(19)國家知識產權局(12)發(fā)明專利專利權人珠海凱邦電機制造有限公司CN215058913U,2021.12.07王周葉林學明鄭克強(74)專利代理機構北京煦潤律師事務所11522F16C32/04(2006.01)軸向位置調控組件沿轉軸組件的軸向套裝于轉組件的一側與轉軸組件具有的止推盤之間形成2軸承外殼(1),套裝于轉軸組件上；徑向位置調控組件(2),裝設于所述軸承外殼(1)內，用于控制調整所述轉軸組件的徑軸向位置調控組件(3),裝設于所述軸承外殼(1)內，用于控制調整所述轉軸組件的軸向位移，所述徑向位置調控組件(2)、軸向位置調控組件(3)沿所述轉軸組件的軸向套裝于所述轉軸組件上，所述軸向位置調控組件(3)背離所述徑向位置調控組件(2)的一側與所述轉軸組件具有的止推盤(101)之間形成軸向工作氣隙(201);磁鋼(4),具有N極與S極，被夾設于所述徑向位置調控組件(2)與所述軸向位置調控組件(3)之間且所述N極朝向所述軸向工作氣隙(201)一側；所述軸向位置調控組件(3)包括軸向定子鐵芯(31),所述徑向位置調控組件(2)包括徑向定子鐵芯(21),所述轉軸組件還包括轉軸(102),所述轉軸(102)上與所述徑向定子鐵芯(21)對應的外周壁上套裝有徑向轉子鐵芯(103),所述徑向轉子鐵芯(103)與所述徑向定子鐵芯(21)之間形成徑向工作氣隙(203);所述止推盤(101)套裝于所述轉軸(102)上，且能夠對所述徑向轉子鐵芯(103)形成軸向定位，所述止推盤(101)與所述徑向轉子鐵芯(103)之間還夾設有導磁過渡套環(huán)(104),所述導磁過渡套環(huán)(104)與所述軸向定子鐵芯(31)之間形成第一環(huán)形氣隙(202),所述第一環(huán)形氣隙(202)的徑向寬度小于所述徑向工作氣隙(203)的徑向寬度，所述導磁過渡套環(huán)(104)與所述轉軸(102)之間間隙配合，所述止推盤(101)與所述轉軸(102)之間過盈配合，所述軸承外殼(1)上構造有軸承室，所述軸向定子鐵芯(31)處于所述軸承室的開口側。2.根據(jù)權利要求1所述的磁懸浮軸承結構，其特征在于，所述徑向位置調控組件(2)還包括徑向導磁環(huán)(22),所述徑向定子鐵芯(21)被夾設于所述軸承室的軸向底壁與所述徑向導磁環(huán)(22)之間。3.根據(jù)權利要求2所述的磁懸浮軸承結構，其特征在于，所述徑向導磁環(huán)(22)與所述軸承室的周壁之間螺紋連接。4.根據(jù)權利要求1所述的磁懸浮軸承結構，其特征在于，所述軸向位置調控組件(3)還包括軸向控制線圈(32),所述軸向控制線圈(32)通過線圈骨架(33)設置于所述軸向定子鐵芯(31)朝向所述止推盤(101)的一側。5.根據(jù)權利要求4所述的磁懸浮軸承結構，其特征在于，所述線圈骨架(33)具有環(huán)槽(332)以及與所述軸向定子鐵芯(31)上的凹槽配合連接的連接凸起(331),所述環(huán)槽(332)用于安裝所述軸向控制線圈(32)。6.一種電機，包括磁懸浮軸承結構，其特征在于，所述磁懸浮軸承結構為權利要求1至5中任一項所述的磁懸浮軸承結構。3磁懸浮軸承結構、電機技術領域[0001]本發(fā)明屬于磁懸浮軸承設計技術領域，具體涉及一種磁懸浮軸承結構、背景技術[0002]磁懸浮軸承(簡稱磁軸承)是利用電磁力作用，將轉子懸浮于空中使轉子與定子之間脫離機械接觸，降低磨損消耗、提高效率?；旌鲜綇较蜉S承為一種常見的磁懸浮軸承，其采用磁鋼(例如永磁體)來產生偏置磁場，線圈通電產生的磁場只是提供平衡負載或外界干擾的動磁場，可以大大降低系統(tǒng)因偏磁電流產生的功率損耗、節(jié)約了能源、縮小了功放散熱器的體積?；旌鲜酱艖腋≥S承的電磁鐵(也即線圈)所需的安匝數(shù)只有主動磁懸浮軸承的一半，縮小了磁軸承的體積，減輕了磁軸承的重量，這種磁軸承在磁懸浮電機、高速飛輪儲能裝置等方面具有廣泛的應用前景。[0003]圖8示出了相關技術中的一款混合式徑向軸承，主要由鐵芯a、徑向環(huán)b、導磁環(huán)c、磁鋼d、線圈e、殼體f等組成，該產品可實現(xiàn)軸承轉子的徑向控制但同時存在以下缺點：徑向組件只有鐵芯處起到徑向控制效果，導磁環(huán)處不起到控制作用，對磁鋼的利用率不高。[0004]為了克服圖8中所示混合式徑向軸承的不足，相關技術中提供了一種三自由度混合式磁懸浮軸承，其同時具備了能夠提供徑向磁場對轉子的徑向位置進行調整的徑向調控組件以及能夠提供軸向磁場對轉子的軸向位置進行調整的軸向調控組件，其中的徑向調控組件與軸向調控組件共用磁鋼，從而使磁軸承的結構簡單緊湊，但是，相關技術中的磁鋼在軸向磁場的形成方面磁力線從磁鋼的N極發(fā)出后需要經過較長的導磁路徑方能到達軸向工作氣隙，長距離的導磁路徑漏磁現(xiàn)象較嚴重，導致磁鋼的利用率偏小或者產生相同的偏置效果需要的磁鋼體積或者牌號更大，使磁軸承的體積增大或者成本提高。發(fā)明內容[0005]因此，本發(fā)明提供一種磁懸浮軸承結構、電機，以克服現(xiàn)有技術中磁鋼的N極與軸向工作氣隙之間導磁路徑過長導致的漏磁現(xiàn)象較嚴重帶來磁軸承的體積增大或者成本提高的不足。[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一[0008]徑向位置調控組件，裝設于所述軸承外殼內，用于控制調整所述轉軸組件的徑向位移；[0009]軸向位置調控組件，裝設于所述軸承外殼內，用于控制調整所述轉軸組件的軸向位移，所述徑向位置調控組件、軸向位置調控組件沿所述轉軸組件的軸向套裝于所述轉軸組件上，所述軸向位置調控組件背離所述徑向位置調控組件的一側與所述轉軸組件具有的止推盤之間形成軸向工作氣隙；[0010]磁鋼，具有N極與S極，被夾設于所述徑向位置調控組件與所述軸向位置調控組件之間且所述N極朝向所述軸向工作氣隙一側。4[0012]所述軸向位置調控組件包括軸向定子鐵芯，所述軸向定子鐵芯具有的第一軸孔與所述轉軸組件之間形成第一環(huán)形氣隙，所述徑向位置調控組件包括徑向定子鐵芯，所述徑向定子鐵芯具有的第二軸孔與所述轉軸組件之間形成徑向工作氣隙，所述第一環(huán)形氣隙的徑向寬度小于所述徑向工作氣隙的徑向寬度。[0014]所述徑向位置調控組件還包括徑向導磁環(huán)，所述軸承外殼上構造有軸承室，所述徑向定子鐵芯被夾設于所述軸承室的軸向底壁與所述徑向導磁環(huán)之間。[0016]所述徑向導磁環(huán)與所述軸承室的周壁之間螺紋連接。[0017]在一些實施方式中，[0018]所述轉軸組件還包括轉軸，所述轉軸上與所述徑向定子鐵芯對應的外周壁上套裝有徑向轉子鐵芯，所述徑向轉子鐵芯與所述徑向定子鐵芯之間形成所述徑向工作氣隙。[0019]在一些實施方式中，[0020]所述止推盤套裝于所述轉軸上，且能夠對所述徑向轉子鐵芯形成軸向定位。[0022]所述止推盤與所述徑向轉子鐵芯之間還夾設有導磁過渡套環(huán)，所述導磁過渡套環(huán)與所述軸向定子鐵芯之間形成所述第一環(huán)形氣隙。[0024]所述軸向位置調控組件還包括軸向控制線圈，所述軸向控制線圈通過線圈骨架設置于所述軸向定子鐵芯朝向所述止推盤的一側。[0026]所述線圈骨架具有環(huán)槽以及與所述軸向定子鐵芯上的凹槽配合連接的連接凸起，所述環(huán)槽用于安裝所述軸向控制線圈。[0027]本發(fā)明還提供一種電機，包括上述的磁懸浮軸承結構。[0028]本發(fā)明提供的一種磁懸浮軸承結構、電機，將所述磁鋼具有的N極朝向所述軸向工作氣隙一側，能夠使所述磁鋼的N極發(fā)出的磁力線以更短的路徑穿過所述軸向工作氣隙中，從而能夠極大程度的降低磁力線穿行路徑過程導致的漏磁現(xiàn)象，從而有利于選擇較小體積或者較低牌號的磁鋼實現(xiàn)相同軸向偏置目的，進而使磁懸浮軸承的結構更加緊湊、制造成本得到降低。附圖說明[0029]圖1為本發(fā)明實施例的磁懸浮軸承結構的內部結構示意圖(截面);[0030]圖2為圖1中的徑向位置調控組件的結構示意圖；[0031]圖3為圖1中的軸向位置調控組件的結構示意圖；[0032]圖4為圖1中軸向控制線圈中通入第一方向電流時的軸向偏置磁場(圖中虛線路徑)以及軸向控制磁場(圖中實線路徑)的磁力線的路徑；[0033]圖5為圖1中軸向控制線圈中通入第二方向(與第一方向相反)電流時的軸向偏置磁場(圖中虛線路徑)以及軸向控制磁場(圖中實線路徑)的磁力線的路徑；5[0034]圖6為圖1中徑向偏置磁場(圖中虛線路徑)以及徑向控制磁場(圖中實線路徑)的磁力線的路徑；[0035]圖7為本發(fā)明實施例的電機的內部結構示意圖；[0036]圖8為現(xiàn)有技術中的磁懸浮軸承的內部結構示意圖。具體實施方式[0039]結合參見圖1至圖8所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種磁懸浮軸承結構，尤其是一種混合式磁懸浮軸承結構，包括：軸承外殼1,套裝于轉軸組件上；徑向位置調控組件2,裝設于所述軸承外殼1內，用于控制調整所述轉軸組件的徑向位移，具體的，所述徑向位置調控組件2包括徑向定子鐵芯21以及繞設于所述徑向定子鐵芯21的多個定子齒上的徑向控制線圈23(通過鑲線方式);軸向位置調控組件3,裝設于所述軸承外殼1內，用于控制調整所述轉軸組件的軸向位移，所述軸向位置調控組件3包括軸向定子鐵芯31以及與之同心繞設的軸向控制線圈32;所述徑向位置調控組件2、軸向位置調控組件3沿所述轉軸組件的軸向套裝于所述轉軸組件上，所述軸向位置調控組件3背離所述徑向位置調控組件2的一側與所述轉軸組件具有的止推盤101之間形成軸向工作氣隙201;磁鋼4,具有N極與S極，被夾設于所述徑向位置調控組件2與所述軸向位置調控組件3之間且所述N極朝向所述軸向工作氣隙201一側；能夠理解的，所述止推盤101在一般情況下是與所述轉軸組件具有的轉軸102組裝為一體的，當然，在一些情況下，所述止推盤101還可以是所述轉軸102的一個有機部分，也即所述止推盤101與所述轉軸102一體成型，而無論是何種情形，至少所述止推盤101的材質因為導磁材料(例如45#導磁材料)。[0040]該技術方案中，將所述磁鋼4具有的N極朝向所述軸向工作氣隙201一側，能夠使所述磁鋼4的N極發(fā)出的磁力線以更短的路徑穿過所述軸向工作氣隙201中，從而能夠極大程度的降低磁力線穿行路徑過程導致的漏磁現(xiàn)象，從而有利于選擇較小體積或者較低牌號的磁鋼實現(xiàn)相同軸向偏置目的，進而使磁懸浮軸承的結構更加緊湊、制造成本得到降低。[0041]另外，該技術方案中的所述徑向位置調控組件2、軸向位置調控組件3能夠通過其中分別具有的線圈來控制磁通的軸、徑向流向，實現(xiàn)徑向-軸向同時由一個磁懸浮軸承控制的臨界轉速。[0042]在一些實施方式中，所述軸向定子鐵芯31具有的第一軸孔與所述轉軸組件之間形成第一環(huán)形氣隙202,所述第一環(huán)形氣隙202并非軸向位置或者徑向位置調整的工作氣隙，所述徑向定子鐵芯21具有的第二軸孔與所述轉軸組件之間形成徑向工作氣隙203,所述徑向工作氣隙203則是所述轉軸組件的徑向位置的調整工作氣隙，其與所述軸向工作氣隙201共同實現(xiàn)了磁懸浮軸承的三自由度的調整，也即所述轉軸組件的軸向位置以及徑向位置的6調整控制，所述第一環(huán)形氣隙202的徑向寬度小于所述徑向工作氣隙203的徑向寬度，該技術方案中，通過將非工作氣隙的第一環(huán)形氣隙202的徑向寬度設計的比作為徑向調控工作氣隙的所述徑向工作氣隙203的徑向寬大小，能夠在所述轉軸組件運轉過程中偏離其旋轉中軸線(也即轉軸組件的周向波動較大)時有效防止對所述徑向定子鐵芯21的損壞。[0043]在一些實施方式中，所述徑向位置調控組件2還包括徑向導磁環(huán)22,所述軸承外殼1上構造有軸承室(圖中未標引),所述徑向定子鐵芯21被夾設于所述軸承室的軸向底壁與所述徑向導磁環(huán)22之間，相關技術中，所述徑向定子鐵芯21多是與所述軸承外殼1之間采用過盈配合的方式實現(xiàn)連接，所述徑向定子鐵芯21為多片沖片疊壓形成，在所述徑向定子鐵芯21裝配到所述軸承室中，其缺少其軸向的壓裝定位，這使所述徑向定子鐵芯21存在在工作過程中散片的風險，而本發(fā)明中通過所述徑向導磁環(huán)22(其具體材質例如可以為45#導磁材料)與所述軸承室的軸向底壁的夾緊，提升所述徑向定子鐵芯21的疊壓強度，有效防止散片現(xiàn)象的發(fā)生。另外，該技術方案還能夠便利所述徑向定子鐵芯21在所述軸承室中的裝配過程，具體的，本發(fā)明的所述徑向定子鐵芯21在磁懸浮軸承的具體組裝過程中可以先與所述徑向導磁環(huán)22形成有效連接后，再將兩者作為一個整體組裝于所述軸承中時，由于所述軸承室與所述徑向導磁環(huán)22的夾緊定位方式，無需采用工藝相對繁瑣的過盈配合方式。最好的，所述徑向導磁環(huán)22與所述軸承室的周壁之間螺紋連接。[0044]在一些實施方式中，所述轉軸組件的轉軸102與所述徑向定子鐵芯21對應的外周壁上套裝有徑向轉子鐵芯103,所述徑向轉子鐵芯103與所述徑向定子鐵芯21之間形成所述徑向工作氣隙203,所述徑向轉子鐵芯103例如可以過盈配合的方式套裝于所述轉軸102上，當然在一些情況下，所述徑向轉子鐵芯103還可以通過其他的方式被可靠定位于所述轉軸[0045]在一些實施方式中，所述止推盤101套裝于所述轉軸102上，且能夠對所述徑向轉子鐵芯103形成軸向定位，進一步地，所述止推盤101與所述徑向轉子鐵芯103之間還夾設有導磁過渡套環(huán)104(其具體材質例如可以為45#導磁材料),所述導磁過渡套環(huán)104與所述軸向定子鐵芯31之間形成所述第一環(huán)形氣隙202。所述止推盤101與所述導磁過渡套環(huán)104在形成軸向的磁路傳導介質的同時，還能夠對所述徑向轉子鐵芯103的軸向予以有效固定。進一步講，所述導磁過渡套環(huán)104的設置則能夠使所述止推盤101與所述軸向定子鐵芯31的對應軸端之間的軸向工作氣隙201的軸向寬度處于合理范圍內，同時還能夠減小止推盤101與轉軸102的套裝配合面，尤其是在止推盤101與轉軸102之間為過盈配合時，套裝配合面軸長的減小能夠顯著降低裝配難度，而所述導磁過渡套環(huán)104與所述轉軸102之間則可以是間隙或者過度配合方式的套裝即可。[0046]在一些實施方式中，所述軸向位置調控組件3還包括軸向控制線圈32,所述軸向控制線圈32通過線圈骨架33設置于所述軸向定子鐵芯31朝向所述止推盤101的一側，所述線圈骨架33作為所述軸向控制線圈32的纏繞載體，能夠便于所述軸向控制線圈32的繞設，且能夠有效防止所述軸向控制線圈32在破損時與所述軸向定子鐵芯31之間的絕緣。[0047]所述線圈骨架33具有環(huán)槽332以及與所述軸向定子鐵芯31上的凹槽配合連接的連接凸起331,所述環(huán)槽332用于安裝所述軸向控制線圈32,其中，所述連接凸起331的具體結構型式可以是多樣的，例如，可以為多個沿圓周方向間隔分布的凸柱，還可以為一個連續(xù)的環(huán)壁，其具體設置型式應與所述軸向定子鐵芯31的軸端的凹槽結構型式相匹配。所述軸向7控制線圈32與所述環(huán)槽332的配合面之間粘接，例如采用AB膠進行粘接，確保所述軸向控制線圈32的可靠固定。[0048]所述徑向定子鐵芯21、軸向定子鐵芯31、徑向轉子鐵芯103中的任意各個皆可以采用多片硅鋼片疊壓形成。[0049]以下結合附圖4至6對本發(fā)明的磁懸浮軸承結構的磁力線路徑及相應的控制進行描述：[0050]如圖4所示出，為在所述軸向控制線圈32中通入第一方向(以圖4所示方向，由紙面的外側朝向內側)的電流時的磁力線路徑，其中的虛線為所述磁鋼4提供的偏置磁場路徑，具體為：磁鋼4-軸向定子鐵芯31-第一環(huán)形氣隙202(或軸向工作氣隙201-止推盤101)-導磁過渡套環(huán)104-徑向轉子鐵芯103-徑向工作氣隙203-徑向定子鐵芯21-磁鋼4,此時可以看到，所述磁鋼4發(fā)出的磁力線能夠經過最短的路徑抵達所述軸向工作氣隙201處，提高了磁利用率；其中的實線為所述軸向控制線圈32提供控制磁場路徑，具體為：軸向定子鐵芯31-第一環(huán)形氣隙202-導磁過渡套環(huán)104-止推盤101-軸向工作氣隙201,控制磁場未經過磁鋼4.而可以理解的，如圖5所示出，其中的軸向控制線圈32的中電流方向與第一方向正好相反(第二方向，也即由紙面內部朝外),此時磁鋼4的偏置磁路方向不變，但控制磁路方向則正好相反。[0051]軸向控制運行的原理為：如圖4所示出，電流通電為第一方向，由于磁鋼4的偏置磁路與所述軸向控制線圈32的控制磁路的方向存在異同，從而使所述軸向工作氣隙201處的磁密減小，第一環(huán)形氣隙202處的磁密增大，在電流合適時使得軸向工作氣隙201處的磁密偏置磁路與所述軸向控制線圈32的控制磁路的方向存在異同，從而使所述軸向工作氣隙201處的磁密增大，第一環(huán)形氣隙202處的磁密減小，在電流合適時使得軸向工作氣隙201磁密達到最大，即軸承組件軸向出力為最大值，需要指出的是，根據(jù)前述原理，只能控制一個軸向的方向，因此，在轉軸的另一端應還需一個對應的磁懸浮軸承共同達成軸向雙方向的控制。[0052]如圖6所示出，其中虛線為磁鋼4提供的偏置磁路，具體為：磁鋼4-軸向定子鐵芯31-第一環(huán)形氣隙202(或軸向工作氣隙201-止推盤101)-導磁過渡套環(huán)104-徑向轉子鐵芯103-徑向工作氣隙203-徑向定子鐵芯21-磁鋼4,也即，其與磁鋼在軸向上提供的偏置磁場路徑一致；其中實線為徑向控制線圈23提供的控制磁場路徑，具體為：徑向轉子鐵芯103-徑向定子鐵芯21-徑向轉子鐵芯103,控制磁場未經過磁鋼4。[0053]徑向控制運行的原理為：如圖5所示出，磁鋼4提供的偏置磁場均為圓內朝外，當線圈不通電時，徑向工作間隙中的磁密在圓周方向上均相等(磁鋼4的N極朝向對徑向偏置磁場磁密與無明顯影響),因此形成的電磁力合力為零；可調節(jié)徑向控制線圈23的電流大小與方向，使得徑向工作間隙(也即徑向工作氣隙203)中的磁密一端增強，對應的另一端減弱使得軸承組件對軸承轉子有朝著某一方向的力，實現(xiàn)徑向控制，必須提到的，需要在轉子(轉軸102)兩端都形成徑向控制才能達到轉子的徑向控制，因此在轉子(轉軸102)的另一端應還需一個軸承組件(也即前述磁懸浮軸承結構)共同達成徑向控制效果。[0054]根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供一種電機，包括上述的磁懸浮軸承結構。所述電機具有電機殼體301,其軸向兩端分別設有上述的磁懸浮軸承結構，所述轉軸102的中間套裝有8電機轉子鐵芯303,所述電機轉子鐵芯303的徑向外側套裝有電機定子302,以在兩者之間形成電機定轉子氣隙，所述電機定子302可以過盈套裝于所述電機殼體301的環(huán)壁內。具體