CN216618273U - 轴向磁悬浮轴承、电机、压缩机和空调器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种轴向磁悬浮轴承、电机、压缩机和空调器。该轴向磁悬浮轴承包括轴向磁场控制部、导磁部、永磁体(1)和转子组件，转子组件包括转子铁芯(2)，轴向磁场控制部包括与转子铁芯(2)的端面相对设置的轴向控制端，轴向控制端设置有轴向控制绕组(3)，永磁体(1)设置在轴向磁场控制部和导磁部之间，导磁部设置在转子组件的外周侧，轴向磁场控制部、永磁体(1)、导磁部和转子组件形成轴向偏置磁路，轴向控制绕组(3)形成轴向控制磁路。根据本申请的轴向磁悬浮轴承，能够有效减短转子轴向长度，简化转子结构，提高转轴固有频率，提升转子极限转速。

Description

轴向磁悬浮轴承、电机、压缩机和空调器

技术领域

本申请涉及磁悬浮技术领域，具体涉及一种轴向磁悬浮轴承、电机、压缩机和空调器。

背景技术

磁悬浮轴承具有无接触、无磨损、高转速、高精度、不需要润滑和密封等一系列优良品质，是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学一体的高新技术产物。

磁悬浮轴承分为主动式、被动式、混合式三种类型，主动式磁悬浮轴承刚度大，可以精密控制，但产生单位承载力所需体积和功耗较大；被动式磁悬浮轴承利用磁性材料之间的吸力或斥力实现转子的悬浮，刚度和阻尼都比较低；混合式磁悬浮轴承运用永磁体提供偏置磁场取代主动式磁轴承中电磁铁产生的静态偏置磁场，减少控制绕组的安匝数，缩小轴承体积，提高轴承承载能力等；混合式磁悬浮轴承在对体积和功耗有严格要求的领域有着不可替代的优势，磁悬浮轴承又主要应用于高速、超高速场合。因此，磁悬浮系统的集成化、微型化和提高控制系统的稳定性与可靠性将是重点研究方向。

磁悬浮轴承系统要实现对转子的无接触支撑，需要对其空间的五个自由度进行控制。传统的磁悬浮结构利用永磁偏置前、后径向轴承控制转轴径向四自由度的悬浮控制，永磁偏置轴向轴承控制转轴轴向自由度的悬浮控制，两组永磁偏置径向电磁轴承和一组永磁偏置轴向轴承实现转子空间的五自由度悬浮，永磁体产生偏置磁场，通过辅助定子磁极、转轴、径向定子磁极形成闭合回路构成永磁偏置磁场，在径向定子磁极与转轴主气隙中形成偏置磁通，径向水平与竖直控制绕组通入控制电流产生控制磁场，经过定子铁芯内部与转轴形成控制磁场调节径向定子磁极与转轴主气隙间的偏置磁通，实现径向两自由度的悬浮控制。永磁体产生偏置磁场，通过左、右两端的定子铁芯、推力盘构成闭合回路，形成偏置磁场，在左、右定子铁芯与推力盘气隙中形成偏置磁通，控制绕组通入控制电流形成控制磁场，通过定子铁芯、推力盘形成闭合回路，构成控制磁路，调节左、右两端定子铁芯与推力盘中的偏置磁通，实现转轴轴向悬浮控制。每一组径向磁悬浮轴承控制转子径向两个自由度，轴向磁悬浮轴承控制转子轴向的平动自由度。

该磁悬浮系统结构存在着径向与轴向控制系统并列排布，转子长度增长，转子挠度大，固有频率小，转子极限转速低的问题。

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轴向磁悬浮轴承、电机、压缩机和空调器，能够有效减短转子轴向长度，简化转子结构，提高转轴固有频率，提升转子极限转速。

为了解决上述问题，本申请提供一种轴向磁悬浮轴承，包括轴向磁场控制部、导磁部、永磁体和转子组件，转子组件包括转子铁芯，轴向磁场控制部包括与转子铁芯的端面相对设置的轴向控制端，轴向控制端设置有轴向控制绕组，永磁体设置在轴向磁场控制部和导磁部之间，导磁部设置在转子组件的外周侧，轴向磁场控制部、永磁体、导磁部和转子组件形成轴向偏置磁路，轴向控制绕组形成轴向控制磁路。

优选地，轴向磁场控制部包括轴向铁芯，永磁体套设在轴向铁芯的径向外周，导磁部套设在永磁体的径向外周。

优选地，轴向铁芯包括导磁板，导磁板设置有朝向转子铁芯凸出的环形凸起，环形凸起上设置有环形线槽，轴向控制绕组设置在环形线槽内。

优选地，环形凸起的外径小于或等于转子铁芯的外径。

优选地，轴向磁悬浮轴承还包括壳体，轴向磁场控制部、导磁部和永磁体固定安装在壳体内。

优选地，壳体包括外筒和端盖，外筒套设在导磁部外，端盖设置在外筒的一端，且止挡在导磁部、永磁体和导磁板的端部外。

优选地，导磁部包括第一导磁环和第二导磁环，第一导磁环套设在永磁体外，第二导磁环沿轴向设置在第一导磁环的端部，第二导磁环套设在转子铁芯外，第二导磁环的内径小于第一导磁环的内径。

优选地，第一导磁环和第二导磁环的外径相同，壳体热套在第一导磁环和第二导磁环外。

优选地，轴向偏置磁路经过环形线槽的外环壁，轴向控制磁路经过环形线槽的内环壁和外环壁。

优选地，转子组件的两端分别设置有轴向磁场控制部，转子组件两端的轴向磁场控制部分离设计，独立控制。

根据本申请的另一方面，提供了一种电机，包括轴向磁悬浮轴承，该轴向磁悬浮轴承为上述的轴向磁悬浮轴承。

根据本申请的另一方面，提供了一种压缩机，包括轴向磁悬浮轴承，该轴向磁悬浮轴承为上述的轴向磁悬浮轴承。

根据本申请的另一方面，提供了一种空调器，包括轴向磁悬浮轴承，该轴向磁悬浮轴承为上述的轴向磁悬浮轴承。

本申请提供的轴向磁悬浮轴承，包括轴向磁场控制部、导磁部、永磁体和转子组件，转子组件包括转子铁芯，轴向磁场控制部包括与转子铁芯的端面相对设置的轴向控制端，轴向控制端设置有轴向控制绕组，永磁体设置在轴向磁场控制部和导磁部之间，导磁部设置在转子组件的外周侧，轴向磁场控制部、永磁体、导磁部和转子组件形成轴向偏置磁路，轴向控制绕组形成轴向控制磁路。轴向磁悬浮轴承利用轴向磁场控制部控制转子组件的轴向位移，利用转子组件自身与轴向磁场控制部配合提供轴向调节作用力，使得电机转子组件的轴向系统与转子组件形成集成结构，无需额外设置推力轴承因此可以有效缩短转子组件的轴向长度，简化转子结构，提高转轴固有频率，提升转子组件的极限转速。

附图说明

图1为本申请一个实施例的轴向磁悬浮轴承的磁力结构示意图；

图2为本申请一个实施例的轴向磁悬浮轴承的分解结构示意图；

图3为本申请一个实施例的轴向磁悬浮轴承的立体剖视示意图。

附图标记表示为：

1、永磁体；2、转子铁芯；3、轴向控制绕组；4、轴向铁芯；5、导磁板；6、环形凸起；7、环形线槽；8、壳体；9、第一导磁环；10、第二导磁环；11、外筒；12、端盖。

具体实施方式

结合参见图1至图3所示，根据本申请的实施例，轴向磁悬浮轴承包括轴向磁场控制部、导磁部、永磁体1和转子组件，转子组件包括转子铁芯2，轴向磁场控制部包括与转子铁芯2的端面相对设置的轴向控制端，轴向控制端设置有轴向控制绕组3，永磁体1设置在轴向磁场控制部和导磁部之间，导磁部设置在转子组件的外周侧，轴向磁场控制部、永磁体1、导磁部和转子组件形成轴向偏置磁路，轴向控制绕组3形成轴向控制磁路。

轴向磁悬浮轴承利用轴向磁场控制部控制转子组件的轴向位移，利用转子组件自身与轴向磁场控制部配合提供轴向调节作用力，使得电机转子组件的轴向系统与转子组件形成集成结构，利用轴向控制绕组3和转子铁芯2形成轴向控制磁场，相当于利用转子铁芯2来提供轴向止推作用，无需额外设置推力轴承，因此相当于省去了设置推力轴承所需的转子组件的轴向长度，可以有效缩短转子组件的轴向长度，简化转子结构，提高转轴固有频率，提升转子组件的极限转速，提高转轴运行的可靠性与稳定性。

在一个实施例中，轴向铁芯4朝向转子铁芯2的端面上设置有环形线槽7，轴向控制绕组3安装在环形线槽7内，环形线槽7的侧壁能够形成导磁通道，使得磁力线经轴向铁芯4到达转子铁芯2，形成轴向推力，进而可以调整转子组件的轴向位置。

在一个实施例中，轴向磁场控制部包括轴向铁芯4，永磁体1套设在轴向铁芯4的径向外周，导磁部套设在永磁体1的径向外周。在本实施例中，由于轴向磁场控制部、永磁体1和导磁部沿着径向依次排布，且三者之间相互贴合，因此能够合理对三者之间的位置进行布局，有效减小三者在转子组件轴向方向上的占用长度，进而可以进一步缩短转子组件轴向长度，简化转组组件结构，提高转轴固有频率，提升转子极限速度。

在一个实施例中，轴向铁芯4包括导磁板5，导磁板5设置有朝向转子铁芯2凸出的环形凸起6，环形凸起6上设置有环形线槽7，轴向控制绕组3设置在环形线槽7内。在本实施例中，导磁板5用于与永磁体1进行配合，形成径向方向的导磁路径，使得永磁体1所产生的轴向偏置磁场能够经导磁板5到达环形凸起6，然后经环形凸起6到达转子铁芯2，从而形成封闭的磁路结构，可以对转子组件的轴向位置进行调节。通过设置环形凸起6，能够利用环形凸起6的结构对磁力线进行规整，使得轴向铁芯4与转子铁芯2之间所产生的轴向作用力更加集中，作用位置更加精确，能够更加方便地保证转子铁芯2的两端轴向作用位置的一致性。

在一个实施例中，环形凸起6的外径小于或等于转子铁芯2的外径。在本实施例中，由于环形凸起6的外径小于或等于转子铁芯2的外径，因此能够使得环形凸起6的整个端面延轴向方向完全位于转子铁芯2的配合端面范围内，使得环形凸起6由于轴向控制绕组3所产生的轴向磁场完全作用于转子铁芯2上，因此能够提高轴向控制绕组3所产生的磁场的利用效率，保证轴向控制绕组3的轴向作用力更大，轴向作用效率更高，对于转动组件的轴向调节作用更加明显。

在一个实施例中，轴向控制绕组3通过灌封及自攻螺纹连接的方式内嵌于环形线槽7内，实现轴向控制绕组3的轴向与径向定位。

在一个实施例中，轴向磁悬浮轴承还包括壳体8，轴向磁场控制部、导磁部和永磁体1固定安装在壳体8内。在本实施例中，通过增加壳体8，能够方便实现轴向磁场控制部、导磁部和永磁体1的快速安装定位，同时可以利用壳体8使得这三个部分能够集成在一起，不仅结构更加紧凑，而且连接固定作用也更加良好，无需对三个部分的结构造成破坏，就能够方便实现三者之间的装配固定，结构简单，而且也方便后续过程中的维修和更换。

在一个实施例中，壳体8包括外筒11和端盖12，外筒11套设在导磁部外，端盖12设置在外筒11的一端，且止挡在导磁部、永磁体1和导磁板5的端部外。在本实施例中，端盖12为圆环形板结构，端盖12的内孔直径小于导磁板5的外径，因此能够使得导磁板5处于端盖12的止挡范围内，可以利用端盖12同时对导磁部、永磁体1和导磁板5的端部形成止挡，保证导磁部、永磁体1和导磁板5的安装位置的准确性，同时也可以提高这三者之间装配结构的稳固性。

在一个实施例中，导磁部包括第一导磁环9和第二导磁环10，第一导磁环9套设在永磁体1外，第二导磁环10沿轴向设置在第一导磁环9的端部，第二导磁环10套设在转子铁芯2外，第二导磁环10的内径小于第一导磁环9的内径。在本实施例中，第一导磁环9和第二导磁环10采用不同的内径，可以对两者的结构根据功能的不同进行不同的设计，由于第一导磁环9仅用于将磁力线传输至第二导磁环10，因此第一导磁环9的内孔较大，壁厚可以做的较薄，内孔径与转子铁芯2的外径之间没有关联。而第二导磁环10不仅起到传输磁力线的作用，还需要将磁力线由定子组件传输至转子组件上，因此第二导磁环10不仅需要与第一导磁环9在端部配合，同时第二导磁环10的内孔径也需要根据转子铁芯2的外径来确定，以保证磁力线能够顺利经第一导磁环9和第二导磁环10到达转子铁芯2处，形成闭合磁路。第一导磁环9和第二导磁环10采用不同的结构设计，可以根据结构需要减少第一导磁环材料用量，降低成本，同时又不会影响导磁部的整体导磁性能。

在一个实施例中，第一导磁环9和第二导磁环10的外径相同，壳体8热套在第一导磁环9和第二导磁环10外。由于第一导磁环9和第二导磁环10的外径相同，因此在热套时，壳体8的外筒11的内孔径可以设计为一致，就能够同时满足第一导磁环9和第二导磁环10的热套需要，工艺更加简单，装配成本更低，装配效率更高。

在一个实施例中，永磁体1为环形结构，套设在轴向铁芯4的导磁板5外，并与导磁板5之间为过盈配合，第一导磁环9套设在永磁体1外，并与永磁体1之间形成过盈配合，从而使得轴向磁场控制部、永磁体1和导磁部形成固定在一起的一体式结构。

在一个实施例中，轴向偏置磁路经过环形线槽7的外环壁，轴向控制磁路经过环形线槽7的内环壁和外环壁，如此一来，轴向偏置磁路仅影响到环形线槽7的外环壁的磁路，不会影响到环形线槽7的内环壁的磁路，而轴向控制绕组3能够同时影响环形线槽7的内环壁和外环壁的磁路，轴向控制绕组3通过环形凸起6对转子铁芯2的影响作用更大，利用轴向控制绕组3对轴向力的调节所产生的效率越明显，调节灵敏性更高，调节精度也能够得到有效提升。

在一个实施例中，转子组件的两端分别设置有轴向磁场控制部，转子组件两端的轴向磁场控制部分离设计，独立控制。前后两个轴向轴承分离设计，且具有独立的处理系统，可以使得轴向轴承的极限载荷不受永磁体1的磁场限制，在轴向控制绕组3与导磁材料的性能条件下，能够根据需求持续提高轴向出力，从而降低永磁体的材料成本，提高轴向磁悬浮轴承的性能。

根据本申请的实施例，电机包括轴向磁悬浮轴承，该轴向磁悬浮轴承为上述的轴向磁悬浮轴承。

根据本申请的实施例，压缩机包括轴向磁悬浮轴承，该轴向磁悬浮轴承为上述的轴向磁悬浮轴承。

根据本申请的实施例，空调器包括轴向磁悬浮轴承，该轴向磁悬浮轴承为上述的轴向磁悬浮轴承。

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 (13)

1.一种轴向磁悬浮轴承，其特征在于，包括轴向磁场控制部、导磁部、永磁体(1)和转子组件，所述转子组件包括转子铁芯(2)，所述轴向磁场控制部包括与所述转子铁芯(2)的端面相对设置的轴向控制端，所述轴向控制端设置有轴向控制绕组(3)，所述永磁体(1)设置在所述轴向磁场控制部和所述导磁部之间，所述导磁部设置在所述转子组件的外周侧，所述轴向磁场控制部、所述永磁体(1)、所述导磁部和所述转子组件形成轴向偏置磁路，所述轴向控制绕组(3)形成轴向控制磁路。

2.根据权利要求1所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向磁场控制部包括轴向铁芯(4)，所述永磁体(1)套设在所述轴向铁芯(4)的径向外周，所述导磁部套设在所述永磁体(1)的径向外周。

3.根据权利要求2所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向铁芯(4)包括导磁板(5)，所述导磁板(5)设置有朝向所述转子铁芯(2)凸出的环形凸起(6)，所述环形凸起(6)上设置有环形线槽(7)，所述轴向控制绕组(3)设置在所述环形线槽(7)内。

4.根据权利要求3所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述环形凸起(6)的外径小于或等于所述转子铁芯(2)的外径。

5.根据权利要求3所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向磁悬浮轴承还包括壳体(8)，所述轴向磁场控制部、所述导磁部和所述永磁体(1)固定安装在所述壳体(8)内。

6.根据权利要求5所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述壳体(8)包括外筒(11)和端盖(12)，所述外筒(11)套设在所述导磁部外，所述端盖(12)设置在所述外筒(11)的一端，且止挡在所述导磁部、所述永磁体(1)和所述导磁板(5)的端部外。

7.根据权利要求6所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述导磁部包括第一导磁环(9)和第二导磁环(10)，所述第一导磁环(9)套设在所述永磁体(1)外，所述第二导磁环(10)沿轴向设置在所述第一导磁环(9)的端部，所述第二导磁环(10)套设在所述转子铁芯(2)外，所述第二导磁环(10)的内径小于所述第一导磁环(9)的内径。

8.根据权利要求7所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一导磁环(9)和所述第二导磁环(10)的外径相同，所述壳体(8)热套在所述第一导磁环(9)和所述第二导磁环(10)外。

9.根据权利要求3所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向偏置磁路经过所述环形线槽(7)的外环壁，所述轴向控制磁路经过所述环形线槽(7)的内环壁和外环壁。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述转子组件的两端分别设置有所述轴向磁场控制部，所述转子组件两端的所述轴向磁场控制部分离设计，独立控制。

11.一种电机，其特征在于，包括轴向磁悬浮轴承，所述轴向磁悬浮轴承为权利要求1至10中任一项所述的轴向磁悬浮轴承。

12.一种压缩机，其特征在于，包括轴向磁悬浮轴承，所述轴向磁悬浮轴承为权利要求1至10中任一项所述的轴向磁悬浮轴承。

13.一种空调器，其特征在于，包括轴向磁悬浮轴承，所述轴向磁悬浮轴承为权利要求1至10中任一项所述的轴向磁悬浮轴承。

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