CN110953249A - 定向单磁路径向磁轴承及转动装置 - Google Patents

定向单磁路径向磁轴承及转动装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种定向单磁路径向磁轴承及转动装置，涉及轴承技术领域，本发明提供的定向单磁路径向磁轴承包括安装座以及多个设于安装座内的导体单元，导体单元安装有用于磁化导体单元的永磁铁，且导体单元上缠绕有线圈，多个导体单元围绕安装座的轴线间隔设置，且多个导体单元围设成用于转子进入的通道。本发明提供的定向单磁路径向磁轴承控制精度更高，可以有效的减少各个磁极之间相互串扰的问题，使得转子能够更稳定的运行。

Description

定向单磁路径向磁轴承及转动装置
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，尤其是涉及一种定向单磁路径向磁轴承及转动装置。
背景技术
磁轴承是通过磁力来支撑转子，定子与转子之间无机械接触，具有传统机械轴承无法替代的优势。传统的磁轴承根据径向电磁铁的配置结构不同，可以分为以下两类：
第一类磁轴承在一个旋转平面内定子磁极具有相同的极性，交变极性发生在轴向方向；如图1所示，图1为现有技术中第二类磁轴承的结构示意图，第二类磁轴承的磁极极性是围绕转子交变的，即定子磁极极性在一个给定的旋转平面变换序列为N－S－S－N－N－S－S－N。在第二类磁轴承中，如图1所示，当转子沿着背离箭头1的方向发生径向偏移时，磁轴承控制***能够根据偏移量自动计算出反向磁力大小，通过控制各个线圈电量的大小产生沿着箭头1方向的拉力将转子拉回到中间位置。但是当线圈出现短路等故障时各个闭合磁路之间可能会相互干扰，如图1所示，使得错误的两个磁极之间形成错误的闭合磁路，从而给予转子一个沿着箭头2方向的拉力，不利于转动装置的稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定向单磁路径向磁轴承，其控制精度更高，可以有效的减少各个磁极之间相互串扰的问题，使得转子能够更稳定的运行。另外提供一种具有上述定向单磁路径向磁轴承的转动装置。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种定向单磁路径向磁轴承，包括安装座以及多个设于所述安装座内的导体单元，所述导体单元安装有用于磁化所述导体单元的永磁铁，且所述导体单元上缠绕有线圈，多个所述导体单元围绕所述安装座的轴线间隔设置，且多个所述导体单元围设成用于转子进入的通道。
进一步地，所述导体单元包括第一导体和第二导体，所述线圈缠绕在所述第一导体上，所述永磁铁夹设于所述第一导体与所述第二导体之间，所述第一导体具有朝向所述转子设置的第一磁极，所述第二导体具有两个朝向所述转子设置且位于所述第一磁极两侧的第二磁极。
进一步地，所述第一导体、第二导体和所述永磁铁连接呈“E”形结构。
进一步地，所述第一导体与所述第二导体均与所述永磁铁卡接。
进一步地，所述第一磁极为N极，所述第二磁极为S极。
进一步地，所述安装座包括压盖组件以及底板，所述压盖组件通过第一锁紧组件与所述底板连接，且所述压盖组件与所述底板之间形成用于夹紧多个所述导体单元的安装腔。
进一步地，所述压盖组件包括顶盖以及压环，所述顶盖上设有多个用于检测所述转子位移的传感器，所述压环具有用于容纳所述顶盖的凹腔，所述传感器通过第二锁紧组件与所述压环连接。
进一步地，沿着所述压环的周向，所述压环上具有至少一个用于与所述顶盖卡接的第一卡槽。
进一步地，还包括多个设于所述定向单磁路径向磁轴承外表面的第二卡槽，所述第二卡槽自所述导体单元的外表面延伸至所述安装座的外表面，所述第二卡槽用于与待安装设备卡接。
第二方面，本发明还提供一种转动装置，包括上述方案所述的定向单磁路径向磁轴承。
本发明提供的定向单磁路径向磁轴承及转动装置能产生如下有益效果：
在使用上述定向单磁路径向磁轴承时，永磁铁将导体单元磁化成N极以及S极，起到偏置的作用，当转子在某个方向相对于中心位置发生径向偏移时，远离该偏移方向的导体单元上的线圈通电，吸引转子，将转子控制在中心位置。
相对于现有技术来说，本发明第一方面提供的定向单磁路径向磁轴承具有多个导体单元，各个导体单元之间相互独立，在使用过程中可以分别对每个导体单元中的线圈进行控制，即上述定向单磁路径向磁轴承具有多个控制回路，控制精度更高，可以有效的减少各个磁极之间相互串扰的问题，使得转子能够更稳定的运行。
本发明第二方面提供的转动装置有本发明第一方面提供的定向单磁路径向磁轴承，从而具有本发明第一方面提供的定向单磁路径向磁轴承所具有的一切有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中第二类磁轴承的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的定向单磁路径向磁轴承的三维结构示意图；
图3为本发明实施例提供的定向单磁路径向磁轴承的***图；
图4为本发明实施例提供的定向单磁路径向磁轴承的正视图；
图5为图4的A－A截面图。
图标：1－箭头；2－箭头；3－安装座；31－压盖组件；311－顶盖；312－压环；3121－第一卡槽；32－底板；4－导体单元；41－永磁铁；42－第一磁极；43－第二磁极；5－线圈；6－通道；7－第一锁紧组件；8－传感器；9－第二锁紧组件；10－第二卡槽。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1为现有技术中第二类磁轴承的结构示意图；图2为本发明实施例提供的定向单磁路径向磁轴承的三维结构示意图；图3为本发明实施例提供的定向单磁路径向磁轴承的***图；图4为本发明实施例提供的定向单磁路径向磁轴承的正视图；图5为图4的A－A截面图。
本发明第一方面的实施例在于提供一种定向单磁路径向磁轴承，如图1和图2所示，包括安装座3以及多个设于安装座3内的导体单元4，导体单元4安装有用于磁化导体单元4的永磁铁41，且导体单元4上缠绕有线圈5，多个导体单元4围绕安装座3的轴线间隔设置，且多个导体单元4围设成用于转子进入的通道6。
在使用上述定向单磁路径向磁轴承时，永磁铁41将导体单元磁化成N极以及S极，起到偏置的作用，当转子在某个方向相对于中心位置发生径向偏移时，远离该偏移方向的导体单元4上的线圈5通电，吸引转子，将转子控制在中心位置。
相对于现有技术来说，本发明第一方面的实施例提供的定向单磁路径向磁轴承具有多个导体单元4，各个导体单元4之间相互独立，在使用过程中可以分别对每个导体单元4中的线圈5进行控制，即上述定向单磁路径向磁轴承具有多个控制回路，控制精度更高，可以有效的减少各个磁极之间相互串扰的问题，使得转子能够更稳定的运行。
其中，安装座3内可以设有两个、三个、四个、五个等多个导体单元4。
在至少一个实施例中，如图5所示，安装座3内设有四个导体单元4，四个导体单元4围绕安装座3的轴线均匀间隔分布。
具体地，如图5所示，导体单元4包括第一导体和第二导体，线圈5缠绕在第一导体上，永磁铁41夹设于第一导体与第二导体之间，第一导体具有朝向转子设置的第一磁极42，第二导体具有两个朝向转子设置且位于第一磁极42两侧的第二磁极43。
面向图5的方向，以最左侧的导体单元4为例进行具体说明，两个第二磁极43分别位于第一磁极的上侧和下侧，在使用过程中，第一磁极42可以与上侧的第二磁极43构成一个磁性回路，也可以与下侧的第二磁极43构成一个磁性回路，即两个第二磁极43共用一个第一磁极42，结构更加紧凑，增加了上述径向磁轴承的控制方向，控制精度更高。
在至少一个实施例中，如图5所示，第一导体、第二导体和永磁铁41连接呈“E”形结构。第一导体相当于“E”形结构中部的支路，第二导体弯曲呈类似“U”形结构，且第二导体远离转子的外表面配合安装座3弯曲呈弧形，永磁铁41位于第一磁极42与第二磁极43之间以磁化第一导体和第二导体。上述结构设置便于第一导体与第二导体的末端对准转子，使得导体单元4的结构更加的简单。
具体地，如图5所示，为了方便第一导体与永磁铁41的连接以及第二导体与永磁铁41的连接，第一导体与第二导体均与永磁铁41卡接。
在一些实施例中，如图5所示，永磁铁41面向第一导体的表面具有第一卡槽，第一卡槽的延伸方向平行于安装座的轴向，第一导体上设有用于卡入第一卡槽中的第一卡块，以沿着径向以及周向限定第一导体相对于永磁铁41的位置；永磁铁41面向第二导体的表面具有第二卡槽，第二卡槽的延伸方向平行于安装座的轴向，第二导体上设有用于卡入第二卡槽中的第二卡块，以沿着径向以及周向限定永磁铁41相对于第二导体的位置。沿着安装座的轴向，第一导体、第二导体以及永磁铁41三者之间的位置可以通过安装座进行限定。
在另一些实施例中，永磁铁41面向第一导体的表面可以具有第三卡块，第一导体上设有用于第三卡块卡入的第三卡槽，第三卡槽的延伸方向平行于安装座的轴向；永磁铁41面向第二导体的表面具有第四卡块，第二导体上设有用于第四卡块卡入第四卡槽，第四卡槽的延伸方向平行于安装座的轴向。沿着安装座的轴向，第一导体、第二导体以及永磁铁41三者之间的位置可以通过安装座进行限定。
在一些实施例中，如图5所示，第一磁极42为N极，第二磁极43为S极。
在一些实施例中，如图2和图3所示，为了使得安装座3能够牢固的限定多个导体单元4的位置，安装座3包括压盖组件31以及底板32，压盖组件31通过第一锁紧组件7与底板32连接，且压盖组件31与底板32之间形成用于夹紧多个导体单元4的安装腔。
在使用时，可以先将多个导体单元4放置于底板32上，随后将压盖组件31扣设于多个导体单元4上，最后使用第一锁紧组件7将压盖组件31与底板32进行连接；也可以先将多个导体单元4放置于压盖组件31上，随后将底板32对准多个导体单元4，随后使用第一锁紧组件7将压盖组件31与底板32进行连接。
为了使得多个导体单元4更牢固的夹设于压盖组件31与底板32之间，压盖组件31上可以设有与各个导体单元4上轮廓相配合的凹槽，以限定各个导体单元4相对于压盖组件31的位置；或者底板32上设有与各个导体单元4下轮廓相配合的凹槽，以限定各个导体单元4相对于底板32的位置。
需要说明的是，凡是能够将压盖组件31与底板32连接的结构都可以是上述实施例所提及的第一锁紧组件7。例如：第一锁紧组件7可以包括螺栓和螺钉，第一锁紧组件7也可以包括设于压盖组件31与底板32上的卡扣，等等。
在至少一个实施例中，如图3所示，第一锁紧组件7包括多个螺栓以及与多个螺栓一一对应配合的多个螺母，压盖组件31与底板32上设有用于螺栓穿过的通孔，螺栓穿过通孔后通过螺母进行锁紧。
在上述实施例的基础上，如图3所示，可选地，压盖组件31包括顶盖311以及压环312，顶盖311上设有多个用于检测转子位移的传感器8，顶盖311的设置便于传感器的安装，压环312具有用于容纳顶盖311的凹腔，传感器8通过第二锁紧组件9与压环312连接。上述压盖组件31中顶盖311与压环312相配合，使得压盖组件31的结构更加的牢固，能够将多个导体单元4稳定的压紧在底板32上。
传感器8用于检测转子的位移，以获取转子的移动方向，随后可以通过控制电路控制与移动方向相反的导体单元4上的线圈5通电。以图3为例进行具体说明，当导体单元4的数量为四个时，顶盖311上设有四个传感器8，即传感器8与导体单元4一一对应设置。
压环312包括环体以及与环体连接的多个压板；压环上可以设有用于容纳顶盖的环槽，使得顶盖311嵌设于环体内；压板用于压住相邻两个导体单元中相邻的两个第二磁极43，顶盖311上的各个传感器可以通过第二锁紧组件9与压板连接。
需要说明的是，凡是能够将传感器8与压环312连接的结构都可以是上述实施例所提及的第二锁紧组件9。例如：第二锁紧组件9可以包括多个螺钉，第二锁紧组件9也可以包括多个卡扣，等等。
另外，为了方便顶盖311与压环312的连接，如图3所示，沿着压环312的周向压环312上具有至少一个用于与顶盖311卡接的第一卡槽3121。
顶盖311具有伸入第一卡槽3121的卡片，在安装时可以直接将顶盖311上的卡片卡入第一卡槽3121中，限定顶盖311相对于压环312的位置，使得顶盖311上的孔洞能够直接对准压环312上的孔洞，不需要安装人员进行找准，方便顶盖311与压环312的连接。
在一些实施例中，如图4所示，为了方便上述定向单磁路径向磁轴承与待安装设备的连接，上述定向单磁路径向磁轴承还包括多个设于定向单磁路径向磁轴承外表面的第二卡槽10，第二卡槽10自导体单元4的外表面延伸至安装座3的外表面，第二卡槽10用于与待安装设备卡接。
具体地，上述第二卡槽10的延伸方向平行于安装座3的轴向。在装配时，可以将第二卡槽10与待安装设备卡接，沿安装座3的周向限定磁轴承相对于待安装设备的位置。
本发明第二方面的实施例提供一种转动装置，本发明第二方面的实施例提供的转动装置包括上述定向单磁路径向磁轴承。
本发明第二方面提供的转动装置有本发明第一方面的实施例提供的定向单磁路径向磁轴承，在使用过程中，转动装置的转动过程更加的稳定，具有更高的精确度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种定向单磁路径向磁轴承，其特征在于，包括安装座(3)以及多个设于所述安装座(3)内的导体单元(4)，所述导体单元(4)安装有用于磁化所述导体单元(4)的永磁铁(41)，且所述导体单元(4)上缠绕有线圈(5)，多个所述导体单元(4)围绕所述安装座(3)的轴线间隔设置，且多个所述导体单元(4)围设成用于转子进入的通道(6)。
2.根据权利要求1所述的定向单磁路径向磁轴承，其特征在于，所述导体单元(4)包括第一导体和第二导体，所述线圈(5)缠绕在所述第一导体上，所述永磁铁(41)夹设于所述第一导体与所述第二导体之间，所述第一导体具有朝向所述转子设置的第一磁极(42)，所述第二导体具有两个朝向所述转子设置且位于所述第一磁极(42)两侧的第二磁极(43)。
3.根据权利要求2所述的定向单磁路径向磁轴承，其特征在于，所述第一导体、第二导体和所述永磁铁(41)连接呈“E”形结构。
4.根据权利要求2所述的定向单磁路径向磁轴承，其特征在于，所述第一导体与所述第二导体均与所述永磁铁(41)卡接。
5.根据权利要求2所述的定向单磁路径向磁轴承，其特征在于，所述第一磁极(42)为N极，所述第二磁极(43)为S极。
6.根据权利要求1所述的定向单磁路径向磁轴承，其特征在于，所述安装座(3)包括压盖组件(31)以及底板(32)，所述压盖组件(31)通过第一锁紧组件(7)与所述底板(32)连接，且所述压盖组件(31)与所述底板(32)之间形成用于夹紧多个所述导体单元(4)的安装腔。
7.根据权利要求6所述的定向单磁路径向磁轴承，其特征在于，所述压盖组件(31)包括顶盖(311)以及压环(312)，所述顶盖(311)上设有多个用于检测所述转子位移的传感器(8)，所述压环(312)具有用于容纳所述顶盖(311)的凹腔，所述传感器(8)通过第二锁紧组件(9)与所述压环(312)连接。
8.根据权利要求7所述的定向单磁路径向磁轴承，其特征在于，沿着所述压环(312)的周向，所述压环(312)上具有至少一个用于与所述顶盖(311)卡接的第一卡槽(3121)。
9.根据权利要求1所述的定向单磁路径向磁轴承，其特征在于，还包括多个设于所述定向单磁路径向磁轴承外表面的第二卡槽(10)，所述第二卡槽(10)自所述导体单元(4)的外表面延伸至所述安装座(3)的外表面，所述第二卡槽(10)用于与待安装设备卡接。
10.一种转动装置，其特征在于，包括如权利要求1－9任一项所述的定向单磁路径向磁轴承。
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