱，也可S极朝向圆心，偏置磁路由圆心指向圆周，但需注意径轴向转轴移动方向则与上述简述方向相反。此三自由度磁轴承结构将径向轴承与轴向轴承集合在一起，有效地减小轴承体积，缩短转子长度，提高转子临界转速，节约成本，提高压缩机性能。
在一个具体的实施例中，所述永磁体4采用分块式永磁体，沿所述外铁芯的周向，所述永磁体4均匀分布在所述第一铁芯11与所述外铁芯之间。具体的，参见图3所示，所述第一铁芯11与所述外铁芯之间设置有固定架3，所述固定架3能限制所述永磁体4的位移。
该技术方案中，永磁体4N极朝向圆心，使得偏置磁路指向圆心，分块永磁体加工方便，充磁简单，安装便捷，且为径向和轴向同时提供偏置磁路,减少永磁体数量，降低成本，通过固定架3，防止永磁体4松脱。
在一个具体的实施例中，所述第一铁芯11呈环状，所述第一铁芯11上至少具有4个径向磁极，所述第二线圈7缠绕在所述径向磁极上，4个所述第二线圈7均匀分布在所述第一铁芯11上，每两个所述第二线圈7分为一组，每组的两个所述第二线圈7相对设置，且，每组的两个所述第二线圈7相串联。该技术方案中，第一铁芯11采用4个磁极，上面对应绕制4个线圈，提供径向磁场保证了径向磁力，实现了对轴承转子23径向方向的移动控制。
在一个具体的实施例中，优选的，参见图2所示，左上线圈与右下线圈相串联，左下线圈与右上线圈相串联，控制转轴径向方向的移动，所述外铁芯包括第二铁芯6和第三铁芯1，所述第二铁芯6和所述第三铁芯1均呈环状，所述第二铁芯6和所述第三铁芯1的纵截面均呈C形，所述第二铁芯6的位于径向外侧的自由端形成为第一面，所述第三铁芯1的位于径向外侧的自由端形成为第二面，所述第一面与所述第二面相对并相接。该技术方案中，所述外铁芯呈环形，所述轴承转子23位于外铁芯的C形开口之间，可以更加方便将部件设置在外铁芯2内，且更加有利于形成完整的磁路，磁性能更佳。
在一个具体的实施例中，参见图9所示，所述磁悬浮轴承能与电机的第一转子12相配合，所述轴承转子23包括第一挡件17、第五铁芯18和第二挡件19，所述第一挡件17、第五铁芯18和第二挡件19均套设在所述第一转子12上，且，所述第五铁芯18位于所述第一挡件17与第二挡件19之间，所述第一挡件17与第二挡件19配合能对所述第五铁芯18进行限位。该技术方案中，所述第一挡件17、第五铁芯18、第二挡件19均与所述第一转子12过盈配合。
在一个具体的实施例中，参见图4所示，还包括防护件20，所述防护件20套设在所述第一转子12上，所述第一挡件17、第五铁芯18和第二挡件19均套设在所述防护件20上。
该技术方案中，第五铁芯18优选硅钢片，第二铁芯6、第三铁芯1对齐防护件20，轴向控制磁路从第二铁芯6、防护件20到第三铁芯1，永磁偏置磁路为：从第五铁芯18、防护件20到第二铁芯6，和，从第五铁芯18、防护件20到第三铁芯1；
参见图5所示，第二铁芯6、第三铁芯1对齐第一挡件17、第二挡件19，轴向控制磁路从第二铁芯6、第二挡件19、第五铁芯18、第一挡件17到第三铁芯1，永磁偏置磁路为：从第五铁芯18、第二挡件19到第二铁芯6，和，从第五铁芯18、第一挡件17到第三铁芯1；
在一个具体的实施例中，参见图6所示，所述第一挡件17与所述第五铁芯18之间、所述第二挡件19与所述第五铁芯18之间均设置有隔磁件21。
该技术方案中，所述第一挡件17与所述第五铁芯18之间、所述第二挡件19与所述第五铁芯18之间均设置有隔磁件21，第二铁芯6、第三铁芯1对齐第一挡件17和第二挡件19，轴向控制磁路从第二铁芯6、第二挡件19、防护件20、第一挡件17到第三铁芯1，永磁偏置磁路为：从第五铁芯18、防护件20、第一挡件17到第三铁芯1，和，从第五铁芯18、防护件20、第二挡件19到第二铁芯6。
参见图7所示，由第一挡件17与第二挡件19呈L型，第一挡件17、第二挡件19和第五铁芯18构成轴承转子23，其全部采用过盈配合；
参见图8所示，由第一挡件17呈L型，第一挡件17、第二挡件19和第五铁芯18构成轴承转子23，其全部采用过盈配合；
参见图10所示，在轴承转子23基础上在第一转子12中间径向方向向中间设置第二锁紧件22，第二锁紧件22优选螺钉，在径向方向采用螺钉锁紧，保证轴承转子23安装稳固。
本发明还提供一种压缩机，包括上述的磁悬浮轴承。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种磁悬浮轴承，其特征在于：包括：外铁芯，所述外铁芯内套设有第一铁芯(11)，所述第一铁芯(11)与所述外铁芯之间设置有永磁体(4)，所述第一铁芯(11)内套设有轴承转子(23)，所述第一铁芯(11)的轴向仅一侧设置有第一线圈(2)，所述第一线圈(2)通电能产生磁场，所述第一线圈(2)与所述永磁体(4)配合能对所述轴承转子(23)产生轴向的磁力、以使所述轴承转子(23)轴向悬浮，所述第一铁芯(11)上缠绕有第二线圈(7)，所述第二线圈(7)通电能产生磁场，所述第二线圈(7)与所述永磁体(4)配合能对所述轴承转子(23)产生径向的磁力、以使所述轴承转子(23)径向悬浮。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述第一铁芯(11)径向外侧的壁面为第一壁面，所述第一铁芯(11)径向内侧的壁面为第二壁面，所述第一线圈(2)位于所述第一铁芯(11)上靠近所述第一壁面处，所述第二线圈(7)位于所述第一铁芯(11)上靠近所述第二壁面处。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：还包括骨架(10)，所述骨架(10)通过第一锁紧件(8)固定在所述第一铁芯(11)上，所述第一线圈(2)缠绕在所述骨架(10)上。
4.根据权利要求3所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述骨架(10)的一侧通过所述第一锁紧件(8)固定在所述第一铁芯(11)上。
5.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：还包括安装环(5)，所述安装环(5)套设在所述外铁芯内，所述安装环(5)内套设有第四铁芯(9)，所述第一铁芯(11)套设在所述第四铁芯(9)内，所述第四铁芯(9)与所述外铁芯之间设置有间隙，所述永磁体(4)设置在所述间隙内。
6.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述安装环(5)位于所述第一铁芯(11)的轴向另一侧，所述第一线圈(2)位于所述第四铁芯(9)与所述外铁芯的轴向内侧之间。
7.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述永磁体(4)采用分块式永磁体，沿所述外铁芯的周向，所述永磁体(4)均匀分布在所述第一铁芯(11)与所述外铁芯之间。
8.根据权利要求7所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述第一铁芯(11)与所述外铁芯之间设置有固定架(3)，所述固定架(3)能限制所述永磁体(4)的位移。
9.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述第一铁芯(11)呈环状，所述第一铁芯(11)上至少具有4个径向磁极，所述第二线圈(7)缠绕在所述径向磁极上，4个所述第二线圈(7)均匀分布在所述第一铁芯(11)上，每两个所述第二线圈(7)分为一组，每组的两个所述第二线圈(7)相对设置，且，每组的两个所述第二线圈(7)相串联。
10.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述外铁芯包括第二铁芯(6)和第三铁芯(1)，所述第二铁芯(6)和所述第三铁芯(1)均呈环状，所述第二铁芯(6)的位于径向外侧的自由端形成为第一面，所述第三铁芯(1)的位于径向外侧的自由端形成为第二面，所述第一面与所述第二面相对并相接。
11.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，所述磁悬浮轴承能与电机的第一转子(12)相配合，其特征在于：所述轴承转子(23)包括第一挡件(17)、第五铁芯(18)和第二挡件(19)，所述第一挡件(17)、第五铁芯(18)和第二挡件(19)均套设在所述第一转子(12)上，且，所述第五铁芯(18)位于所述第一挡件(17)与第二挡件(19)之间，所述第一挡件(17)与第二挡件(19)配合能对所述第五铁芯(18)进行限位。
12.根据权利要求11所述的磁悬浮轴承，其特征在于：还包括防护件(20)，所述防护件(20)套设在所述第一转子(12)上，所述第一挡件(17)、第五铁芯(18)和第二挡件(19)均套设在所述防护件(20)上。
13.根据权利要求11所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述第一挡件(17)与所述第五铁芯(18)之间、所述第二挡件(19)与所述第五铁芯(18)之间均设置有隔磁件(21)。
14.一种压缩机，其特征在于：包括1至13中任一项所述的磁悬浮轴承。
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