CN215805770U - 同极式径向磁悬浮轴承、压缩机和空调器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种同极式径向磁悬浮轴承、压缩机和空调器。该同极式径向磁悬浮轴承包括定子铁芯、转子和径向导磁环，定子铁芯包括轭部和定子齿，部分定子齿上设置有径向控制绕组，部分定子齿上设置有安装槽，安装槽内安装有永磁体，径向控制绕组和定子齿沿周向交替排布，永磁体的径向外侧设置有隔磁槽，永磁体产生的偏置磁场经轭部、定子齿和转子形成偏置磁回路，径向控制绕组产生的控制磁场经定子齿、转子和径向导磁环形成控制磁回路。根据本申请的同极式径向磁悬浮轴承，能够简化轴承结构，降低功耗，提高轴承可靠性。

Description

同极式径向磁悬浮轴承、压缩机和空调器

技术领域

本申请涉及磁悬浮技术领域，具体涉及一种同极式径向磁悬浮轴承、压缩机和空调器。

背景技术

磁悬浮轴承是利用定子和转子之间的磁力作用将转子悬浮于空间中，使定子和转子之间没有接触的一种新型高性能轴承。磁悬浮轴承的转子可以达到很高的转速，并且具有机械磨损小，能耗低、寿命长、无润滑、无污染等优点，特别适合高速、真空和超洁净等特殊的应用场合。

目前国际上研究的永磁偏置径向磁轴承结构形式分为异极性和同极性结构，异极性结构轴向长度可以做得较短，但是会产生磁滞损耗，而同极性结构的磁轴承磁滞损耗大大减少，但是普通同极性磁轴承结构较复杂，所需径向控制绕组多，功耗大，同时占用的轴向空间较大，不利于转子临界转速的提高。

实用新型内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种同极式径向磁悬浮轴承、压缩机和空调器，能够简化轴承结构，降低功耗，提高轴承可靠性。

为了解决上述问题，本申请提供一种同极式径向磁悬浮轴承，包括定子铁芯、转子和径向导磁环，定子铁芯包括轭部和定子齿，部分定子齿上设置有径向控制绕组，部分定子齿上设置有安装槽，安装槽内安装有永磁体，设置径向控制绕组的定子齿和设置永磁体的定子齿沿转子的周向交替排布，永磁体的径向外侧设置有隔磁槽，永磁体产生的偏置磁场经轭部、定子齿和转子形成偏置磁回路，径向控制绕组产生的控制磁场经定子齿、转子和径向导磁环形成控制磁回路。

优选地，隔磁槽沿轴向贯穿定子铁芯。

优选地，隔磁槽内填充有隔磁材料。

优选地，隔磁槽内安装有隔磁块。

优选地，隔磁槽延伸至安装槽。

优选地，隔磁槽与安装槽之间设置有磁桥。

优选地，永磁体的宽度为L1，定子齿的宽度为L2，0.7≤L1/L2≤0.95。

优选地，隔磁槽的截面形状为矩形、弧形、V形或U形。

根据本申请的另一方面，提供了一种压缩机，包括同极式径向磁悬浮轴承，该同极式径向磁悬浮轴承为上述的同极式径向磁悬浮轴承。

根据本申请的另一方面，提供了一种空调器，包括同极式径向磁悬浮轴承，该同极式径向磁悬浮轴承为上述的同极式径向磁悬浮轴承。

本申请提供的同极式径向磁悬浮轴承，包括定子铁芯、转子和径向导磁环，定子铁芯包括轭部和定子齿，部分定子齿上设置有径向控制绕组，部分定子齿上设置有安装槽，安装槽内安装有永磁体，设置径向控制绕组的定子齿和设置永磁体的定子齿沿转子的周向交替排布，永磁体的径向外侧设置有隔磁槽，永磁体产生的偏置磁场经轭部、定子齿和转子形成偏置磁回路，径向控制绕组产生的控制磁场经定子齿、转子和径向导磁环形成控制磁回路。该同极式径向磁悬浮轴承中，将径向控制绕组和永磁体分别设置在定子齿上，并且使得设置径向控制绕组的定子齿和设置永磁体的定子齿沿转子的周向交替排布，利用永磁体径向外侧设置的隔磁槽隔断径向控制绕组沿着定子铁芯的周向方向上的磁路，避免径向控制绕组之间发生磁耦合，利用隔磁槽引导径向控制绕组的电磁磁通流向径向导磁环，并经转子形成磁通回路，同时分流永磁磁通，以减少漏磁，减低定子铁芯磁密，通过上述结构，能够使得永磁体所产生的偏置磁通所在平面与定子铁芯的中心轴线垂直，径向控制绕组产生的控制磁通所在平面与定子铁芯的中心轴线平行，使得永磁体安装方式、轴承装配方式更加简单，且控制磁路相互独立，缩短了控制磁通路径，减少了控制磁路的耦合；同时偏置磁路无需经径向导磁环，直接分布于定子铁芯中，转子与定子铁芯的轴向配合长度缩短，减小了转子装入定子铁芯的难度，降低了磁轴承的能耗及发热，使得轴承寿命增长，进而提高了磁悬浮轴承的可靠性。

附图说明

图1为本申请一个实施例的同极式径向磁悬浮轴承的结构示意图；

图2为本申请一个实施例的同极式径向磁悬浮轴承的剖视结构示意图；

图3为本申请一个实施例的同极式径向磁悬浮轴承的定子铁芯的结构示意图；

图4为本申请一个实施例的同极式径向磁悬浮轴承的立体分解结构图；

图5为本申请一个实施例的同极式径向磁悬浮轴承的偏置磁路结构图；

图6为本申请一个实施例的同极式径向磁悬浮轴承的控制磁路结构图。

附图标记表示为：

1、定子铁芯；2、转子；3、径向导磁环；4、轭部；5、定子齿；6、径向控制绕组；7、安装槽；8、永磁体；9、隔磁槽；10、隔磁块；11、磁桥。

具体实施方式

结合参见图1至图6所示，根据本申请的实施例，同极式径向磁悬浮轴承包括定子铁芯1、转子2和径向导磁环3，定子铁芯1包括轭部4和定子齿5，部分定子齿5上设置有径向控制绕组6，部分定子齿5上设置有安装槽7，安装槽7内安装有永磁体8，设置径向控制绕组6的定子齿5和设置永磁体8的定子齿5沿转子的周向交替排布，永磁体8产生的偏置磁场经轭部4、定子齿5和转子2形成偏置磁回路，径向控制绕组6产生的控制磁场经定子齿5、转子2和径向导磁环3形成控制磁回路。

在本实施例中，隔磁槽9对应于永磁体8设置，用于对永磁体8出来的磁路进行分流。

该同极式径向磁悬浮轴承中，将径向控制绕组6和永磁体8分别设置在定子齿5上，并且使得设置径向控制绕组6的定子齿5和设置永磁体8的定子齿5沿转子的周向交替排布，利用永磁体8径向外侧设置的隔磁槽9隔断径向控制绕组6沿着定子铁芯1的周向方向上的磁路，避免径向控制绕组6之间发生磁耦合，利用隔磁槽9引导径向控制绕组6的电磁磁通流向径向导磁环3，并经转子2形成磁通回路，同时分流永磁磁通，以减少漏磁，减低定子铁芯1的磁密。

通过上述结构，能够使得永磁体8所产生的偏置磁通所在平面与定子铁芯1的中心轴线垂直，径向控制绕组6产生的控制磁通所在平面与定子铁芯1的中心轴线平行，使得永磁体8的安装方式、轴承装配方式更加简单，且控制磁路相互独立，缩短了控制磁通路径，减少了控制磁路的耦合；同时偏置磁路无需经径向导磁环3，直接分布于定子铁芯1中，转子2与定子铁芯1的轴向配合长度缩短，减小了转子2装入定子铁芯1的难度，降低了磁轴承的能耗及发热，使得轴承寿命增长，进而提高了磁悬浮轴承的可靠性。由于进行装配时，径向导磁环3的一个端面与定子铁芯1的一个端面贴紧机壳，因此能够进一步降低轴承的装配难度。

本实施例中的同极式径向磁悬浮轴承，多个永磁体8一一对应地安装在定子齿5的安装槽7内，各永磁体8均采用径向充磁的方式，因此充磁方向均相同，降低了永磁体8的充磁难度，且永磁体8为分块结构，可以直接装入安装槽7内，因此也降低了永磁体8的装配难度。

本实施例中的同极式径向磁悬浮轴承，定子齿5上一半设置永磁体8，一半设置径向控制绕组6，永磁体8安装在定子铁芯1的磁极上，为轴承提供静态偏置磁场，因此能够减少绕组数目，减少功率放大器的使用数目，降低了磁轴承的能量损耗，提高了磁悬浮轴承的可靠性，同时可以缩短轴承的轴向长度，因此更加适用于风力发电、飞轮等高速场合。

在一个实施例中，隔磁槽9沿轴向贯穿定子铁芯1，能够更好地阻断径向控制绕组6沿定子铁芯1的轭部4行进的磁路，更加有效地避免相邻磁极的控制磁路发生耦合。

在一个实施例中，隔磁槽9内填充有隔磁材料。

在一个实施例中，隔磁槽9内安装有隔磁块10。

通过在隔磁槽9内填充隔磁材料或者安装隔磁块10，可以起到加强轴承定子铁芯1的结构强度的作用，同时，经过隔磁材料或者隔磁块10的隔磁作用，电磁磁通能够被引导流向径向导磁环3，同时对永磁磁通起到分流作用。

在一个实施例中，隔磁槽9延伸至安装槽7，能够更加有效地隔断永磁体8径向外侧的周向磁路，避免相邻磁极的控制磁路发生耦合，降低径向控制绕组6的控制难度，提高径向调节精度。

在一个实施例中，隔磁槽9与安装槽7之间设置有磁桥11，可以隔断隔磁槽9与安装槽7，能够起到加强连接的作用，从而有效提高定子铁芯的结构强度。

在一个实施例中，隔磁槽9的截面形状为矩形、弧形、V形或U形。隔磁槽9的尺寸及形状应根据轴承磁路的需求而定。

在本实施例中，定子铁芯1为硅钢片叠片结构，包含有8个磁极，其中四个磁极为绕组磁极，另外的四个间隔的磁极上开设有安装槽7，永磁体8安装在安装槽7内。

在一个实施例中，永磁体8的宽度为L1，定子齿5的宽度为L2，0.7≤L1/L2≤0.95。在本实施例中，定子齿5的宽度方向为周向方向。通过限定永磁体8的宽度与定子齿5的宽度之间的关系，能够在保证安装槽7的结构强度的基础上，减小永磁体8两侧的定子齿5的厚度，能够避免控制磁路从永磁体8两侧的定子齿5处经过，有效减少漏磁。

结合参见图5和图6所示，为本申请实施例的同极式径向磁悬浮轴承的磁路结构，其中图5为该轴承的偏置磁通磁路，由永磁体8提供，偏置磁通从永磁体8流出，分两路分别经过与其相邻的绕组磁极，经过转子2，而后流回永磁体8，偏置磁通所在的平面与转子2的中心轴线垂直。图6所示为该轴承的控制磁通磁路，由径向控制绕组6产生，其产生的磁通从绕组磁极出发，流经径向导磁环3、转子2而后回到绕组磁极，控制磁通所在的平面与转子2的中心轴线平行。

本申请实施例的同极式径向磁悬浮轴承的工作原理如下：定子铁芯1上绕有4个径向控制绕组6，提供径向控制电流；径向充磁的永磁体8提供静态的偏置磁场，当转子2受到一个向下的扰动力偏离平衡位置时，位移传感器检测出转子2偏离其参考位置的位移量，控制器将这一位移信号变化成控制信号，给控制线圈通入电流，产生的控制磁通与径向气隙中的偏置磁通叠加，合成向上的单极磁通，使转子2恢复到平衡位置。同理，无论是转子2受到向上、向左或向右的干扰力，均可通过控制磁通与偏置磁通的叠加，使得转子2回到平衡位置。

根据本申请的实施例，压缩机包括同极式径向磁悬浮轴承，该同极式径向磁悬浮轴承为上述的同极式径向磁悬浮轴承。

根据本申请的实施例，空调器包括同极式径向磁悬浮轴承，该同极式径向磁悬浮轴承为上述的同极式径向磁悬浮轴承。

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 (10)

1.一种同极式径向磁悬浮轴承，其特征在于，包括定子铁芯(1)、转子(2)和径向导磁环(3)，所述定子铁芯(1)包括轭部(4)和定子齿(5)，部分所述定子齿(5)上设置有径向控制绕组(6)，部分所述定子齿(5)上设置有安装槽(7)，所述安装槽(7)内安装有永磁体(8)，设置所述径向控制绕组(6)的定子齿(5)和设置所述永磁体(8)的定子齿(5)沿所述转子(2)的周向交替排布，所述永磁体(8)的径向外侧设置有隔磁槽(9)，所述永磁体(8)产生的偏置磁场经所述轭部(4)、所述定子齿(5)和所述转子(2)形成偏置磁回路，所述径向控制绕组(6)产生的控制磁场经所述定子齿(5)、所述转子(2)和所述径向导磁环(3)形成控制磁回路。

2.根据权利要求1所述的同极式径向磁悬浮轴承，其特征在于，所述隔磁槽(9)沿轴向贯穿所述定子铁芯(1)。

3.根据权利要求1或2所述的同极式径向磁悬浮轴承，其特征在于，所述隔磁槽(9)内填充有隔磁材料。

4.根据权利要求1或2所述的同极式径向磁悬浮轴承，其特征在于，所述隔磁槽(9)内安装有隔磁块(10)。

5.根据权利要求1所述的同极式径向磁悬浮轴承，其特征在于，所述隔磁槽(9)延伸至所述安装槽(7)。

6.根据权利要求1所述的同极式径向磁悬浮轴承，其特征在于，所述隔磁槽(9)与所述安装槽(7)之间设置有磁桥(11)。

7.根据权利要求1所述的同极式径向磁悬浮轴承，其特征在于，所述永磁体(8)的宽度为L1，所述定子齿(5)的宽度为L2，0.7≤L1/L2≤0.95。

8.根据权利要求1所述的同极式径向磁悬浮轴承，其特征在于，所述隔磁槽(9)的截面形状为矩形、弧形、V形或U形。

9.一种压缩机，其特征在于，包括同极式径向磁悬浮轴承，所述同极式径向磁悬浮轴承为权利要求1至8中任一项所述的同极式径向磁悬浮轴承。

10.一种空调器，其特征在于，包括同极式径向磁悬浮轴承，所述同极式径向磁悬浮轴承为权利要求1至8中任一项所述的同极式径向磁悬浮轴承。

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