本發(fā)明涉及磁懸浮軸承技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種永磁偏置軸向磁懸浮軸承及采用該軸承的離心壓縮機(jī)。

背景技術(shù)：

混合型磁懸浮軸承采用永磁材料產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)，能夠有效降低功率損耗，是磁懸浮軸承技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

目前的混合型軸向磁懸浮軸承一般包括主軸、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁鐵芯、定子導(dǎo)磁鐵芯、環(huán)形永磁體、右軸向磁極、控制繞組、左軸向磁極和推力盤，其利用軸向充磁的環(huán)形永磁體在左軸向間隙和右軸向間隙中建立偏置磁場(chǎng)，控制繞組產(chǎn)生的控制磁通與偏置磁場(chǎng)的磁通在左軸向間隙和右軸向間隙中疊加，從而實(shí)現(xiàn)軸向懸浮。當(dāng)混合型磁懸浮軸承應(yīng)用于軸向存在某一方向外力的場(chǎng)合，如離心壓縮機(jī)時(shí)，離心壓縮機(jī)的氣動(dòng)部分會(huì)對(duì)主軸產(chǎn)生一個(gè)軸向的拉力，從而增加了軸承的軸向控制難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種永磁偏置軸向磁懸浮軸承及離心壓縮機(jī)，有效降低了運(yùn)行過程中的軸向控制難度。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種永磁偏置軸向磁懸浮軸承，包括

右軸向磁極；

左軸向磁極，所述左軸向磁極與所述右軸向磁極相連接；

定子導(dǎo)磁鐵芯，所述定子導(dǎo)磁鐵芯設(shè)置在所述右軸向磁極的右側(cè)或所述左軸向磁極的左側(cè)；

主軸，所述主軸設(shè)置在所述左軸向磁極、所述右軸向磁極與所述定子導(dǎo)磁鐵芯所形成的軸向開孔中；

推力盤，所述推力盤套裝在所述主軸上，所述推力盤與所述定子導(dǎo)磁鐵芯之間設(shè)置有第一軸向間隙；以及

永磁體，所述永磁體設(shè)置在所述定子導(dǎo)磁鐵芯與所述右軸向磁極之間或所述定子導(dǎo)磁鐵芯與所述左軸向磁極之間。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一軸向間隙為0.1mm～1mm。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述推力盤與所述左軸向磁極之間設(shè)置有第二軸向間隙，所述推力盤與所述右軸向磁極之間設(shè)置有第三軸向間隙。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第二軸向間隙為0.1mm～1mm，所述第三軸向間隙為0.1mm～1mm。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述主軸與所述定子導(dǎo)磁鐵芯之間互不接觸。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述定子導(dǎo)磁鐵芯包括相互連接的軸向部和徑向部；所述徑向部與所述永磁體相接觸，所述軸向部與所述主軸平行。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述軸向部在所述主軸上的垂直投影的面積為0。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述軸向部在所述主軸上的垂直投影的面積大于0，且所述軸向部與所述主軸之間設(shè)置有第一徑向間隙。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一徑向間隙大于等于5mm。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述軸向部與所述右軸向磁極之間設(shè)置有第二徑向間隙。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第二徑向間隙大于等于5mm。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述永磁偏置軸向磁懸浮軸承還包括控制繞組；

所述控制繞組設(shè)置在所述左軸向磁極、所述右軸向磁極和所述推力盤所圍設(shè)的內(nèi)空間中，且所述控制繞組與所述左軸向磁極、所述右軸向磁極和所述推力盤均不接觸。

一種離心壓縮機(jī)，采用所述的永磁偏置軸向磁懸浮軸承。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明的永磁偏置軸向磁懸浮軸承，包括右軸向磁極、左軸向磁極、主軸、推力盤、定子導(dǎo)磁鐵芯和永磁體，永磁體的磁通通過右軸向磁極、左軸向磁極、推力盤和定子導(dǎo)磁鐵芯形成回路，從而構(gòu)建偏置磁場(chǎng)。在定子導(dǎo)磁鐵芯和推力 盤之間增設(shè)了一個(gè)軸向間隙，在永磁體的磁通下，該軸向間隙可以提供恒定存在的拉力，從而平衡了軸向方向的外力，降低了軸承的軸向控制難度。此外，本發(fā)明中去除了轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁鐵芯，進(jìn)而減少了裝配工序，簡(jiǎn)化了本發(fā)明軸承的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的離心壓縮機(jī)采用上述的永磁偏置軸向磁懸浮軸承，具有較高的工作效率和較長(zhǎng)的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的永磁偏置軸向磁懸浮軸承一實(shí)施例的剖視圖；

圖2為圖1所示的永磁偏置軸向磁懸浮軸承的工作原理圖；

圖3為本發(fā)明的永磁偏置軸向磁懸浮軸承另一實(shí)施例的剖視圖。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

本發(fā)明中，所述的外端是指遠(yuǎn)離主軸500的一端，內(nèi)端是指靠近主軸500的一端；“左”、“右”等方位詞均是以圖1至圖3的擺放位置為參照；軸向是指與主軸500平行或重合的方向，徑向是指與主軸500垂直的方向。

參見圖1至圖3，本發(fā)明提供了一種永磁偏置軸向磁懸浮軸承(以下簡(jiǎn)稱軸承)，其包括左軸向磁極300、右軸向磁極100、主軸500、推力盤600、定子導(dǎo)磁鐵芯200和永磁體700。其中，主軸500、定子導(dǎo)磁鐵芯200、推力盤600、左軸向磁極300和右軸向磁極100均可由實(shí)心軟磁材料制成；永磁體700可由稀土永磁材料制成，且永磁體700可為環(huán)形結(jié)構(gòu)，也可為非環(huán)形結(jié)構(gòu)。

其中，定子導(dǎo)磁鐵芯200設(shè)置在右軸向磁極100的右側(cè)；左軸向磁極300的右外端面310和右軸向磁極100的左外端面110相連接；主軸500設(shè)置在左軸向磁極300、右軸向磁極100和定子導(dǎo)磁鐵芯200所形成的軸向開孔400中；推力盤600套裝在主軸500上，且推力盤600與定子導(dǎo)磁鐵芯200之間設(shè)置有第一軸向間隙630；永磁體700設(shè)置在右軸向磁極100和定子導(dǎo)磁鐵芯200之間，永磁體700的磁通通過右軸向磁極100、左軸向磁極300、推力盤600和定子導(dǎo) 磁鐵芯200形成回路。本發(fā)明的軸承中，推力盤600與左軸向磁極300之間還設(shè)置有第二軸向間隙610，推力盤600與右軸向磁極100之間還設(shè)置有第三軸向間隙620。

需要說明的是，在其他實(shí)施例中，定子導(dǎo)磁鐵芯200也可以設(shè)置在左軸向磁極300的左側(cè)，此時(shí)，永磁體700設(shè)置在定子導(dǎo)磁鐵芯200與左軸向磁極300之間。

此外，本發(fā)明的軸承還包括控制繞組800，其中，控制繞組800設(shè)置在左軸向磁極300、右軸向磁極100和推力盤600所圍設(shè)的內(nèi)空間900中。一般地，控制繞組800由漆包線繞制而成。作為優(yōu)選，控制繞組800與左軸向磁極300、右軸向磁極100和推力盤600均不接觸。該方式有效防止了控制繞組800的漆包線破損后與其他組件相接觸造成的短路等現(xiàn)象的發(fā)生，提高了軸承的安全性和可靠性。其中，控制繞組800可為多套，為了控制方便，優(yōu)選為一套。

參見圖2，本發(fā)明的軸承的工作原理為：永磁體700的磁通(偏置磁通)通過右軸向磁極100、左軸向磁極300、推力盤600和定子導(dǎo)磁鐵芯200形成回路，并在第一軸向間隙630、第二軸向間隙610和第三軸向間隙620中建立靜態(tài)偏置磁場(chǎng)；控制繞組800通電后，控制繞組800的磁通(控制磁通)通過左軸向磁極300、右軸向磁極100和推力盤600形成回路，并在第二軸向間隙610和第三軸向間隙620中建立控制磁場(chǎng)。

當(dāng)軸承未工作時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，永磁體700產(chǎn)生的偏置磁通在第二軸向間隙610中的磁通小于在第一軸向間隙630和第三軸向間隙620處的總磁通，此時(shí)，推力盤600左側(cè)受到的吸力小于右側(cè)受到的吸力，推力盤600會(huì)受到一個(gè)向右的軸向磁拉力，因此，推力盤600向右偏移，與右軸向磁極100的左內(nèi)端面吸合；當(dāng)應(yīng)用該軸承的設(shè)備(如離心機(jī))工作時(shí)，推力盤600還會(huì)受到一個(gè)向左的軸向外力(與上述的軸向磁拉力方向相反)，在控制繞組800的控制下，使得該軸向外力與上述的軸向磁拉力始終保持動(dòng)態(tài)平衡，從而使推力盤600處于平衡位置。

如果推力盤600受到一個(gè)向左的軸向擾動(dòng)外力，推力盤600就會(huì)偏離平衡位置向左側(cè)軸向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致偏置磁場(chǎng)在第一軸向間隙630、第二軸向間隙610和 第三軸向間隙620中的磁通量發(fā)生變化，即第二軸向間隙610減小，第二軸向間隙610中的偏置磁通量增加，第一軸向間隙630和第三軸向間隙620增大，第一軸向間隙630和第三軸向間隙620中的偏置磁通量減??；由于磁極面積一定時(shí)，磁場(chǎng)吸力與磁場(chǎng)磁通量的平方成正比，因此造成向左的吸力增加，向右的吸力減小，導(dǎo)致向右的磁拉力減小，從而推力盤600將無法回到平衡位置；此時(shí)，位移傳感器檢測(cè)出推力盤600的偏離平衡位置的位移量，控制器將這一位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制電流，通入該控制電流的控制繞組800在第二軸向間隙610和第三軸向間隙620中建立控制磁場(chǎng)，第二軸向間隙610和第三軸向間隙620中的控制磁場(chǎng)與偏置磁場(chǎng)疊加，使得第二軸向間隙610中的偏置磁通量減小，第三軸向間隙620中的偏置磁通量增大，則向左的吸力減小，向右的吸力增加，從而向右的合成磁拉力增加，將推力盤600拉回平衡位置。同理，若推力盤600受到向右的軸向擾動(dòng)，帶位置負(fù)反饋的軸承通過控制器控制控制繞組800的控制電流，調(diào)節(jié)各間隙中的磁通大小，始終能夠保持推力盤600在平衡位置。

本發(fā)明在定子導(dǎo)磁鐵芯200和推力盤600之間增設(shè)了第一軸向間隙630，在永磁體700的磁通下，第一軸向間隙630可以提供恒定存在的拉力，從而平衡了軸向方向的外力，降低了軸承的軸向控制難度。

此外，在傳統(tǒng)的軸向磁懸浮軸承中，由于定子導(dǎo)磁鐵芯與轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁鐵芯不可避免的存在徑向磁拉力，從而對(duì)磁懸浮軸承產(chǎn)生徑向干擾，增加控制難度。本發(fā)明的軸承去除了轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁鐵芯，從而避免了轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁鐵芯所產(chǎn)生的徑向干擾，降低了徑向控制難度，并減少了裝配工序，簡(jiǎn)化了軸承的結(jié)構(gòu)，減輕了軸承的重量，有利于生產(chǎn)效率的提高和生產(chǎn)成本的降低。

本發(fā)明的軸承中，第一軸向間隙630的大小根據(jù)軸承的具體結(jié)構(gòu)以及軸承受到的軸向外力而定，優(yōu)選為0.1mm～1mm。較佳地，第二軸向間隙610與所述第三軸向間隙620大小相等，該方式能夠使第二軸向間隙610和第三軸向間隙620中的偏置磁通相等，從而保證推力盤600左右受力平衡，從而降低了軸承的軸向控制難度。作為優(yōu)選，第二軸向間隙610和第三軸向間隙620的間隙大小均為0.1mm～1mm。

需要說明的是，上述第一軸向間隙630、第二軸向間隙610和第三軸向間隙 620的具體數(shù)值均是指軸承正常工作，各部件位于平衡位置時(shí)測(cè)得的間隙大小。

參見圖1至圖3，定子導(dǎo)磁鐵芯200包括相互連接的軸向部220和徑向部210，其中，徑向部210與永磁體700相接觸，軸向部220與主軸500平行。該方式保證了定子導(dǎo)磁鐵芯200能夠與右軸向磁極100、左軸向磁極300和推力盤600相互配合實(shí)現(xiàn)磁通回路，減少了漏磁量。

較佳地，作為一種可實(shí)施方式，主軸500與定子導(dǎo)磁鐵芯200之間互不接觸。該方式有效降低了定子導(dǎo)磁鐵芯200對(duì)主軸500的徑向磁拉力，從而降低了定子導(dǎo)磁鐵芯200對(duì)軸承的徑向干擾，進(jìn)一步降低了軸承的徑向控制難度。其中，定子導(dǎo)磁鐵芯200與主軸500互不接觸包括以下兩種實(shí)現(xiàn)方式：

方式一：如圖1所示，軸向部220在主軸500上的垂直投影的面積為0，即軸向部220局部穿過軸向開孔400。該方式中，由于軸向部220在軸向方向上的垂直投影與主軸500不存在交集，因而，定子導(dǎo)磁鐵芯200不會(huì)對(duì)主軸500產(chǎn)生徑向磁拉力，從而避免了定子導(dǎo)磁鐵芯200對(duì)主軸500產(chǎn)生的徑向干擾，降低了軸承的徑向控制難度。

方式二：如圖3所示，軸向部220在主軸500上的垂直投影的面積大于0，并且，軸向部220的內(nèi)端面228與主軸500之間設(shè)置有第一徑向間隙224。該方式中，由于第一徑向間隙224的存在，大大降低定子導(dǎo)磁鐵芯200對(duì)主軸500產(chǎn)生的徑向干擾，且較長(zhǎng)的主軸500便于軸承與其他設(shè)備的裝配。作為優(yōu)選，主軸500為不導(dǎo)磁材料制成，更優(yōu)地，第一徑向間隙224大于等于5mm，不導(dǎo)磁材料和較大的徑向間隙進(jìn)一步降低了定子導(dǎo)磁鐵芯200對(duì)主軸500產(chǎn)生的徑向干擾。

繼續(xù)參見圖1至圖3，軸向部220的外端面226與右軸向磁極100之間設(shè)置有第二徑向間隙222。該方式防止了定子導(dǎo)磁鐵芯200的軸向部220與右軸向磁極100的直接接觸，避免了永磁體700的短路。較優(yōu)地，第二徑向間隙222大于等于5mm。較大間隙的設(shè)置進(jìn)一步避免了永磁體700的短路，同時(shí)降低了定子導(dǎo)磁鐵芯200與右軸向磁極100之間的相互干擾。

此外，本發(fā)明還提供了一種離心壓縮機(jī)，采用上述的永磁偏置軸向磁懸浮軸承。該離心壓縮機(jī)通過第一軸向間隙630的設(shè)置，有效平衡了軸向外力，便 于軸承的軸向控制，且本發(fā)明的離心壓縮機(jī)不包括轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁鐵芯，從而降低了軸承的徑向控制難度，從而提高了離心壓縮機(jī)的工作效率和使用壽命；同時(shí)，由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁鐵芯的去除，從而減少了離心壓縮機(jī)的裝配工序，簡(jiǎn)化了離心壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)，減輕了離心壓縮機(jī)的重量，有利于離心壓縮機(jī)生產(chǎn)效率的提高和生產(chǎn)成本的降低。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。