磁悬浮电机及鼓风机论文和设计-李永胜

全文摘要

本发明公开了一种磁悬浮电机及鼓风机，磁悬浮电机包括转子、以及套设于其上的辅助轴承和静压轴承，磁悬浮电机还包括辅助冷却通道，辅助冷却通道的入口端与通入至静压轴承中的高压气路连通，辅助冷却通道的气流流路经过辅助轴承，以对辅助轴承进行冷却，有效避免辅助轴承因摩擦发热而出现烧结问题，延长辅助轴承的使用寿命，节约维修成本。另外，由于采用风冷形式进行冷却，不仅冷却效果显著，还解决了使用水冷方式冷却存在水泄露对电器元件造成损害的问题。

主设计要求

1.一种磁悬浮电机，包括转子、以及套设于其上的辅助轴承和静压轴承，其特征在于，所述磁悬浮电机还包括辅助冷却通道，所述辅助冷却通道的入口端与通入至所述静压轴承中的高压气路连通，所述辅助冷却通道的气流流路经过所述辅助轴承，以对所述辅助轴承和所述转子间的局部结构进行冷却；所述磁悬浮电机还包括电机壳和主冷却通道，所述主冷却通道中的冷却气体通过设置于所述电机壳上的出口排出至所述磁悬浮电机外，所述辅助冷却通道的出口端与所述主冷却通道连通；沿所述转子的轴向方向，所述静压轴承与所述辅助轴承之间具有第一间隙；沿所述转子的径向方向，所述辅助轴承的内圈与所述转子之间具有第二间隙；所述第一间隙与所述第二间隙连通，且共同构成所述辅助冷却通道的第一冷却段；所述辅助冷却通道还包括第二冷却段，所述第二冷却段的气流流路经过所述磁悬浮电机的磁轴承，所述第二冷却段的出口端与所述主冷却通道连通；所述磁悬浮电机还包括套设于所述转子上的磁轴承座，沿所述转子的径向方向，所述磁轴承座与所述转子之间具有第三间隙，所述第三间隙形成所述第二冷却段；所述辅助冷却通道还包括连接段，所述第一冷却段和所述第二冷却段通过所述连接段相连；所述转子具有对所述辅助轴承进行限位的轴肩，沿所述转子的周向方向，所述轴肩处设置有斜面，所述磁悬浮电机还包括用于安装所述辅助轴承的辅助轴承座，所述斜面与辅助轴承座之间具有第四间隙，所述第四间隙形成所述连接段。

设计方案

1.一种磁悬浮电机，包括转子、以及套设于其上的辅助轴承和静压轴承，其特征在于，所述磁悬浮电机还包括辅助冷却通道，所述辅助冷却通道的入口端与通入至所述静压轴承中的高压气路连通，所述辅助冷却通道的气流流路经过所述辅助轴承，以对所述辅助轴承和所述转子间的局部结构进行冷却；

所述磁悬浮电机还包括电机壳和主冷却通道，所述主冷却通道中的冷却气体通过设置于所述电机壳上的出口排出至所述磁悬浮电机外，所述辅助冷却通道的出口端与所述主冷却通道连通；

沿所述转子的轴向方向，所述静压轴承与所述辅助轴承之间具有第一间隙；沿所述转子的径向方向，所述辅助轴承的内圈与所述转子之间具有第二间隙；所述第一间隙与所述第二间隙连通，且共同构成所述辅助冷却通道的第一冷却段；

所述辅助冷却通道还包括第二冷却段，所述第二冷却段的气流流路经过所述磁悬浮电机的磁轴承，所述第二冷却段的出口端与所述主冷却通道连通；所述磁悬浮电机还包括套设于所述转子上的磁轴承座，沿所述转子的径向方向，所述磁轴承座与所述转子之间具有第三间隙，所述第三间隙形成所述第二冷却段；

所述辅助冷却通道还包括连接段，所述第一冷却段和所述第二冷却段通过所述连接段相连；所述转子具有对所述辅助轴承进行限位的轴肩，沿所述转子的周向方向，所述轴肩处设置有斜面，所述磁悬浮电机还包括用于安装所述辅助轴承的辅助轴承座，所述斜面与辅助轴承座之间具有第四间隙，所述第四间隙形成所述连接段。

2.如权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述静压轴承上开设有气体通道，所述气体通道连通所述高压气路与所述静压轴承的外部，所述辅助冷却通道的入口端与所述气体通道连通。

3.如权利要求2所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述高压气路沿所述转子的径向延伸，所述气体通道沿所述转子的轴向延伸，所述气体通道贯穿所述静压轴承的位于所述高压气路与所述辅助轴承之间的内壁。

4.如权利要求1至3任一项所述的磁悬浮电机，其特征在于，沿所述转子的径向方向，所述辅助轴承的内圈与所述转子之间具有间隙a，所述静压轴承的内圈与所述转子之间具有间隙b，所述间隙a的尺寸小于或等于所述间隙b的尺寸。

5.一种鼓风机，包括本体，其特征在于，所述本体内设置有如权利要求1至4任一项所述的磁悬浮电机。

设计说明书

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种磁悬浮电机及鼓风机。

背景技术

磁悬浮电机的轴承主要包括磁轴承和辅助轴承。磁悬浮电机运行时，磁轴承在磁悬浮电机的转子旋转时，为转子提供支撑。在电磁力和重力的合力的作用下，转子绕其轴线旋转，并在径向方向上来回振动。辅助轴承在磁悬浮电机的转子静止时为其提供支撑。

磁悬浮电机在运行时，如果发生突发事件，比如磁轴承突然断电，转子会在高速旋转状态下（转速达到30000转以上）突然掉落。由于辅助轴承与转子之间的间隙小于磁轴承与转子之间的间隙，因此，当转子突然掉落时，辅助轴承瞬间承载很大的冲击力，并随转子一起高速旋转，从而造成辅助轴承容易产生瞬间高温烧结、破裂等问题。

另外，在磁悬浮电机运行时，如果受到负载冲击，或者磁轴承控制器失稳时，转子会出现运行不稳定的情况，从而会偏离中心轴线来回振动，从而容易与辅助轴承发生碰撞。一方面，转子碰撞次数多了容易导致转子弯曲变形，最终导致磁悬浮电机无法使用；另一方面，转子与辅助轴承之间频繁高速摩擦，也易产生烧结问题，损坏辅助轴承，造成巨大损失。

为了解决上述问题，现有技术中采用设置静压轴承的方式避免辅助轴承损坏。公开号为CN109058293A的中国专利公开了一种转轴轴承结构，包括转轴，套设在转轴上的磁悬浮径向轴承，套设在转轴上的静压轴承，静压轴承与磁悬浮径向轴承位于转轴的周向方向的不同位置，且静压轴承上开设有通气孔，通气孔的一端与静压轴承的径向内壁相通，通气孔的另一端与静压轴承的径向外壁相通，以能够从静压轴承外部通入具有一定压力的气体至静压轴承径向内壁与转轴之间的间隙。

上述技术方案能够在一定程度上解决辅助轴承损坏的问题，但磁悬浮电机长期使用过程中，转子依然容易与辅助轴承之间产生相互摩擦，造成辅助轴承温度过高出现烧结问题。同时，磁轴承工作过程中也易产生大量热量，但现有的磁悬浮电机的冷却结构的冷却效果不佳，无法满足实际生产需要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种磁悬浮电机及鼓风机。

本发明提供的磁悬浮电机，包括转子、以及套设于其上的辅助轴承和静压轴承，所述磁悬浮电机还包括辅助冷却通道，所述辅助冷却通道的入口端与通入至所述静压轴承中的高压气路连通，所述辅助冷却通道的气流流路经过所述辅助轴承，以对所述辅助轴承进行冷却。

上述磁悬浮电机还具有以下特点：所述静压轴承上开设有气体通道，所述气体通道连通所述高压气路与所述静压轴承的外部，所述辅助冷却通道的入口端与所述气体通道连通。

上述磁悬浮电机还具有以下特点：所述高压气路沿所述转子的径向延伸，所述气体通道沿所述转子的轴向延伸，所述气体通道贯穿所述静压轴承的位于所述高压气路与所述辅助轴承之间的内壁。

上述磁悬浮电机还具有以下特点：所述磁悬浮电机还包括电机壳和主冷却通道，所述主冷却通道中的冷却气体通过设置于所述电机壳上的出口排出至所述磁悬浮电机外，所述辅助冷却通道的出口端与所述主冷却通道连通。

上述磁悬浮电机还具有以下特点：沿所述转子的轴向方向，所述静压轴承与所述辅助轴承之间具有第一间隙；

沿所述转子的径向方向，所述辅助轴承的内圈与所述转子之间具有第二间隙；

所述第一间隙与所述第二间隙连通，且共同构成所述辅助冷却通道的第一冷却段。

上述磁悬浮电机还具有以下特点：所述辅助冷却通道还包括第二冷却段，所述第二冷却段的气流流路经过所述磁悬浮电机的磁轴承，所述第二冷却段的出口端与所述主冷却通道连通。

上述磁悬浮电机还具有以下特点：所述磁悬浮电机还包括套设于所述转子上的磁轴承座，沿所述转子的径向方向，所述磁轴承座与所述转子之间具有第三间隙，所述第三间隙形成所述第二冷却段。

上述磁悬浮电机还具有以下特点：所述辅助冷却通道还包括连接段，所述第一冷却段和所述第二冷却段通过所述连接段相连；

所述转子具有对所述辅助轴承进行限位的轴肩，沿所述转子的周向方向，所述轴肩处设置有斜面，所述磁悬浮电机还包括用于安装所述辅助轴承的辅助轴承座，所述斜面与辅助轴承座之间具有第四间隙，所述第四间隙形成所述连接段。

上述磁悬浮电机还具有以下特点：沿所述转子的径向方向，所述辅助轴承的内圈与所述转子之间具有间隙a，所述静压轴承的内圈与所述转子之间具有间隙b，所述间隙a的尺寸小于或等于所述间隙b的尺寸。

本发明还提供了一种鼓风机，包括本体，所述本体内设置有上所述的磁悬浮电机。

本发明中的磁悬浮电机及鼓风机上设置有静压轴承和辅助冷却通道，辅助冷却通道与通入至静压轴承中的高压气路连通，从而将高压气路中的气流引至辅助轴承处，对辅助轴承和转子的局部结构进行辅助冷却，有效避免辅助轴承因摩擦发热而出现烧结问题，延长辅助轴承的使用寿命，节约维修成本。

另外，由于采用风冷形式进行冷却，不仅冷却效果显著，还解决了使用水冷方式冷却存在水泄露对电器元件造成损害的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是具体实施方式中的磁悬浮电机的整体结构示意图；

图2是图1中A区域的局部结构放大图；

图3是图1中B区域的局部结构放大图。

图中：

1、转子；11、左端；12、右端；13、轴肩；14、斜面；

2、定子；

3、磁轴承；31、径向磁轴承；311、左磁轴承；312、右磁轴承；32、轴向磁轴承；33、左传感器；34、右传感器；

4、辅助轴承；41、左辅助轴承；42、右辅助轴承；

5、静压轴承；51、左静压轴承；52、右静压轴承；53、静压支撑容气槽；54、密封气腔；55、气体通道；

6、磁轴承座；61、左磁轴承座；62、右磁轴承座；63、传感器座；

7、电机壳；71、冷却套；72、主冷却通道；73、出口；

8、辅助轴承座；81、左辅助轴承座；82、右辅助轴承座；

9、端盖；91、左端盖；92、右端盖；

100、高压气路；110、左高压气路；111、左侧第一段；112、左侧第二段；120、右高压气路；121、右侧第一段；122、右侧第二段；

200、辅助冷却通道；210、左辅助冷却通道；220、右辅助冷却通道；230、第一冷却段；231、第一间隙；232、第二间隙；240、连接段；241、第四间隙；250、第二冷却段；251、第三间隙。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

说明：本发明申请描述过程中涉及到的左、右等方位，均以图1中示出的方位为准。

如图1至图3所示，本申请提供了一种磁悬浮电机，包括整体大致呈圆柱形的转子1，以及套设于转子1上的定子2，定子2位于转子1的沿其轴线方向的中部，在磁悬浮电机运行时，定子2不动，转子1绕自身轴线自转。通电时，定子2产生磁力，带动转子1高速旋转。

磁悬浮电机还包括均套设于转子1外部的磁轴承3、辅助轴承4和静压轴承5，磁轴承3通电后，使转子1保持在中心位置旋转。具体的，磁轴承3包括径向磁轴承31和轴向磁轴承32，其中，径向磁轴承31又包括左磁轴承311和右磁轴承312。如图1所示，左磁轴承311通过左磁轴承座61设置于转子1的左侧，右磁轴承312通过右磁轴承座62安装于转子1的右侧。为了对转子1与左磁轴承311在转子1的径向方向之间的距离，以及转子1与右磁轴承312在转子1的径向方向之间的距离进行检测，磁悬浮电机还包括分别与左磁轴承311和右磁轴承312对应设置的左传感器33和右传感器34，以更好的控制磁悬浮电机。左传感器33和左磁轴承311通过左磁轴承座61安装于转子1的径向外侧，右磁轴承312通过右磁轴承座62安装于转子1的径向外侧，右传感器34通过传感器座63安装于转子1与右磁轴承座62之间。轴向磁轴承32通过传感器座63与右磁轴承座62限位安装，以将轴向磁轴承32安装于转子1与右磁轴承座62之间。

磁悬浮电机还包括电机壳7，电机壳7设置于左磁轴承座61的径向外侧，分别与左磁轴承座61和右磁轴承座62限位安装。定子2位于电机壳7的径向内侧，沿转子1的径向方向，定子2与电机壳7之间设置有冷却套71，冷却套71与电机壳7共同形成主冷却通道72。在电机壳7上开设有沿电机壳7的径向方向延伸的通孔，连通电机壳7的内部和外部，通孔构成主冷却通道72的出口73，主冷却通道72中的冷却气流通过通孔排出至磁悬浮电机的外部。

磁悬浮电机还包括辅助轴承座8，辅助轴承4通过辅助轴承座8套设安装在转子1上。辅助轴承4包括左辅助轴承41和右辅助轴承42，辅助轴承座8包括左辅助轴承座81和右辅助轴承座82，左辅助轴承座81用于将左辅助轴承41安装在转子1的左端11，右辅助轴承座82用于将右辅助轴承42安装在转子1的右端12。

为了保护辅助轴承4，避免辅助轴承4与转子1摩擦产生高温烧结等问题，磁悬浮电机包括静压轴承5，静压轴承5设置在辅助轴承4附近，优选与辅助轴承4相邻设置，通过设置静压轴承5，加强了辅助轴承4的承载能力，增加了辅助轴承刚度。如图1所示，静压轴承5可以设置在辅助轴承4的左侧也可以设置在辅助轴承4的右侧，优选地，静压轴承5设置在辅助轴承4靠近转子1端面的一侧，以更好的保护辅助轴承4，避免辅助轴4承受到外界环境的影响。静压轴承5也通过辅助轴承座8安装在转子1的径向外侧，静压轴承5包括左静压轴承51和右静压轴承52，左静压轴承51设置在左辅助轴承41的左侧，右静压轴承52设置在右辅助轴承42的右侧。磁悬浮电机还包括端盖9，具体的，端盖9包括安装在转子1的左端11的左端盖91和安装在转子1右端12的右端盖92。其中，左端盖91通过比如螺钉等紧固件与左辅助轴承座81固定连接，并位于左辅助轴承座81的径向内侧；右端盖92通过比如螺钉等紧固件与右辅助轴承座82固定安装，并位于右辅助轴承座82的径向外侧。

由于轴向磁轴承32靠近转子1的右端12安装，因此，磁悬浮电机的转子1的左端11和右端12的整体安装结构略有不同。如图1和图2所示，静压轴承5在靠近转子1的一侧设置有静压支撑容气槽53，静压轴承5中需要通入高压气体，以在静压轴承5的内侧面与转子1的外侧面之间形成密封气腔54，形成静压支撑，从而对转子1起到一定支撑作用，增加辅助轴承4的刚度，避免转子1因某些原因发生偏移而与辅助轴承4摩擦接触。沿转子1的径向方向，辅助轴承4的内圈与转子1之间具有间隙a，静压轴承5的内圈与转子1之间具有间隙b，间隙a的尺寸小于或等于间隙b的尺寸。优选地，间隙a的尺寸与间隙b的尺寸相等，以获得最好的对转子1的支撑效果。间隙a和间隙b的尺寸根据安装结构的要求可以进行适当调整，在本实施例中，为了获得最优的支撑效果，间隙a的大小为0.05mm，间隙b的大小为0.05～0.1mm，从而保证了静压轴承5实现相应静压支撑效果的同时，还能够避免其与转子1接触而损坏。

为了将高压气体引入至静压轴承5中，磁悬浮电机上开设有高压气路100，具体的，为了将高压气体引入至左静压轴承51中，磁悬浮电机上开设有左高压气路110，为了将高压气体引入至右静压轴承52中，磁悬浮电机上开设有右高压气路120。如图1和图2所示，左高压气路110包括开设在电机壳7上的贯穿电机壳7的左侧第一段111，以及开设在左辅助轴承座81上的左侧第二段112，左侧第一段111与左侧第二段112连通，左侧第二段112与左静压轴承51内部连通，以将高压气体引入至左静压轴承51中。如图1和图3所示，右高压气路120包括开设在右端盖92上的右侧第一段121，以及开设在右辅助轴承座82上的右侧第二段122，右侧第一段121与右侧第二段122连通，右侧第二段122与右静压轴承52内部连通，以将高压气体引入至右静压轴承52中。

磁悬浮电机还包括辅助冷却通道200，辅助冷却通道200的入口端与通入至静压轴承5中的高压气路100连通，高压气路100中的高压气流一部分进入到静压支撑容气槽53中，用于对转子1进行支撑；另一部分高压气流进入辅助冷却通道200中，辅助冷却通道200的气流流路经过辅助轴承4，对辅助轴承4进行冷却。辅助冷却通道200的出口端与主冷却通道72连通，辅助冷却通道200中的冷却气体与主冷却通道72中的冷却气体混合后，通过设置于电机壳7上的出口73排出至磁悬浮电机外。可以理解的是，由于磁悬浮电机包括左辅助轴承41和右辅助轴承42，因此，为了分别对左辅助轴承41和右辅助轴承42均进行冷却，需要同时在磁悬浮电机的左端和右端分别设置辅助冷却通道200。如图2和图3所示，辅助冷却通道200包括用于对左辅助轴承41进行冷却的左辅助冷却通道210，以及用于对右辅助轴承42进行冷却的右辅助冷却通道220，左辅助冷却通道210和右辅助冷却通道220的结构、作用和设置方式大致相同。

下面以左辅助冷却通道210为例，对辅助冷却通道200的设置方式和大致结构进行详细说明。为了描述方便，在以下描述过程中，不再对左、右方位进行区分，且需要说明的是，图2中比较清楚详细的绘制出了辅助冷却通道200的设置方式和结构，以更好的理解本发明申请的技术方案，而为了更清楚直观的展示静压轴承5与辅助轴承4之间的安装位置关系，图3对辅助冷却通道200的结构进行了省略，但位于转子1右侧的右辅助冷却通道220的结构与图2中整体大致相同，只是由于具体结构不同进行了相应的位置调整，但整体构思相同。

如图2所示，在一个具体的实施例中，静压轴承5上开设有气体通道55，气体通道55连通位于静压轴承5内部的高压气路100与静压轴承5的外部，辅助冷却通道200的入口端与气体通道55连通，以将高压气路100中的部分高压气体引出至辅助冷却通道200中，对辅助轴承4进行冷却。由于静压轴承5与辅助轴承4并排设置，因此，在静压轴承5上开设气体通道55将高压气流引出更加方便、快捷，且能够获得较好的冷却效果。当然，在另一个可替换的实施例（图中未示出）中，也可以在辅助轴承座上开设气体通道，将经过辅助轴承座中的高压气流引出至辅助冷却通道中对辅助轴承进行冷却。将高压气路中的气流引至辅助轴承处，对辅助轴承进行冷却，避免出现辅助轴承与转子高速旋转摩擦产生高温烧结，导致辅助轴承与转子暴死，磁悬浮电机无法工作的问题。

进一步地，气体通道55沿转子1的轴向延伸，高压气路100沿转子1的径向延伸，气体通道55贯穿静压轴承5的位于高压气路100与辅助轴承4之间的内壁。优选地，气体通道55正对辅助轴承4设置，以将从静压轴承5内部引出的高压气体直接对准辅助轴承4进行输送，以获得更好的冷却效果。

为了实现更好的冷却效果，对除了辅助轴承4之外的其余部件进行冷却，辅助冷却通道200由多段连通的冷却段构成。如图2所示，在一个具体的实施例中，辅助冷却通道200包括依次连通的第一冷却段230、连接段240和第二冷却段250。沿转子1的轴向方向，静压轴承5与辅助轴承4之间具有第一间隙231；沿转子1的径向方向，辅助轴承4的内圈与转子1之间具有第二间隙232；第一间隙231与第二间隙232连通，且共同构成辅助冷却通道200的第一冷却段230。沿转子1的径向方向，磁轴承座6与转子1之间具有第三间隙251，第三间隙251形成第二冷却段250，第二冷却段250的气流流路经过磁悬浮电机的径向磁轴承31，第二冷却段250的出口端与主冷却通道72连通。第一冷却段230和第二冷却段250通过连接段240相连，转子1具有对辅助轴承4进行限位的轴肩13，沿转子1的周向方向，轴肩13处设置有斜面14，斜面14与辅助轴承座8之间具有第四间隙241，第四间隙241形成连接段240。

本申请还提供了一种鼓风机，包括壳状的本体，本体内还设置有如上所述的磁悬浮电机，在保证鼓风机使用性能的同时，有效避免因长时间使用造成磁悬浮电机中的辅助轴承烧结损坏，降低了后期使用维修成本，延长了鼓风机的使用寿命。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块\/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

设计图

磁悬浮电机及鼓风机论文和设计

磁悬浮电机及鼓风机论文和设计-李永胜

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢