磁悬浮轴承、压缩机的制作方法

工程元件,部件;绝热;紧固件装置的制造及其应用技术1.本发明属于轴承制造技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴承、压缩机。背景技术：2.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。3.磁力轴承分为主动式、被动式、混合式三种类型，主动式磁力轴承刚度大，可以精密控制，但产生单位承载力所需体积和功耗较大；被动式磁力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；混合式磁力轴承运用永磁体提供偏置磁场取代主动式磁悬浮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；混合式磁力轴承对体积和功耗有严格要求的领域有着不可替代的优势，磁力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。4.现有技术中的磁悬浮轴承(以三自由度轴承为例)结构如图1及图2所示，永磁体1产生径向-轴向偏置磁场4，在轴向铁芯6、径向铁芯3与轴承转子10的轴向与径向气隙中形成偏置磁通。轴向控制绕组7通入控制电流，产生轴向控制磁场5，调节轴向气隙中的偏置磁场，实现转轴的轴向悬浮控制；径向控制绕组8通入控制电流，产生径向控制磁场9，调节径向气隙中的偏置，实现转轴的径向悬浮控制，从而实现转轴三自由度悬浮，其存在如下问题：①轴向控制绕组与径向控制绕组均装配在径向铁芯上，存在绕组安装困难；②径向与轴向绕组集中排布，绕组线包过大，三自由度轴承轴向空间变大，转轴变长，极限转速低；③轴向线圈出线困难，不容易从内部导出。技术实现要素：5.因此，本发明提供一种磁悬浮轴承、压缩机，能够克服相关技术中的轴向绕组与径向绕组均装配在径向铁芯上导致绕组安装困难，绕组集中排布导致绕组线包过大、轴承占用转轴轴长空间过大的不足。6.为了解决上述问题，本发明提供一种磁悬浮轴承，包括轴向控制组件、径向控制组件，其中，所述轴向控制组件包括轴向铁芯以及处于所述轴向铁芯之内的轴向绕组组件，所述轴向绕组组件套装于所述径向控制组件的外圆周侧。7.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括定位环，所述轴向铁芯包括相对组装的第一铁芯壳体及第二铁芯壳体，所述第一铁芯壳体的内侧具有第一定位环台，所述定位环配合连接于所述第一定位环台的轴向一侧上，且所述轴向绕组组件连接于所述定位环远离所述第一定位环台的一侧，所述第一铁芯壳体与所述第二铁芯壳体形成对所述轴向绕组组件以及所述定位环的轴向夹持。8.在一些实施方式中，所述轴向绕组组件包括骨架支撑环以及绕设于所述骨架支撑环的环槽内的轴向控制绕组，所述轴向绕组组件通过所述骨架支撑环与所述定位环可拆卸连接。9.在一些实施方式中，所述定位环上具有沿其轴向连通的出线孔，所述轴向控制绕组的引出线穿行于所述出线孔中。10.在一些实施方式中，所述出线孔内插装有导线骨架，所述轴向控制绕组的引出线穿行于所述导线骨架的中心通孔中。11.在一些实施方式中，所述径向控制组件包括导磁环、径向铁芯以及绕设于所述径向铁芯的定子齿上的径向控制绕组，所述导磁环套装于所述径向铁芯的外圆周壁上，所述定位环的中心孔壁上具有第二定位环台，所述导磁环配合连接于所述第二定位环台的轴向一侧。12.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括磁钢组件，所述磁钢组件有两组，两组所述磁钢组件分别连接于所述导磁环的轴向两个端面上。13.在一些实施方式中，所述磁钢组件包括多个磁钢、磁钢定位环，所述磁钢定位环上具有沿其周向间隔设置的多个定位槽，多个所述磁钢分别一一对应地处于多个所述定位槽中。14.在一些实施方式中，所述磁钢与所述导磁环的轴向端面粘贴；和/或，所述磁钢定位环与所述导磁环的轴向端面可拆卸连接。15.在一些实施方式中，所处磁悬浮轴承还包括转子组件，所述转子组件包括非导磁套环以及套装于其外圆周侧的转子铁芯，所述转子铁芯的轴向两端设置有铁芯轴端挡板以对所述转子铁芯的轴向定位，所述铁芯轴端挡板导磁，且所述铁芯轴段挡板与与之邻近的所述第一铁芯壳体或者第二铁芯壳体之间形成轴向调整间隙；或者，所述转子组件包括导磁套环以及套装于其外圆周侧的转子铁芯，所述转子铁芯的轴向两端设置有铁芯轴端挡板以对所述转子铁芯的轴向定位，所述铁芯轴端挡板导磁，且所述铁芯轴端挡板与与之邻近的所述第一铁芯壳体或者第二铁芯壳体之间形成轴向调整间隙。16.在一些实施方式中，当所述转子组件包括导磁套环时，所述铁芯轴端挡板与所述转子铁芯的对应端部之间还设有隔磁板。17.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括转子组件，所述转子组件包括转子铁芯，所述转子铁芯套装于止推盘的外圆周侧，所述转子铁芯的轴向两端设置有铁芯轴端挡板以对所述转子铁芯的轴向定位，所述铁芯轴端挡板导磁。18.在一些实施方式中，两个所述铁芯轴端挡板中的至少一个具有朝向所述转子铁芯一侧沿其轴向延伸的延伸套环，所述延伸套环套装于所述转子铁芯的中心通孔与所述止推盘的外圆周壁之间。19.在一些实施方式中，所述转子组件还包括非导磁套环或者导磁套环，所述转子铁芯以及所述非导磁套环或者导磁套环与所述止推盘之间通过定位螺钉实现定位。20.本发明还提供一种压缩机，包括上述的磁悬浮轴承。21.本发明提供的一种磁悬浮轴承、压缩机，与现有技术中的轴向控制绕组及径向控制绕组集中排布的方式相较，该技术方案中的轴向绕组组件处于径向控制组件的径向外侧位置，如此一方面能够减小磁悬浮轴承整体的轴向尺寸，进而减小了对转轴轴长空间的占据，使转轴的轴长可以设计的更短，如此相应的转轴的极限转速可以设计的更高，另一方面，由于轴向控制绕组与径向控制绕组在轴承径向上形成内向外的排布，两者绕组的绕线空间趋于合理，从而能够便于绕组绕线，进而能够保证绕组的槽满率，如此在轴承性能相同的前提下绕组自身的结构更加紧凑、体积更小，同时，处于外侧的轴向控制绕组还能够更加方便的将绕组引线引出。附图说明22.图1为现有技术中的三自由度磁悬浮轴承的内部结构示意图(剖面图)，图中箭头示出轴向控制磁场的流向；23.图2为图1中的磁悬浮轴承的径向控制磁场的流向示意图；24.图3为本发明一种实施例的磁悬浮轴承的背部结构示意图(剖面图)，图中箭头示出轴向控制磁场的流向；25.图4为图2中的分解结构示意图；26.图5为图4组装后的局部剖视图；27.图6至图12分别为不同实施例中的磁悬浮轴承中的转子组件的结构示意图(含轴向铁芯部分结构)。28.附图标记表示为：29.1、导线骨架；2、导磁环；3、径向铁芯；4、径向—轴向偏置磁场；5、轴向控制磁场；6、轴向铁芯；7、轴向控制绕组；8、径向控制绕组；9、径向控制磁场；10、轴承转子；100、轴向控制组件；101、轴向铁芯；1011、第一铁芯壳体；1012、第二铁芯壳体；102、轴向绕组组件；1021、骨架支撑环；1022、轴向控制绕组；200、径向控制组件；201、径向铁芯；202、径向控制绕组；203、导磁环；300、定位环；301、导线骨架；400、磁钢组件；401、磁钢；402、磁钢定位环；500、转子组件；501、非导磁套环；502、转子铁芯；503、铁芯轴端挡板；504、隔磁板；505、导磁套环；600、止推盘。具体实施方式30.结合参见图2至图12所示，根据本发明的实施例，提供一种磁悬浮轴承，包括轴向控制组件100、径向控制组件200，其中，所述轴向控制组件100包括轴向铁芯101以及处于所述轴向铁芯101之内的轴向绕组组件102，所述轴向绕组组件102套装于所述径向控制组件200的外圆周侧。与现有技术中的轴向控制绕组及径向控制绕组集中排布的方式相较，该技术方案中的轴向绕组组件102处于径向控制组件200的径向外侧位置，如此一方面能够减小磁悬浮轴承整体的轴向尺寸，进而减小了对转轴轴长空间的占据，使转轴的轴长可以设计的更短，如此相应的转轴的极限转速可以设计的更高，另一方面，由于轴向控制绕组与径向控制绕组在轴承径向上形成内向外的排布，两者绕组的绕线空间趋于合理，从而能够便于绕组绕线，进而能够保证绕组的槽满率，如此在轴承性能相同的前提下绕组自身的结构更加紧凑、体积更小，同时，处于外侧的轴向控制绕组还能够更加方便的将绕组引线引出。31.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括定位环300，所述轴向铁芯101包括相对组装的第一铁芯壳体1011及第二铁芯壳体1012，所述第一铁芯壳体1011的内侧具有第一定位环台，所述定位环300配合连接于所述第一定位环台的轴向一侧上，且所述轴向绕组组件102连接于所述定位环300远离所述第一定位环台的一侧，所述第一铁芯壳体1011与所述第二铁芯壳体1012形成对所述轴向绕组组件102以及所述定位环300的轴向夹持，需要说明的是，该技术方案中的定位环300一方面作为轴向绕组组件102的组装载体，使轴向绕组组件102的轴向及径向位置予以确定，同时，其还能够作为轴承内部其他部件的定位基准，从而利于内部其他部件的定位更加准确。32.作为一种具体的实现方式，所述轴向绕组组件102包括骨架支撑环1021以及绕设于所述骨架支撑环1021的环槽内的轴向控制绕组1022，所述轴向绕组组件102通过所述骨架支撑环1021与所述定位环300可拆卸连接，例如骨架支撑环1021上具有与所述定位环300匹配的卡扣，两者之间卡扣连接实现定位。在具体组装方面，可以先将轴向控制绕组1022绕设于骨架支撑环1021的环槽内，然后再将成为整体的轴向绕组组件102与定位环300连接即可，组装方便。在一个实施例中，所述定位环300上具有沿其轴向连通的出线孔，所述轴向控制绕组1022的引出线穿行于所述出线孔中，作为优选，所述出线孔内插装有导线骨架301，所述轴向控制绕组1022的引出线穿行于所述导线骨架301的中心通孔中，所述导线骨架301的材质可以选择绝缘的具有一定柔性的材质，以对其内穿行的引出线形成保护，防止其磨损、提高绝缘性能。需要特别说明的是，本发明中的轴向控制绕组1022仅设置一组，由于其处于径向控制组件的径向外侧，可以使其处于径向控制组件的轴向方向的居中位置，其产生的电磁控制磁通基本可实现两侧同等出力，漏磁较少，同时与现有技术中的两个轴向控制绕组的设置方式相比较，单个控制绕组接线工艺和组装，安装方便。33.在一些实施方式中，所述径向控制组件200包括导磁环203、径向铁芯201以及绕设于所述径向铁芯201的定子齿上的径向控制绕组202，所述导磁环203套装于所述径向铁芯201的外圆周壁上，所述定位环300的中心孔壁上具有第二定位环台，所述导磁环203配合连接于所述第二定位环台的轴向一侧。如此，需要特别说明的是，该技术方案中的径向铁芯201的安装基准由处于径向最外侧的轴向铁芯101(具体举例为第一铁芯壳体1011)上的第一定位环台-定位环300-定位环300的内侧的第二定位环台-导磁环203-导磁环203的中心通孔孔壁共同决定，这一定位尺寸链中不涉及现有技术中的磁钢(例如永磁体)，这一尺寸链中的各个部件的定位配合面(例如第一定位环台的轴向一侧及环台圆周壁，第二定位环台的轴向一侧及环台圆周壁，定位环的轴向一侧以及内外圆周壁，导磁环的轴向一侧以及内外圆周壁)皆可以采用机加工等方式保证其形位精度，从而使径向铁芯201的定位更加准确，而现有技术中的径向铁芯201的定位由于与磁钢有关联，径向铁芯201的定位精度误差较大。34.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括磁钢组件400，所述磁钢组件400有两组，两组所述磁钢组件400分别连接于所述导磁环203的轴向两个端面上，具体而言，所述磁钢组件400包括多个磁钢401、磁钢定位环402，所述磁钢定位环402上具有沿其周向间隔设置的多个定位槽，多个所述磁钢401分别一一对应地处于多个所述定位槽中，多个定位槽沿着所述磁钢定位环402的周向均匀布置，从而使多个所述磁钢401的布置间隔一致。如前文记载，本发明将磁钢由现有技术中的作为定位精准的位置调整到导磁环203的轴向两侧，能够无需考虑磁钢精度对径向铁芯201的定位精度的不利影响，也即径向定子铁芯定位结构由于不需考虑避开永磁体而更容易设计、制造和装配。另外，在磁悬浮轴承出力要求相同的前提下，两侧相比居中可选用单个规格尺寸仅一半的永磁体，减少物料成本。35.所述磁钢401与所述导磁环203的轴向端面粘贴；和/或，所述磁钢定位环402与所述导磁环203的轴向端面可拆卸连接，例如，所述磁钢定位环402与所述导磁环203之间可以设置相应的插接结构或者螺纹连接结构实现两者的课拆卸连接。36.在一些实施方式中，所处磁悬浮轴承还包括转子组件500，所述转子组件500包括非导磁套环501以及套装于其外圆周侧的转子铁芯502，所述转子铁芯502的轴向两端设置有铁芯轴端挡板503以对所述转子铁芯502的轴向定位，所述铁芯轴端挡板503导磁，且所述铁芯轴段挡板503与与之邻近的所述第一铁芯壳体1011或者第二铁芯壳体1012之间形成轴向调整间隙；或者，所述转子组件500包括导磁套环505以及套装于其外圆周侧的转子铁芯502，所述转子铁芯502的轴向两端设置有铁芯轴端挡板503以对所述转子铁芯502的轴向定位，所述铁芯轴端挡板503导磁，且所述铁芯轴端挡板503与与之邻近的所述第一铁芯壳体1011或者第二铁芯壳体1012之间形成轴向调整间隙。37.在一些实施方式中，当所述转子组件500包括导磁套环505时，所述铁芯轴端挡板503与所述转子铁芯502的对应端部之间还设有隔磁板504。38.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括转子组件500，所述转子组件500包括转子铁芯502，所述转子铁芯502套装于止推盘600的外圆周侧，所述转子铁芯502的轴向两端设置有铁芯轴端挡板503以对所述转子铁芯502的轴向定位，所述铁芯轴端挡板503导磁。39.在一些实施方式中，两个所述铁芯轴端挡板503中的至少一个具有朝向所述转子铁芯502一侧沿其轴向延伸的延伸套环，所述延伸套环套装于所述转子铁芯502的中心通孔与所述止推盘600的外圆周壁之间。40.在一些实施方式中，所述转子组件500还包括非导磁套环501或者导磁套环504，所述转子铁芯502以及所述非导磁套环501或者导磁套环504与所述止推盘600之间通过定位螺钉实现定位。41.本发明的磁悬浮轴承具体可以遵循以下方式进行组装：42.如图3所示，径向控制绕组202嵌入径向铁芯201中构成径向轴承组件，加热导磁环203，径向轴承组件热套于导磁环203内，与导磁环203内壁凸台(也即前文的第二定位环台)紧密贴合，导磁环203冷却后，实现径向轴承组件固定安装，磁钢401通过强胶粘粘于导磁环203两侧，构成总径向轴承组件；轴向控制绕组1022缠绕于轴向绕组支撑环(也即前文的骨架支撑环1021)内侧构成轴向绕组组件，通过骨架上的凸台卡扣，实现轴向控制绕组1022与轴向绕组支撑环一体化，构成总轴向绕组，总轴向绕组与定位环300配合，实现轴向绕线骨架径向和轴向上的固定，同时，定位环300应采用隔磁材料，防止漏磁，轴向引出线通过导线骨架301导出；加热前轴向铁芯(也即第一铁芯壳体1011)，依次套入定位环300、总轴向绕组、总径向轴承组件，前轴向铁芯内侧存在台阶定位(也即第一定位环台)，定位环300凸台紧密贴合，实现固定安装，导磁环203内侧存在台阶定位，总径向轴承组件与台阶紧密贴合，通过螺钉锁紧实现固定安装，构成三自由度前轴承组件，依次向压缩机内部装配三自由度前轴承组件、转子组件500500、后轴向铁芯(第二铁芯壳体1012)，构成三自由度磁悬浮轴承，实现对转轴三自由度的悬浮控制。43.其中，永磁体(也即前述磁钢401)产生轴向-径向偏置磁场，分别于径向与轴向气隙中形成偏置磁场强度，止推盘600位于中心时，磁悬浮轴承对称径向与轴向气隙中的磁场强度相同，止推盘稳定悬浮，止推盘径向偏移中心时，磁悬浮轴承对称径向气隙的磁场强度不同，止推盘持续径向偏移，直至失稳，需通过径向控制绕组，产生径向控制磁场调节径向气隙的磁场强度，使止推盘反向偏移，直至中心，实现径向稳定悬浮，轴向控制逻辑相同，实现三自由度轴承的稳定悬浮。44.根据本发明的实施例，还提供一种压缩机，包括上述的磁悬浮轴承。45.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。46.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。









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