CN114517808A - 用于储能设备的径轴向一体式磁轴承和储能设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于储能设备的径轴向一体式磁轴承和储能设备，所述径轴向一体式磁轴承包括轴承转子和轴承定子，轴承转子的轴线沿上下方向延伸，轴承转子的下端设有沿轴承转子的周向延伸的环形转子磁钢，轴承定子位于轴承转子的下端，轴承定子的上端面具有凹槽，凹槽的壁面上设有沿轴承转子的周向延伸的环形定子磁钢，环形定子磁钢的至少部分在上下方向上与环形转子磁钢相对并位于环形转子磁钢的下方，且环形定子磁钢的至少部分在轴承转子的径向上与环形转子磁钢相对，环形转子磁钢和环形定子磁钢相斥。本发明的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承同时具备径向磁轴承和轴向磁轴承的功能，能够减少储能设备中的磁轴承数量，降低成本，节省空间。

Description

用于储能设备的径轴向一体式磁轴承和储能设备

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，具体地，涉及一种用于储能设备的径轴向一体式磁轴承和储能设备。

背景技术

磁轴承是一种新型高性能轴承。磁轴承不存在机械接触，转子可以达到很高的运转速度，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用高速、真空、超净等特殊环境。可广泛用于机械加工、涡轮机械、航空航天、真空技术、转子动力学特性辨识与测试等领域，被公认为极有前途的新型轴承。相关技术中的磁轴承存在功能性单一，结构不合理的问题，应用在储能设备中时，磁轴承数量需求大，安装空间占用大，成本高且与储能设备拆装复杂。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种用于储能设备的径轴向一体式磁轴承，所述用于储能设备的径轴向一体式磁轴承同时具备径向磁轴承和轴向磁轴承的功能，能够减少储能设备中的磁轴承数量，降低成本，拆装方便，同时节省安装空间。

本发明的实施例还提出一种储能设备。

根据本发明实施例的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承包括：轴承转子，所述轴承转子的轴线沿上下方向延伸，所述轴承转子的下端设有沿所述轴承转子的周向延伸的环形转子磁钢；轴承定子，所述轴承定子位于所述轴承转子的下端，所述轴承定子的上端面具有凹槽，所述轴承转子的下端配合在所述凹槽内，所述凹槽的壁面上设有沿所述轴承转子的周向延伸的环形定子磁钢，所述环形定子磁钢的至少部分在所述上下方向上与所述环形转子磁钢相对并位于所述环形转子磁钢的下方，以及所述环形定子磁钢的至少部分在所述轴承转子的径向上与所述环形转子磁钢相对，所述环形转子磁钢和所述环形定子磁钢相斥。

本发明的实施例的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承，轴承转子上设有环形转子磁钢，轴承定子上设有环形定子磁钢，且环形定子磁钢的至少部分在上下方向上与环形转子磁钢相对，以及环形定子磁钢的至少部分在轴承转子的径向上与环形转子磁钢相对，由此，环形定子磁钢和环形转子磁钢既可以在上下方向上产生能够平衡储能设备转子和轴承转子的重力的磁性斥力，又可以在轴承转子的径向上产生相对平衡的磁性斥力，以实现本申请的单个用于储能设备的径轴向一体式磁轴承可同时代替径向磁轴承和轴向磁轴承的目的，即本申请的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承功能性多样，能够减少储能设备中的磁轴承数量，降低成本，拆装方便，同时节省安装空间。，另外，本申请的采用磁钢产生磁力，相较于电磁铁，无须设置控制***，进一步降低了成本。

在一些实施例中，所述环形转子磁钢从上到下向内倾斜延伸，以及所述环形定子磁钢从上到下向内倾斜延伸，且所述环形转子磁钢位于所述环形定子磁钢的上方。

在一些实施例中，所述轴承转子的下端具有锥形段，所述锥形段配合在所述凹槽内，所述锥形段的外周面为从上到下向内倾斜延伸的倾斜面，所述凹槽的周面为从上到下向内延伸的倾斜面，所述锥形段的外周面和所述凹槽的周面在第一方向上相对且间隔开，所述第一方向垂直于所述锥形段的外周面，所述环形转子磁钢环设在所述锥形段的外周面上，所述环形定子磁钢环设在所述凹槽的周面上。

在一些实施例中，所述环形转子磁钢在所述第一方向上与所述环形定子磁钢正对。

在一些实施例中，所述锥形段的外周面上设有沿其周向延伸的第一环形配合槽，所述环形转子磁钢配合在所述第一环形配合槽内，所述凹槽的周面上设有沿其周向延伸的第二环形配合槽，所述环形定子磁钢配合在所述第二环形配合槽内。

在一些实施例中，所述用于储能设备的径轴向一体式磁轴承还包括定子磁钢套和转子磁钢套，所述转子磁钢套沿所述轴承转子的周向延伸并配合在所述第一环形配合槽内，所述环形转子磁钢配合在所述转子磁钢套内，所述定子磁钢套沿所述轴承转子的周向延伸并配合在所述第二环形配合槽内。

在一些实施例中，所述用于储能设备的径轴向一体式磁轴承还包括转子压环和定子压环，所述转子压环与所述锥形段可拆卸地连接，且所述转子压环可止抵所述转子磁钢套以压紧所述转子磁钢套，所述定子压环与所述轴承定子可拆卸地连接，且所述定子压环可止抵所述定子磁钢套以压紧所述定子磁钢套。

在一些实施例中，所述转子压环设于所述锥形段的底部，所述定子压环设于所述轴承定子的顶部。

在一些实施例中，所述用于储能设备的径轴向一体式磁轴承还包括保护轴承，所述凹槽的底面上设有朝向所述锥形段凸出的凸台，所述凸台的上端配合在所述转子压环的环孔内，所述保护轴承套设在所述凸台的上端，且所述保护轴承与所述转子压环在所述轴承转子的径向上间隔开。

本发明的储能设备包括上述任一实施例所述的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承。

本发明实施例的储能设备，通过采用上述用于储能设备的径轴向一体式磁轴承，储能设备结构简单，成本低。

附图说明

图1是根据本发明实施例的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承的结构示意图。

附图标记：

轴承转子1，锥形段11，轴承定子2，凹槽21，环形转子磁钢3，转子磁钢套4，转子压环5，环形定子磁钢6，定子磁钢套7，定子压环8，凸台9，保护轴承10。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承包括轴承转子1和轴承定子2。需要说明的是，本申请的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承可以应用在储能设备、驱动设备等需要利用轴传动的设备上，且本申请的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承用于支撑竖向设置的转子，轴承转子1适于与储能设备的转子连接，轴承定子2适于与储能设备的定子连接。

具体地，如图1所示，轴承转子1的轴线沿上下方向延伸，轴承转子1的下端设有沿轴承转子1的周向延伸的环形转子磁钢3，轴承定子2位于轴承转子1的下端，轴承定子2具有凹槽21，轴承转子1的下端配合在凹槽21内，凹槽21的内壁面上设有沿轴承转子1的周向延伸的环形定子磁钢6，环形定子磁钢6的至少部分在上下方向上与环形转子磁钢3相对并位于环形转子磁钢3的下方，以及环形定子磁钢的至少部分在轴承转子1的径向上与环形转子磁钢3相对，环形转子磁钢3和环形定子磁钢6相斥。

可以理解的是，在轴承转子1竖向设置时，轴承转子1自身具有重力，而环形定子磁钢6在上下方向上与环形转子磁钢3相对的部分可以与环形转子磁钢3相斥，以平衡轴承转子1和储能设备转子的重力，使储能设备转子在其轴向上保持平衡，即本申请的径轴向一体式磁轴承具有轴向磁轴承的作用。

进一步地，环形定子磁钢6在轴承转子1的径向上与环形转子磁钢3相对的部分可以与环形转子磁钢3相斥，以在轴承转子1的周向上形成相对平衡的力以支撑储能设备转子，可以理解的是，当储能设备转子具偏转的趋势时，侧偏的储能设备转子会带动轴承转子侧偏，侧偏方向的环形转子磁钢3和环形定子磁钢6的斥力增大，从而可以阻止储能设备转子偏转，即本申请的径轴向一体式磁轴承同时具有径向磁轴承的作用。

发明人发现，相关技术中常用的磁轴承包括径向磁轴承和轴向磁轴承，在应用于设备时，径向磁轴承和轴向磁轴承分别设置，以在设备转子的径向和轴向上实现对转子的支撑和平衡，但是，上述方式需要的磁轴承数量多，存在安装空间占用大，成本高，且安装繁琐的问题。

而本申请的轴承转子1上设置环形转子磁钢3，轴承定子2上设置环形定子磁钢6，且环形转子磁钢3和环形定子磁钢6即存在上下方向上的磁性斥力，又存在径向上的磁性斥力，即本申请的径轴向一体式磁轴承同时具备径向磁轴承和轴向磁轴承的作用，从而可以在储能设备的实际应用中，减少磁轴承的数量，换言之，本申请的径轴向一体式磁轴承可代替径向磁轴承和轴向磁轴承。

本发明的实施例的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承，轴承转子上设有环形转子磁钢，轴承定子上设有环形定子磁钢，且环形定子磁钢的至少部分在上下方向上与环形转子磁钢相对，以及环形定子磁钢的至少部分在轴承转子的径向上与环形转子磁钢相对，由此，环形定子磁钢和环形转子磁钢既可以在上下方向上产生能够平衡储能设备转子和轴承转子的重力的磁性斥力，又可以在轴承转子的径向上产生相对平衡的磁性斥力，以实现本申请的单个径轴向一体式磁轴承可同时代替径向磁轴承和轴向磁轴承的目的，即本申请的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承功能性多样，能够减少储能设备中的磁轴承数量，降低成本，拆装方便，同时节省安装空间。另外，本申请的采用磁钢产生磁力，相较于电磁铁，无须设置控制***，进一步降低了成本。

优选地，如图1所示，环形转子磁钢3从上到下向内倾斜延伸，以及环形定子磁钢6从上到下向内倾斜延伸，且环形转子磁钢3位于环形定子磁钢6的上方。由此，环形定子磁钢6和环形转子磁钢3之间的磁性斥力朝向斜上方，则该磁性斥力具有竖直方向的分力以用于平衡重力，以及具有水平方向的分力以在转子的径向上形成平衡。

进一步地，如图1所示，轴承转子1的下端具有锥形段11，锥形段11配合在凹槽21内，锥形段11的外周面为从上到下向内倾斜延伸的倾斜面，凹槽21的周面为从上到下向内延伸的倾斜面，锥形段11的外周面和凹槽21的周面在第一方向上相对且间隔开，第一方向垂直于锥形段11的外周面，环形转子磁钢3环设在锥形段11的外周面上，环形定子磁钢6环设在凹槽21的周面上。

换言之，锥形段11的外周面和凹槽21的周面为相对且倾斜的面，从而便于稳定装配倾斜设置的环形转子磁钢3和环形定子磁钢6。

优选地，如图1所示，环形转子磁钢3在第一方向上与环形定子磁钢6正对。

进一步地，如图1所示，锥形段11的外周面上设有沿其周向延伸的第一环形配合槽，环形转子磁钢3配合在第一环形配合槽内，凹槽21的周面上设有沿其周向延伸的第二环形配合槽，环形定子磁钢6配合在第二环形配合槽内。

进一步地，如图1所示，用于储能设备的径轴向一体式磁轴承还包括定子磁钢套7和转子磁钢套4，转子磁钢套4沿轴承转子1的周向延伸并配合在第一环形配合槽内，环形转子磁钢3配合在转子磁钢套4内，定子磁钢套7沿轴承转子1的周向延伸并配合在第二环形配合槽内。由此，定子磁钢套7和转子磁钢套4方便容纳环形定子磁钢6和环形转子磁钢3，以便于磁钢的整体拆装，且用于容纳磁钢套的配合槽有利于磁钢套的精准装配，且无须设置复杂的连接件，结构简单。

进一步地，如图1所示，用于储能设备的径轴向一体式磁轴承还包括转子压环5和定子压环8，转子压环5与锥形段11可拆卸地连接，且转子压环5可止抵转子磁钢套4以压紧转子磁钢套4，定子压环8与轴承定子2可拆卸地连接，且定子压环可止抵定子磁钢套7以压紧定子磁钢套7。

具体地，转子压环5设于锥形段11的底部，定子压环8设于轴承定子2的顶部。如图1所示，第一环形配合槽形成在锥形段11的底部且朝向轴承定子2敞开，第二环形配合槽形成在轴承定子2的顶部且朝向轴承转子1敞开，设于轴承定子2顶部的定子压环8可压迫定子磁钢套7的上端以将定子磁钢套7压紧在第二环形配合槽内，设于锥形段11底部的转子压环5可压迫转子磁钢套4的下端以将转子磁钢套4压紧在第一环形配合槽内。由此，定子压环8可防止环形定子磁钢6晃动，转子压环5可防止环形转子磁钢3晃动。

进一步地，如图1所示，用于储能设备的径轴向一体式磁轴承还包括保护轴承10，凹槽21的底面上设有朝向锥形段11凸出的凸台9，凸台9的上端配合在转子压环5的环孔内，保护轴承10套设在凸台9的上端且保护轴承10和转子压环5在轴承转子1的径向上间隔开。由此，保护轴承10可以在环形转子磁钢3和环形定子磁钢6出现失效现象时作为机械轴承，维持转子的转动，凸台9可作为保护轴承10的支撑轴，保护轴承10可相对凸台9转动。具体地，轴承转子1在径向上出现偏转时，保护轴承10可止抵转子压环5，转子压环5可带动保护轴承10绕凸台9转动。

本发明实施例的储能设备包括上述实施例所述的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承。

本发明实施例的储能设备，通过采用上述用于储能设备的径轴向一体式磁轴承，储能设备结构简单，成本低。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于储能设备的径轴向一体式磁轴承，其特征在于，包括：

轴承转子，所述轴承转子的轴线沿上下方向延伸，所述轴承转子的下端设有沿所述轴承转子的周向延伸的环形转子磁钢；

轴承定子，所述轴承定子位于所述轴承转子的下端，所述轴承定子的上端面具有凹槽，所述轴承转子的下端配合在所述凹槽内，所述凹槽的壁面上设有沿所述轴承转子的周向延伸的环形定子磁钢，所述环形定子磁钢的至少部分在所述上下方向上与所述环形转子磁钢相对并位于所述环形转子磁钢的下方，以及所述环形定子磁钢的至少部分在所述轴承转子的径向上与所述环形转子磁钢相对，所述环形转子磁钢和所述环形定子磁钢相斥。

2.根据权利要求1所述的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承，其特征在于，所述环形转子磁钢从上到下向内倾斜延伸，以及所述环形定子磁钢从上到下向内倾斜延伸，且所述环形转子磁钢位于所述环形定子磁钢的上方。

3.根据权利要求2所述的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承，其特征在于，所述轴承转子的下端具有锥形段，所述锥形段配合在所述凹槽内，所述锥形段的外周面为从上到下向内倾斜延伸的倾斜面，所述凹槽的周面为从上到下向内延伸的倾斜面，所述锥形段的外周面和所述凹槽的周面在第一方向上相对且间隔开，所述第一方向垂直于所述锥形段的外周面，所述环形转子磁钢环设在所述锥形段的外周面上，所述环形定子磁钢环设在所述凹槽的周面上。

4.根据权利要求3所述的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承，其特征在于，所述环形转子磁钢在所述第一方向上与所述环形定子磁钢正对。

5.根据权利要求3所述的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承，其特征在于，所述锥形段的外周面上设有沿其周向延伸的第一环形配合槽，所述环形转子磁钢配合在所述第一环形配合槽内，所述凹槽的周面上设有沿其周向延伸的第二环形配合槽，所述环形定子磁钢配合在所述第二环形配合槽内。

6.根据权利要求5所述的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承，其特征在于，还包括定子磁钢套和转子磁钢套，所述转子磁钢套沿所述轴承转子的周向延伸并配合在所述第一环形配合槽内，所述环形转子磁钢配合在所述转子磁钢套内，所述定子磁钢套沿所述轴承转子的周向延伸并配合在所述第二环形配合槽内。

7.根据权利要求6所述的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承，其特征在于，还包括转子压环和定子压环，所述转子压环与所述锥形段可拆卸地连接，且所述转子压环可止抵所述转子磁钢套以压紧所述转子磁钢套，所述定子压环与所述轴承定子可拆卸地连接，且所述定子压环可止抵所述定子磁钢套以压紧所述定子磁钢套。

8.根据权利要求7所述的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承，其特征在于，所述转子压环设于所述锥形段的底部，所述定子压环设于所述轴承定子的顶部。

9.根据权利要求8所述的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承，其特征在于，还包括保护轴承，所述凹槽的底面上设有朝向所述锥形段凸出的凸台，所述凸台的上端配合在所述转子压环的环孔内，所述保护轴承套设在所述凸台的上端，且所述保护轴承与所述转子压环在所述轴承转子的径向上间隔开。

10.一种储能设备，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的用于储能设备的径轴向一体式磁轴承。

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