永磁偏置轴向磁悬浮轴承及离心压缩机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及磁悬浮轴承技术领域，特别是涉及一种永磁偏置轴向磁悬浮轴承及采用该轴承的离心压缩机。
【背景技术】
[0002]混合型磁悬浮轴承采用永磁材料产生偏置磁场，能够有效降低功率损耗，是磁悬浮轴承技术发展的一个重要方向。
[0003]目前的混合型轴向磁悬浮轴承一般包括主轴、转子导磁铁芯、定子导磁铁芯、环形永磁体、右轴向磁极、控制绕组、左轴向磁极和推力盘，其利用轴向充磁的环形永磁体在左轴向间隙和右轴向间隙中建立偏置磁场，控制绕组产生的控制磁通与偏置磁场的磁通在左轴向间隙和右轴向间隙中叠加，从而实现轴向悬浮。当混合型磁悬浮轴承应用于轴向存在某一方向外力的场合，如离心压缩机时，离心压缩机的气动部分会对主轴产生一个轴向的拉力，从而增加了轴承的轴向控制难度。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供一种永磁偏置轴向磁悬浮轴承及离心压缩机，有效降低了运行过程中的轴向控制难度。
[0005]为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]一种永磁偏置轴向磁悬浮轴承，包括
[0007]右轴向磁极；
[0008]左轴向磁极，所述左轴向磁极与所述右轴向磁极相连接；
[0009]定子导磁铁芯，所述定子导磁铁芯设置在所述右轴向磁极的右侧或所述左轴向磁极的左侧；
[0010]主轴，所述主轴设置在所述左轴向磁极、所述右轴向磁极与所述定子导磁铁芯所形成的轴向开孔中；
[0011]推力盘，所述推力盘套装在所述主轴上，所述推力盘与所述定子导磁铁芯之间设置有第一轴向间隙；以及
[0012]永磁体，所述永磁体设置在所述定子导磁铁芯与所述右轴向磁极之间或所述定子导磁铁芯与所述左轴向磁极之间。
[0013]在其中一个实施例中，所述第一轴向间隙为0.1mm?1mm。
[0014]在其中一个实施例中，所述推力盘与所述左轴向磁极之间设置有第二轴向间隙，所述推力盘与所述右轴向磁极之间设置有第三轴向间隙。
[0015]在其中一个实施例中，所述第二轴向间隙为0.1mm?1臟，所述第三轴向间隙为0.1mm ?Imm0
[0016]在其中一个实施例中，所述主轴与所述定子导磁铁芯之间互不接触。
[0017]在其中一个实施例中，所述定子导磁铁芯包括相互连接的轴向部和径向部；所述径向部与所述永磁体相接触，所述轴向部与所述主轴平行。
[0018]在其中一个实施例中，所述轴向部在所述主轴上的垂直投影的面积为O。
[0019]在其中一个实施例中，所述轴向部在所述主轴上的垂直投影的面积大于0，且所述轴向部与所述主轴之间设置有第一径向间隙。
[0020]在其中一个实施例中，所述第一径向间隙大于等于5mm。
[0021]在其中一个实施例中，所述轴向部与所述右轴向磁极之间设置有第二径向间隙。
[0022]在其中一个实施例中，所述第二径向间隙大于等于5mm。
[0023]在其中一个实施例中，所述永磁偏置轴向磁悬浮轴承还包括控制绕组；
[0024]所述控制绕组设置在所述左轴向磁极、所述右轴向磁极和所述推力盘所围设的内空间中，且所述控制绕组与所述左轴向磁极、所述右轴向磁极和所述推力盘均不接触。
[0025]一种离心压缩机，采用所述的永磁偏置轴向磁悬浮轴承。
[0026]本实用新型的有益效果如下:
[0027]本实用新型的永磁偏置轴向磁悬浮轴承，包括右轴向磁极、左轴向磁极、主轴、推力盘、定子导磁铁芯和永磁体，永磁体的磁通通过右轴向磁极、左轴向磁极、推力盘和定子导磁铁芯形成回路，从而构建偏置磁场。在定子导磁铁芯和推力盘之间增设了一个轴向间隙，在永磁体的磁通下，该轴向间隙可以提供恒定存在的拉力，从而平衡了轴向方向的外力，降低了轴承的轴向控制难度。此外，本实用新型中去除了转子导磁铁芯，进而减少了装配工序，简化了本实用新型轴承的结构。本实用新型的离心压缩机采用上述的永磁偏置轴向磁悬浮轴承，具有较高的工作效率和较长的使用寿命。
【附图说明】
[0028]图1为本实用新型的永磁偏置轴向磁悬浮轴承一实施例的剖视图；
[0029]图2为图1所示的永磁偏置轴向磁悬浮轴承的工作原理图；
[0030]图3为本实用新型的永磁偏置轴向磁悬浮轴承另一实施例的剖视图。
【具体实施方式】
[0031]以下对本实用新型的【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实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0032]本实用新型中，所述的外端是指远离主轴500的一端，内端是指靠近主轴500的一端；“左”、“右”等方位词均是以图1至图3的摆放位置为参照；轴向是指与主轴500平行或重合的方向，径向是指与主轴500垂直的方向。
[0033]参见图1至图3，本实用新型提供了一种永磁偏置轴向磁悬浮轴承(以下简称轴承)，其包括左轴向磁极300、右轴向磁极100、主轴500、推力盘600、定子导磁铁芯200和永磁体700。其中，主轴500、定子导磁铁芯200、推力盘600、左轴向磁极300和右轴向磁极100均可由实心软磁材料制成；永磁体700可由稀土永磁材料制成，且永磁体700可为环形结构，也可为非环形结构。
[0034]其中，定子导磁铁芯200设置在右轴向磁极100的右侧；左轴向磁极300的右外端面310和右轴向磁极100的左外端面110相连接；主轴500设置在左轴向磁极300、右轴向磁极100和定子导磁铁芯200所形成的轴向开孔400中；推力盘600套装在主轴500上，且推力盘600与定子导磁铁芯200之间设置有第一轴向间隙630 ;永磁体700设置在右轴向磁极100和定子导磁铁芯200之间，永磁体700的磁通通过右轴向磁极100、左轴向磁极300、推力盘600和定子导磁铁芯200形成回路。本实用新型的轴承中，推力盘600与左轴向磁极300之间还设置有第二轴向间隙610，推力盘600与右轴向磁极100之间还设置有第三轴向间隙620。
[0035]需要说明的是，在其他实施例中，定子导磁铁芯200也可以设置在左轴向磁极300的左侧，此时，永磁体700设置在定子导磁铁芯200与左轴向磁极300之间。
[0036]此外，本实用新型的轴承还包括控制绕组800，其中，控制绕组800设置在左轴向磁极300、右轴向磁极100和推力盘600所围设的内空间900中。一般地，控制绕组800由漆包线绕制而成。作为优选，控制绕组800与左轴向磁极300、右轴向磁极100和推力盘600均不接触。该方式有效防止了控制绕组800的漆包线破损后与其他组件相接触造成的短路等现象的发生，提高了轴承的安全性和可靠性。其中，控制绕组800可为多套，为了控制方便，优选为一套。
[0037]参见图2，本实用新型的轴承的工作原理为:永磁体700的磁通(偏置磁通)通过右轴向磁极100、左轴向磁极300、推力盘600和定子导磁铁芯200形成回路，并在第一轴向间隙630、第二轴向间隙610和第三轴向间隙620中建立静态偏置磁场；控制绕组800通电后，控制绕组800的磁通(控制磁通)通过左轴向磁极300、右轴向磁极100和推力盘600形成回路，并在第二轴向间隙610和第三轴向间隙620中建立控制磁场。
[0038]当轴承未工作时，由于结构的不对称性，永磁体700产生的偏置磁通在第二轴向间隙610中的磁通小于在第一轴向间隙630和第三轴向间隙620处的总磁通，此时，推力盘600左侧受到的吸力小于右侧受到的吸力，推力盘600会受到一个向右的轴向磁拉力，因此，推力盘600向右偏移，与右轴向磁极100的左内端面吸合；当应用该轴承的设备(如离心机)工作时，推力盘600还会受到一个向左的轴向外力(与上述的轴向磁拉力方向相反)，在控制绕组800的控制下，使得该轴向外力与上述的轴向磁拉力始终保持动态平衡，从而使推力盘600处于平衡位置。
[0039]如果推力盘600受到一个向左的轴向扰动外力，推力盘600就会偏离平衡位置向左侧轴向运动，导致偏置磁场在第一轴向间隙630、第二轴向间隙610和第三轴向间隙620中的磁通量发生变化，即第二轴向间隙610减小，第二轴向间隙610中的偏置磁通量增加，第一轴向间隙630和第三轴向间隙620增大，第一轴向间隙630和第三轴向间隙620中的偏置磁通量减小；由于磁极面积一定时，磁场吸力与磁场磁通量的平方成正比，因此造成向左的吸力增加，向右的吸力减小，导致向右的磁拉力减小，从而推力盘600将无法回到平衡位置；此时，位移传感器检测出推力盘600的偏离平衡位置的位移量，控制器将这一位移信号转换成控制电流，通入该控制电流的控制绕组800在第二轴向间隙610和第三轴向间隙620中建立控制磁场，第二轴向间隙610和第三轴向间隙620中的控制磁场与偏置磁场叠加，使得第二轴向间隙61