CN115492854A - 磁悬浮轴承装置、压缩机以及保护轴承间隙调节方法 - Google Patents

磁悬浮轴承装置、压缩机以及保护轴承间隙调节方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种磁悬浮轴承装置、压缩机以及保护轴承间隙调节方法。磁悬浮轴承装置包括：罩壳；所述罩壳中的转子；所述罩壳和转子之间的磁轴承组件；沿轴向安装至所述罩壳的端部处的保护轴承支架，保护轴承安装至所述保护轴承支架的径向内侧；以及所述保护轴承支架和所述罩壳的端部之间的垫圈；其中，所述垫圈由多个子垫圈部分组成，使得在所述保护轴承支架相对于所述罩壳的端部轴向移动以与所述垫圈分开而仍然由所述罩壳的端部支撑时，所述多个子垫圈部分能够沿径向取出和装入。根据本发明的实施例的装置和方法可容易地调整保护轴承的轴向位置。

Description

磁悬浮轴承装置、压缩机以及保护轴承间隙调节方法
技术领域
本发明涉及磁悬浮轴承领域，更具体地，本发明涉及一种磁悬浮轴承装置以及应用其的压缩机。
背景技术
基于电磁力的磁悬浮轴承机构广泛地应用于压缩机等机构。在此类轴承机构中，常配置有保护轴承，其目的在于防止磁轴承失效时发生撞击而导致磁轴承部分的损坏。因此，保护轴承一般而言在径向上和轴向上具有小于磁轴承的间隙，例如保护轴承间隙常设置为磁轴承间隙的一半。为了保证保护轴承两侧的间隙相等，常通过选用不同厚度的垫圈来限定保护轴承的轴向位置，然而在安装垫圈时常需要拆卸整个保护轴承支架，这将带来繁琐的拆卸和安装步骤。
发明内容
本发明的目的在于解决或至少缓解现有技术所存在的问题。
一方面，提供了一种磁悬浮轴承装置，其特征在于，包括：
罩壳；
所述罩壳中的转子；
所述罩壳和转子之间的磁轴承组件；
沿轴向安装至所述罩壳的端部处的保护轴承支架，保护轴承安装至所述保护轴承支架的径向内侧；以及
轴向地设置在所述保护轴承支架和所述罩壳的端部之间的垫圈；
其中，所述垫圈由多个子垫圈部分组成，使得在所述保护轴承支架相对于所述罩壳的端部轴向移动以与所述垫圈分开而仍然由所述罩壳的端部支撑时，所述多个子垫圈部分能够沿径向取出和装入。
可选地，在所述的磁悬浮轴承装置的实施例中，所述保护轴承支架与所述罩壳的端部的连接处包括轴向延伸部和径向延伸部，所述多个子垫圈部分设置在所述保护轴承支架的所述径向延伸部和所述罩壳的端部的端面之间，在所述保护轴承支架相对于所述罩壳的端部轴向移动以与所述垫圈分开而仍然由所述罩壳的端部支撑时，所述保护轴承支架的轴向延伸部与所述罩壳的端部保持接合，以支撑所述保护轴承支架。
可选地，在所述的磁悬浮轴承装置的实施例中，所述保护轴承支架的轴向延伸部与所述罩壳的端部的孔的径向内侧接合。
可选地，在所述的磁悬浮轴承装置的实施例中，所述保护轴承支架的径向延伸部，所述多个子垫圈部分以及所述罩壳的端部的端面具有位置对应的开孔，以便通过螺栓将所述保护轴承支架固定至所述罩壳的端部。
可选地，在所述的磁悬浮轴承装置的实施例中，所述罩壳的端部包括端盖，所述端盖具有中心孔，所述保护轴承支架的轴向延伸部插入所述端盖的中心孔并与所述中心孔的径向内侧接合并受支撑，所述多个子垫圈部分设置在所述保护轴承支架的径向延伸部和所述端盖的端面之间。
可选地，在所述的磁悬浮轴承装置的实施例中，所述保护轴承支架包括罩盖，所述罩盖的与所述罩壳的接合部包括轴向延伸区段和径向延伸区段，所述罩盖的轴向延伸区段插入所述罩壳的敞开的端部的径向内侧，所述多个子垫圈部分设置在所述罩盖的径向延伸区段和所述罩壳的端面之间。
可选地，在所述的磁悬浮轴承装置的实施例中，所述磁轴承组件：
径向磁轴承组件，所述径向磁轴承组件包括：套设在所述转子外侧的径向磁轴承转子叠片和设置在所述罩壳内侧对应位置上的径向磁轴承定子部分；以及
轴向磁轴承组件，所述轴向磁轴承组件包括：套设在所述转子外圈的推力盘和设置在所述罩壳内圈在轴向上位于所述推力盘两侧的轴向磁轴承定子部分。
可选地，在所述的磁悬浮轴承装置的实施例中，所述多个子垫圈部分包括两个、三个或更多个沿圆周延伸的弧形垫圈部分，每个弧形垫圈部分所对应的圆心角相同。
可选地，在所述的磁悬浮轴承装置的实施例中，还包括设置在所述转子上的保护轴承轴套，所述保护轴承轴套包括：在所述保护轴承支架安装前附接在所述转子上的第一轴套部分和在所述保护轴承支架安装后附接在所述转子上的第二轴套部分，所述第一轴套部分限定在轴向上位于所述保护轴承第一侧的第一挡壁，第二轴套部分包括轴向上位于所述保护轴承第二侧的第二挡壁和轴向延伸区段。
另一方面，提供了一种压缩机，所述压缩机包括根据各个实施例所述的磁悬浮轴承装置。
另一方面，提供了一种保护轴承间隙调节方法，所述调节方法用于根据各个实施例所述的磁悬浮轴承装置，所述方法包括：在所述保护轴承支架相对于所述罩壳的端部轴向移动以与所述垫圈分开而仍然由所述罩壳的端部支撑时，沿径向向外取出多个子垫圈部分，并更换不同厚度的多个子垫圈部分，以调整保护轴承间隙。
根据本发明的实施例的装置和方法可容易地调整保护轴承的轴向位置。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：
图1和图2示出了一种磁悬浮轴承装置的组装和分解状态的纵截面图；
图3和图4示出了根据本发明的一个实施例的磁悬浮轴承装置的组装和分解状态的纵截面图；
图5示出了图3和图4中的部分部件的立体图；以及
图6和图7示出了根据本发明的另一个实施例的磁悬浮轴承装置的组装和分解状态的纵截面图。
具体实施方式
图1示出了一种磁悬浮轴承装置的一端处的纵截面视图。磁悬浮轴承装置包括罩壳1，罩壳1由径向轴承外壳11、轴向轴承外壳12和总外壳10组成。转子2设置在罩壳1中，并且转子2在旋转时由罩壳1和转子2之间的磁轴承组件支撑。更具体地，磁轴承组件可包括：径向磁轴承组件和轴向磁轴承组件。径向磁轴承组件包括：套设在转子2外侧的径向磁轴承转子叠片22和设置在罩壳1的径向轴承外壳11内侧与转子叠片22对应位置上的径向磁轴承定子部分4。例如，径向磁轴承转子叠片22可包括叠片及压紧叠片的非导磁金属环，而径向磁轴承定子部分4可包括叠片41和缠绕在叠片41上的绕组45。在绕组45通电时，可产生磁场以对转子叠片22产生吸力，由此保持转子在径向上悬浮。轴向磁轴承组件则包括：套设在转子2外圈的推力盘21和设置在罩壳1的轴向轴承外壳12内圈在轴向上位于推力盘21两侧的轴向磁轴承定子部分3。推力盘21例如由导磁金属材料构成而轴向磁轴承定子部分3分别包括支架31，32和分别设置在支架31,32内的绕组35。在绕组35通电时，可产生磁场以对推力盘21产生吸力，由此保持推力盘21以及转子2在轴向上的位置。此外，磁轴承组件还包括监测径向轴承间隙r2的第一传感器46和监测轴向轴承间隙g1，g2的第二传感器36，可通过检测的各个间隙调整绕组45,35中的电流，由此使转子2尽可能居中且稳定。尽管图中仅示出了磁悬浮轴承装置的一端处的结构，但可以想象在转子的另一端处可同样配置有径向磁轴承组件以对转子2的另一端提供径向支撑，然而，在转子2的另一端处通常不再配置轴向磁轴承组件，因为一组轴向磁轴承组件对于转子2的轴向限位已足够。另外，磁悬浮轴承装置还提供了保护轴承组件，包括转子2上的轴套23，以及端盖5上的保护轴承51。在通常情况下，保护轴承51和轴套23之间的存在径向设计间隙r1，其小于径向磁轴承转子叠片22和径向磁轴承定子部分4的径向设计间隙r2，例如r1=0.5r2。另一方面，保护轴承51和轴套23的轴向上的两个挡壁之间的存在轴向设计间隙d1和d2，其小于推力盘21和两侧的轴向磁轴承定子部分3之间的设计间隙g1和g2，例如d1+d2=0.5(g1+g2)。在这样的情况下，在径向或轴向磁轴承组件失效时，保护轴承51将首先与轴套23接触从而防止径向或轴向磁轴承组件发生碰撞和损坏。端盖5和罩壳1之间设置了垫圈6，通过调节垫圈6的厚度，可调节保护轴承51的轴向位置。期望的是选择合适的垫圈6的厚度，使得在推力盘21和两侧的轴向磁轴承定子部分3之间的实际间隙g1=g2时，保护轴承51和轴套23的轴向上的两个挡壁之间的实际间隙d1=d2。这通常涉及以下步骤：安装基准垫圈，测量转子2的轴向可移动距离，计算适当垫圈厚度，以及拆卸基准垫圈6并更换适当厚度的垫圈。如图2所示，在该设计中，由于垫圈6为环形垫圈，如需要更换垫圈，则需要将端盖5拆下，此时转子2由于重力以及电机转子永磁体与电机定子之间的磁拉力将偏向一边，导致磁轴承转子叠片22与定子叠片41接触，此时轴偏离中心的距离约为径向设计间隙r2。而在更换好垫圈后，由于电机永磁体与电机定子之间的磁拉力及转子重力，将转子2偏离距离r2调整至径向设计间隙r1以内并重新安装端盖5将是困难的，需要复杂的辅助工装来实现。
现在将参考图3至图5来介绍根据本发明的一个实施例的磁悬浮轴承装置，其中将不再重复介绍与图1结构和功能相同的部件。在图3所示的实施例中，提供了保护轴承支架7。在该实施例中，端盖5首先安装至罩壳1上以成为罩壳1的端部部分，而保护轴承支架7则沿轴向安装至罩壳的端部处(在此实施例中即为端盖5)，保护轴承71安装至保护轴承支架7的径向内侧，在轴向方向上在保护轴承支架7和罩壳的端部之间设置有垫圈6。在该实施例中，垫圈6由多个子垫圈部分61,62组成，使得如图4所示的，在保护轴承支架7相对于罩壳的端部轴向移动与垫圈6分开而仍然由所述罩壳的端部支撑时，多个子垫圈部分61,62能够沿径向向外取出和装入。通过该布置，可在不需要完全拆卸保护轴承支架7的情况下，即在转子2受支撑的情况下更换垫圈，由此简化保护轴承间隙调节步骤，使磁悬浮轴承装置的组装过程更容易。
在一些实施例中，如图5最清楚地示出的，保护轴承支架7与罩壳的端部的连接处包括轴向延伸部72和径向延伸部73，径向延伸部73从轴向延伸部72的轴向外端沿径向向外延伸。多个子垫圈部分61,62设置在保护轴承支架的径向延伸部72和罩壳即端盖5的端部的端面52之间。在一些实施例中，在保护轴承支架7相对于罩壳的端部轴向移动与垫圈6分开而仍然由所述罩壳的端部支撑时(如图4所示出的状态)，所述保护轴承支架的轴向延伸部72与罩壳的端部保持接合，以支撑保护轴承支架7，由此支撑转子2。在图示的实施例中，端盖5包括中心孔50，而保护轴承支架7的轴向延伸部72插入端盖5的中心孔50并与中心孔50的径向内侧51接合并受支撑。在一些实施例中，保护轴承支架7的轴向延伸部72和径向延伸部73通过螺栓74连接在一起，在另一些实施例中，两者可集成在一起或以其他方式组装。在一些实施例中，如图4和图5所示，保护轴承支架的径向延伸部73，多个子垫圈部分61,62以及罩壳的端部的端面52具有位置对应的开孔78,68,58，以便通过螺栓8将保护轴承支架7固定至罩壳的端部处的端盖5，螺栓8基本沿轴向设置，并且固定各个子垫圈部分61,62。在图示的实施例总共示出了6个螺栓8，其沿圆周均布，在备选实施例中可提供其他数量的螺栓。另外，在更换垫圈时，首先需要拆卸这些螺栓8，随后沿轴向移动保护轴承支架7直到图4所示的保护轴承支架7相对于罩壳的端部分开而未分离的状态，此时可方便地更换垫圈6。在一些实施例中，多个子垫圈部分可包括两个、三个或更多个沿圆周延伸的弧形垫圈部分，每个弧形垫圈部分所对应的圆心角相同，例如如图5中的子垫圈部分61,62可各自沿圆周延伸大约180度，在三个子垫圈部分的情况下，每个子垫圈部分可沿圆周延伸120度等。在备选实施例中，子垫圈部分可对应于不同的圆心角或者子垫圈部分组装时未必延伸整个圆周。
在一些实施例中，保护轴承轴套包括：在保护轴承支架7安装前附接在转子上的第一轴套部分231和在保护轴承支架7安装后附接在转子上的第二轴套部分232，第一轴套部分231限定在轴向上位于保护轴承第一侧的第一挡壁2311并具有轴向延伸区段2312，第二轴套部分232包括轴向上位于保护轴承第二侧的第二挡壁2322，并具有轴向延伸区段2321，通过调整该第二轴套部分232的轴向延伸区段2321的长度可调整保护轴承的设计轴向间隙，例如对于不同的设备、不同的客户或不同的标准要求可应用具有不同轴向延伸区段2321长度的第二轴套部分232。
继续参考图6和图7，在该实施例中，罩盖5'集成在保护轴承支架7'上，换而言之保护轴承支架7'包括罩盖5'，而保护轴承支架7'的罩盖部分连接至罩壳1例如罩壳1的径向轴承外壳11上。保护轴承支架7'与罩壳1的连接部分设计在罩盖5'处，其包括轴向延伸区段72'和径向延伸区段73'，罩盖5'的轴向延伸区段72'插入罩壳的敞开的端部的径向内侧，与其开孔的内侧面112接合，而多个子垫圈部分61,62在轴向上设置在罩盖5'的径向延伸区段73'和罩壳的端面111之间。如图7所示，类似地，在保护轴承支架7'相对于罩壳的端部移动与垫圈分离而仍然由罩壳端部支撑的状态下，可径向向外地取出垫圈6，并更换另一厚度的垫圈6，此时保持轴承支架7'通过轴向延伸区段72'与罩壳端部的敞开孔的内侧面接合而受支撑，由此使转子2受支撑，以便方便地更换垫圈和调整保护轴承的轴向位置。
另外还提供了一种压缩机，其包括根据各个实施例所述的磁悬浮轴承装置。另外还提供了一种保护轴承间隙调节方法，所述调节方法用于根据各个实施例所述的磁悬浮轴承装置，所述方法包括：在所述保护轴承支架相对于所述罩壳的端部轴向移动以与所述垫圈分开而仍然由所述罩壳的端部支撑时，沿径向向外取出多个子垫圈部分，并更换不同厚度的多个子垫圈部分，以调整保护轴承间隙。
以上所描述的具体实施例仅为了更清楚地描述本发明的原理，其中清楚地示出或描述了各个部件而使本发明的原理更容易理解。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可容易地对本发明进行各种修改或变化。故应当理解的是，这些修改或者变化均应包含在本发明的专利保护范围之内。

Claims (11)

1.一种磁悬浮轴承装置，其特征在于，包括：
罩壳；
所述罩壳中的转子；
所述罩壳和转子之间的磁轴承组件；
沿轴向安装至所述罩壳的端部处的保护轴承支架，保护轴承安装至所述保护轴承支架的径向内侧；以及
轴向地设置在所述保护轴承支架和所述罩壳的端部之间的垫圈；
其中，所述垫圈由多个子垫圈部分组成，使得在所述保护轴承支架相对于所述罩壳的端部轴向移动以与所述垫圈分开而仍然由所述罩壳的端部支撑时，所述多个子垫圈部分能够沿径向取出和装入。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承装置，其特征在于，所述保护轴承支架与所述罩壳的端部的连接处包括轴向延伸部和径向延伸部，所述多个子垫圈部分设置在所述保护轴承支架的所述径向延伸部和所述罩壳的端部的端面之间，在所述保护轴承支架相对于所述罩壳的端部轴向移动以与所述垫圈分开而仍然由所述罩壳的端部支撑时，所述保护轴承支架的轴向延伸部与所述罩壳的端部保持接合，以支撑所述保护轴承支架。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承装置，其特征在于，所述保护轴承支架的轴向延伸部与所述罩壳的端部的孔的径向内侧接合。
4.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承装置，其特征在于，所述保护轴承支架的径向延伸部，所述多个子垫圈部分以及所述罩壳的端部的端面具有位置对应的开孔，以便通过螺栓将所述保护轴承支架固定至所述罩壳的端部。
5.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承装置，其特征在于，所述罩壳的端部包括端盖，所述端盖具有中心孔，所述保护轴承支架的轴向延伸部插入所述端盖的中心孔并与所述中心孔的径向内侧接合并受支撑，所述多个子垫圈部分设置在所述保护轴承支架的径向延伸部和所述端盖的端面之间。
6.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承装置，其特征在于，所述保护轴承支架包括罩盖，所述罩盖的与所述罩壳的接合部包括轴向延伸区段和径向延伸区段，所述罩盖的轴向延伸区段插入所述罩壳的敞开的端部的径向内侧，所述多个子垫圈部分设置在所述罩盖的径向延伸区段和所述罩壳的端面之间。
7.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承装置，其特征在于，所述磁轴承组件：
径向磁轴承组件，所述径向磁轴承组件包括：套设在所述转子外侧的径向磁轴承转子叠片和设置在所述罩壳内侧对应位置上的径向磁轴承定子部分；以及
轴向磁轴承组件，所述轴向磁轴承组件包括：套设在所述转子外圈的推力盘和设置在所述罩壳内圈在轴向上位于所述推力盘两侧的轴向磁轴承定子部分。
8.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承装置，其特征在于，所述多个子垫圈部分包括两个、三个或更多个沿圆周延伸的弧形垫圈部分，每个弧形垫圈部分所对应的圆心角相同。
9.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承装置，其特征在于，还包括设置在所述转子上的保护轴承轴套，所述保护轴承轴套包括：在所述保护轴承支架安装前附接在所述转子上的第一轴套部分和在所述保护轴承支架安装后附接在所述转子上的第二轴套部分，所述第一轴套部分限定在轴向上位于所述保护轴承第一侧的第一挡壁，第二轴套部分包括轴向上位于所述保护轴承第二侧的第二挡壁和轴向延伸区段。
10.一种压缩机，其特征在于，所述压缩机包括如权利要求1-9中任一项所述的磁悬浮轴承装置。
11.一种保护轴承间隙调节方法，所述调节方法用于如权利要求1-9中任一项所述的磁悬浮轴承装置，所述方法包括：在所述保护轴承支架相对于所述罩壳的端部轴向移动以与所述垫圈分开而仍然由所述罩壳的端部支撑时，沿径向向外取出多个子垫圈部分，并更换不同厚度的多个子垫圈部分，以调整保护轴承间隙。
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