CN219827470U - 磁悬浮轴承及磁悬浮高速电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁悬浮轴承及磁悬浮高速电机，磁悬浮高速电机的电机转子安装有磁悬浮轴承，磁悬浮轴承包括设置在轴承套内沿其周向间隔布置的两个以上电磁铁模块，电磁铁模块的铁芯包括磁轭和位于磁轭里侧并且间隔设置的偶数个磁极，磁极上套有线圈，偶数个线圈之间串联连接；分体式结构使电磁铁模块各自独立，工作时能有效降低串磁、漏磁现象，对电机转子的位置控制更精准；在磁悬浮轴承制造过程中，能大大提高铁芯原材料利用率，降低原材料成本，易在非封闭铁芯的磁极上绕制线圈，制造、装配方便；后续维修成本较低。

Description

磁悬浮轴承及磁悬浮高速电机

技术领域

本实用新型涉及磁悬浮设备技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴承及采用该磁悬浮轴承的磁悬浮高速电机。

背景技术

随着科学技术的发展和生产的需求，磁悬浮高速电机(磁悬浮高速电机通常是指转速超过10000r/min的电机)已成为国际电工领域研究的热点之一。由于磁悬浮高速电机具有能量密度高、结构尺寸小、效率高、无需润滑等优点，目前已经广泛应用于高速离心式鼓风机、微型燃气轮机、高速离心压缩机、真空泵、有机朗肯循环发电、高速加工中心、飞轮储能等工业领域，并且其应用范围仍在不断扩大，磁悬浮高速电机的市场需求也迎来了爆发式增长。

磁悬浮轴承作为磁悬浮高速电机的核心零部件，其产业化的程度直接决定磁悬浮高速电机的产业化程度。现有技术的磁悬浮轴承，其定子铁芯普遍采用一体式的圆环形结构，例如，公开号为CN112324802A、名称为“一种无位置传感器径向磁悬浮轴承”的中国发明专利申请，以及公开号为CN114135581A、名称为“一种磁悬浮轴承系统及其控制方法”的中国发明专利申请，其定子铁芯皆采用了常规的一体式圆环形结构。磁悬浮轴承采用一体式圆环形结构的定子铁芯至少存在以下问题：一方面，在磁悬浮轴承制造过程中，不方便在封闭式圆环形定子铁芯里侧的磁极上绕制线圈，安装难度大，制作工艺复杂，制造圆环形定子铁芯的材料利用率低；另一方面，在磁悬浮轴承工作过程中，相邻的电磁控制磁路之间容易产生串磁现象，导磁材质的定子铁芯外圈即磁悬浮轴承外圈，容易产生漏磁现象，造成能量损失，进而对磁悬浮高速电机的电机转子精准控制造成影响。

发明内容

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种易于制造、装配的磁悬浮轴承，有效降低串磁、漏磁现象，提高电机转子控制精度。

基于一个总的技术构思，本实用新型所要解决的另一个技术问题是：提供一种磁悬浮高速电机，采用本实用新型的磁悬浮轴承，提高电机转子控制精度。

为解决上述关于磁悬浮轴承的技术问题，本实用新型的技术方案是：磁悬浮轴承，所述磁悬浮轴承包括：

轴承套；

电磁铁模块，在所述轴承套内沿其周向间隔布置有两个以上所述电磁铁模块，每一所述电磁铁模块包括铁芯和线圈，所述铁芯包括磁轭和位于所述磁轭里侧并且间隔设置的偶数个磁极，所述磁极上设置有所述线圈，偶数个所述线圈串联连接。

以下为对本实用新型磁悬浮轴承的多项进一步改进：

其中，所述电磁铁模块均布有四个，每一所述电磁铁模块的所述铁芯设置有两个磁极，或者四个磁极，或者六个磁极，或者八个磁极，或者十个磁极。

其中，所述电磁铁模块均布有两个，每一所述电磁铁模块的所述铁芯设置有四个磁极，或者六个磁极，或者八个磁极，或者十个磁极。

其中，所述磁轭的外侧面为与所述轴承套的内孔形状相适配的弧面。

其中，所述磁轭设置有磁轭通孔。

其中，所述轴承套的内孔为阶梯通孔，螺纹紧固件贯穿所述磁轭通孔，并与所述阶梯通孔的台阶部相连接。

其中，在所述轴承套的两端分别固定设置有环形压板，螺纹紧固件贯穿所述磁轭通孔，并与所述环形压板相连接。

为解决上述关于磁悬浮高速电机的技术问题，本实用新型的技术方案是：磁悬浮高速电机，所述磁悬浮高速电机包括电机转子，所述电机转子上设置有以上所述的磁悬浮轴承。

采用了上述技术方案后，本实用新型至少取得了如下有益效果：

由于本实用新型的磁悬浮轴承包括轴承套和设置在轴承套内沿其周向间隔布置的两个以上电磁铁模块，电磁铁模块包括铁芯和线圈，铁芯包括磁轭和位于磁轭里侧并且间隔设置的偶数个磁极，线圈设置在磁极上，偶数个线圈串联连接；与传统磁悬浮轴承采用封闭的一体式圆环形定子铁芯相比，本实用新型磁悬浮轴承的轴承套内电磁铁模块采用了分体式结构，电磁铁模块各自独立，工作过程中，相邻电磁控制磁路之间不宜产生串磁现象，电磁铁模块约束在轴承套内能有效降低漏磁，提高能量利用率，对电机转子的位置控制更精准；并且，电磁铁模块采用分体式结构，在磁悬浮轴承制造过程中，通过合理的排版，可以大大提高其铁芯原材料的利用率，降低原材料成本，易于在非封闭铁芯的磁极上绕制线圈，制造、装配方便；并且，采用分体式结构，使得后续维修更加具有针对性，无需整修整个磁悬浮轴承，也避免了因频繁组装拆卸造成的磁轴承损伤，降低了维修成本。

由于本实用新型的磁悬浮高速电机包括本实用新型的磁悬浮轴承，相应地，本实用新型的磁悬浮高速电机具有电机转子位置控制精准、不必频繁组装拆卸磁悬浮轴承、维修成本低的效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例的磁悬浮轴承结构示意图；

图2是图1的主视示意图；

图3是图1中的电磁铁模块结构示意图；

图4是图3中的铁芯结构示意图；

图5是铁芯另一种结构示意图；

图6是图5中的铁芯应用示意图；

图7是铁芯再一种结构示意图；

图8是图7中的铁芯应用示意图；

图中：1、轴承套；11、台阶部；2、电磁铁模块；21、铁芯；211、磁轭；2111、磁轭通孔；212、磁极；22、线圈；221、线圈引线；23、电磁控制磁路；3、螺纹紧固件。

具体实施方式

需要说明的是，在本文描述中，除非另有规定或限定，术语“相连”、“连接”、“相连接”等应做广义理解，可以是两个元件之间的直接相连，还可以是通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细的非限制性说明。

如图1至图4所示，本实用新型实施例的磁悬浮轴承包括：轴承套1和设置在轴承套1内沿其周向间隔布置的四个电磁铁模块2(即相邻的电磁铁模块2之间留有间隔距离)，四个电磁铁模块2用于分别对应控制着电机转子的X、-X、Y、-Y四个方向。每一电磁铁模块2包括铁芯21和设置在铁芯上的线圈22，其中，铁芯21包括磁轭211和位于磁轭211里侧并且间隔设置的偶数个磁极212(图中示意出了两个磁极的情形)，每一磁极212上套设有线圈22，并且偶数个线圈22之间串联连接，确保每一电磁铁模块2上所套设的线圈中的电流大小相同。线圈22设置有线圈引线221，连接前需通过安培定则进行判断，确保电磁铁模块的两个磁极中一个是N极,另一个是S极。

其中，轴承套1优选采用非导磁材料制造，例如，无磁不锈钢等。电磁铁模块2约束在轴承套1内，工作时能有效降低漏磁，提高能量利用率，进而提高对电机转子位置的控制精度。

其中，铁芯21优化设计为由若干片大小、形状相同的导磁片叠压焊接或粘接在一起形成，导磁片可以采用常用的硅钢片，也可以是其他符合磁性能的导磁材料，每个导磁片具有磁轭部和磁极部，磁轭部上加工有通孔(最好是两个或两个以上)，用于电磁铁模块的固定。

其中，磁轭211的外侧面是与轴承套1的内孔形状相适配的弧面结构，使得电磁铁模块更好地贴合在轴承套1的内孔面，进一步地，磁轭211设置有磁轭通孔2111，便于实现电磁铁模块与轴承套的牢固安装。

其中，电磁铁模块与轴承套的一种安装固定方式为：将轴承套1的内孔设置为阶梯通孔，螺纹紧固件3(例如，紧固螺栓或者紧固螺钉)贯穿磁轭通孔2111，并与阶梯通孔的台阶部11螺纹连接。

其中，电磁铁模块与轴承套的安装固定方式还可以为：在轴承套1的两端分别固定设置有环形压板，螺纹紧固件贯穿磁轭通孔，并与两环形压板紧固连接。在此不再详细图示此种固定方式。

显然，上述电磁铁模块2中，其铁芯21不局限于设置两个磁极，还可以设置为四个磁极，或者六个磁极，或者八个磁极，或者十个磁极，或者更多偶数个的磁极，参考图5和图6所示，每个磁极上均套设有线圈，每个电磁铁模块中的全部线圈通过串联方式连接在一起，连接前需通过安培定则判断，确保线圈通电后，从铁芯的一侧开始，每相邻两个磁极的极性分别是N极和S极。多个电磁铁模块、更多磁极和线圈的设置，尤其能满足大直径磁悬浮轴承对电机转子位置的多方向精准控制。

显然，轴承套内的电磁铁模块不局限于设置四个，如图7和图8所示，轴承套内还可以均布两个电磁铁模块，每一电磁铁模块的铁芯设置有四个磁极，在每个磁极上均套设有线圈，线圈之间串联连接。显然，磁极的数量不局限于四个，还可以是更多的偶数个，例如，六个磁极，或者八个磁极，或者十个磁极，或者更多偶数个的磁极，在此不再一一图示。

本实用新型实施例的磁悬浮轴承，其技术构思在于，轴承套内的电磁铁模块采用分体式结构，显然，电磁铁模块的数量不局限于上述的四个或两个的情形，还可以根据实际需求灵活设置，例如三个，或者多于四个，在此不作限制。

与传统磁悬浮轴承采用封闭的一体式圆环形定子铁芯相比，本实用新型实施例的磁悬浮轴承，由于其轴承套1内的电磁铁模块2采用了分体式结构，电磁铁模块各自独立，工作过程中，相邻电磁控制磁路23之间不宜产生串磁现象，电磁铁模块2约束在轴承套1内能有效降低漏磁，提高能量利用率，提高了对电机转子位置的控制精度；并且，电磁铁模块采用分体式结构，在磁悬浮轴承制造过程中，通过合理的排版，可以大大提高其铁芯原材料的利用率，降低原材料成本，易于在非封闭铁芯21的磁极212上绕制线圈22，制造、装配较为方便，电磁铁模块采用分体式独立加工，简化了加工工艺，统一加工标准，将原本一体式的复杂零组件，分成若干个可标准化生产的零件，提高了生产效率，实现了磁轴承产业化，为磁悬浮高速电机产业化提供了技术支撑。并且，采用分体式结构，使得后续维修更加具有针对性，无需整修整个磁悬浮轴承，也避免了因频繁组装拆卸造成的磁轴承损伤，降低了维修成本。

本实用新型的另一目的是提供一种磁悬浮高速电机，本实用新型实施例的磁悬浮高速电机，在其电机转子上设置有以上所述的磁悬浮轴承，磁悬浮高速电机的其余结构为本领域的已知技术，在此不再详细图示及赘述。基于本实用新型实施例的磁悬浮轴承的前述有益效果，本实用新型的磁悬浮高速电机至少具有电机转子位置控制精准、不必频繁组装拆卸磁悬浮轴承、维修成本低的有益效果。

以上所述为本实用新型较佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分皆为本领域的已知技术，本实用新型的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本实用新型的技术启示而进行的等效变换皆在本实用新型保护范围内。

Claims (8)

1.磁悬浮轴承，其特征在于，所述磁悬浮轴承包括：

轴承套；

电磁铁模块，在所述轴承套内沿其周向间隔布置有两个以上所述电磁铁模块，每一所述电磁铁模块包括铁芯和线圈，所述铁芯包括磁轭和位于所述磁轭里侧并且间隔设置的偶数个磁极，所述磁极上设置有所述线圈，偶数个所述线圈串联连接。

2.如权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述电磁铁模块均布有四个，每一所述电磁铁模块的所述铁芯设置有两个磁极，或者四个磁极，或者六个磁极，或者八个磁极，或者十个磁极。

3.如权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述电磁铁模块均布有两个，每一所述电磁铁模块的所述铁芯设置有四个磁极，或者六个磁极，或者八个磁极，或者十个磁极。

4.如权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述磁轭的外侧面为与所述轴承套的内孔形状相适配的弧面。

5.如权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述磁轭设置有磁轭通孔。

6.如权利要求5所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴承套的内孔为阶梯通孔，螺纹紧固件贯穿所述磁轭通孔，并与所述阶梯通孔的台阶部相连接。

7.如权利要求5所述的磁悬浮轴承，其特征在于，在所述轴承套的两端分别固定设置有环形压板，螺纹紧固件贯穿所述磁轭通孔，并与所述环形压板相连接。

8.磁悬浮高速电机，所述磁悬浮高速电机包括电机转子，其特征在于，所述电机转子上设置有权利要求1至7任一项所述的磁悬浮轴承。