磁悬浮轴承、压缩机的制作方法

1.本发明属于轴承制造技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴承、压缩机。


背景技术：

2.磁悬浮轴承具有无接触、无磨损、高转速、高精度、不需要润滑和密封等一系列优良品质，是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学一体的高新技术产物。
3.磁力轴承分为主动式、被动式、混合式三种类型，主动式磁力轴承刚度大，可以精密控制，但产生单位承载力所需体积和功耗较大；被动式磁力轴承利用磁性材料之间的吸力或斥力实现转子的悬浮，刚度和阻尼都比较低；混合式磁力轴承运用永磁体提供偏置磁场取代主动式磁悬浮轴承中电磁铁产生的静态偏置磁场，减少控制绕组的安匝数，缩小轴承体积，提高轴承承载能力等；混合式磁力轴承对体积和功耗有严格要求的领域有着不可替代的优势，磁力轴承又主要应用于高速、超高速场合。因此，磁悬浮系统的集成化、微型化和提高控制系统的稳定性与可靠性将是重点研究方向。
4.现有技术中的磁悬浮轴承(以三自由度轴承为例)结构如图1所示，永磁体10直接套设在径向定子铁芯5外侧，为减小漏磁，径向定子铁芯5外侧与永磁体10配合间隙应尽可能小，径向定子铁芯5由叠片叠装形成，实际零件加工很难保证永磁体10与径向定子铁芯5之间配合间隙，同样径向定子铁芯5、永磁体10、导磁环9组成的组件为一个整体零件，其中永磁体10位于径向定子铁芯5和导磁环9之间，导磁环9的轴端面还连接上、下铁芯(轴向定子铁芯1)，而永磁体10无法机加工，故难以保证对磁悬浮轴承内各相关部件的精准定位。


技术实现要素：

5.因此，本发明提供一种磁悬浮轴承、压缩机，能够克服相关技术中的磁悬浮轴承中永磁体被夹持于导磁环与径向定子铁芯之间，径向定子铁芯的定位精度受限于永磁体的精度，而永磁体无法机加工从而使径向定子铁芯的定位精度不高的不足。
6.为了解决上述问题，本发明提供一种磁悬浮轴承，包括第一轴向铁芯、径向铁芯，所述第一轴向铁芯具有第一容纳空间，所述第一容纳空间内具有环形定位凸台，所述环形定位凸台具有轴向定位面以及径向定位面，所述第一容纳空间内设有导磁环，所述导磁环能够同时与所述轴向定位面及径向定位面配合连接以实现对所述导磁环在所述第一轴向铁芯的轴向及径向的定位，所述导磁环套装于所述径向铁芯的外圆周壁上。
7.在一些实施方式中，所述导磁环的中心通孔的一端孔口具有沿其径向向内延伸的限位环台，所述限位环台能够对所述径向铁芯的轴向形成限位。
8.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括多个磁钢，所述导磁环的外圆周壁与所述第一容纳空间的壁体之间形成环形间隙，多个所述磁钢沿所述环形间隙的周向间隔设置于所述环形间隙内，且所述磁钢与所述环形间隙之间为间隙配合。
9.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括两个轴向绕组组件，两个所述轴向绕组组件分别一一对应地连接于所述径向铁芯的轴向两个端面上。
10.在一些实施方式中，所述轴向绕组组件包括绕线骨架及轴向控制绕组，所述轴向控制绕组绕设于所述绕线骨架具有环槽内，所述绕线骨架朝向所述径向铁芯一侧设有插接结构，所述径向铁芯的轴向两个端面上分别连接的所述绕线骨架通过所述插接结构连接为一体。
11.在一些实施方式中，所述插接结构包括公座及母座，同一所述绕线骨架上同时具有所述公座及母座。
12.在一些实施方式中，所述径向铁芯上绕设有径向控制绕组，所述第一轴向铁芯上构造有线缆通孔，两个所述轴向控制绕组及所述径向控制绕组的引出线经由所述线缆通孔被从所述第一容纳空间引出至所述第一容纳空间的外侧。
13.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括第二轴向铁芯，所述第二轴向铁芯与所述第一轴向铁芯可拆卸连接以能够封闭所述第一容纳空间；和/或，所述环形定位凸台为可拆卸连接于所述第一容纳空间内的不导磁定位环。
14.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括转轴组件，所述转轴组件包括推力盘，所述第一轴向铁芯和/或所述第二轴向铁芯具有的推力盘穿行孔内嵌装有保护轴承，所述保护轴承间隙套装于所述推力盘的外圆周侧。
15.在一些实施方式中，所述推力盘的外圆周侧套装有轴向间隙调整套环，所述保护轴承间隙套装于所述轴向间隙调整套环的外圆周侧，所述推力盘的外圆周侧还套装有转子铁芯组件以及与其间隔设置的锁定件，所述轴向间隙调整套环为所述锁定件与所述转子铁芯组件所夹持，所述轴向间隙调整套环的外周壁上形成有轴向限位间隙槽，所述保护轴承的内圈套装于所述轴向限位间隙槽内，所述保护轴承的轴向长度小于所述轴向限位间隙槽的轴向长度以在两者之间形成轴向保护间隙。
16.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括转轴组件，所述转轴组件包括非导磁套环以及套装于其外圆周侧的转子铁芯，所述转子铁芯的轴向两端设置有铁芯轴端挡板以对所述转子铁芯的轴向定位，所述铁芯轴端挡板导磁，且所述铁芯轴段挡板与与之邻近的所述第一轴向铁芯或者第二轴向铁芯之间形成轴向调整间隙；或者，所述转轴组件包括导磁套环以及套装于其外圆周侧的转子铁芯，所述转子铁芯的轴向两端设置有铁芯轴端挡板以对所述转子铁芯的轴向定位，所述铁芯轴端挡板导磁，且所述铁芯轴端挡板与与之邻近的所述第一轴向铁芯或者第二轴向铁芯之间形成轴向调整间隙。
17.在一些实施方式中，当所述转轴组件包括导磁套环时，所述铁芯轴端挡板与所述转子铁芯的对应端部之间还设有隔磁板。
18.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括转轴组件，所述转轴组件包括转子铁芯，所述转子铁芯套装于止推盘的外圆周侧，所述转子铁芯的轴向两端设置有铁芯轴端挡板以对所述转子铁芯的轴向定位，所述铁芯轴端挡板导磁。
19.在一些实施方式中，两个所述铁芯轴端挡板中的至少一个具有朝向所述转子铁芯一侧沿其轴向延伸的延伸套环，所述延伸套环套装于所述转子铁芯的中心通孔与所述止推盘的外圆周壁之间。
20.在一些实施方式中，所述转轴组件还包括非导磁套环或者导磁套环，所述转子铁芯以及所述非导磁套环或者导磁套环与所述止推盘之间通过定位螺钉实现定位。
21.本发明还提供一种压缩机，包括上述的磁悬浮轴承。
22.本发明提供的一种磁悬浮轴承、压缩机，径向铁芯的安装基准由处于径向最外侧的第一轴向铁芯-环形定位环台-导磁环-导磁环的中心通孔孔壁共同决定，这一定位尺寸链中不涉及现有技术中的磁钢(例如永磁体)，这一尺寸链中的各个部件的定位配合面皆可以采用机加工等方式保证其形位精度，从而使径向铁芯的定位更加准确，从而有效避免现有技术中的径向铁芯的定位由于与磁钢有关联，径向铁芯的定位精度误差较大的问题出现。
附图说明
23.图1为现有技术中的三自由度磁悬浮轴承的内部结构示意图(剖面图)，图中箭头示出轴向控制磁路；
24.图2为本发明一种实施例的磁悬浮轴承的内部结构示意图(部分剖面图)，图中箭头示出轴向控制磁路；
25.图3为图2中的i处的局部放大图；
26.图4为图2中的磁悬浮轴承沿其轴向视角下的示意图(从第二轴向铁芯一侧朝向第一轴向铁芯一侧)，图中箭头示出径向控制磁路；
27.图5为图2中的磁悬浮轴承的结构分解示意图；
28.图6为图5中的磁悬浮轴承的局部剖视图；
29.图7为本发明另一实施例的磁悬浮轴承的内部结构示意图(部分剖面图)，图中箭头示出轴向控制磁路
30.图8至图14分别为不同实施例中的磁悬浮轴承中的转子组件的结构示意图(含轴向铁芯部分结构)。
31.附图标记表示为：
32.1、轴向铁芯；2、轴向绕组骨架；3、轴向绕组；4、径向绕组；5、径向铁芯；6、转子铁芯；7、转子套环；8、铁芯限位挡板；9、导磁环；10、永磁体；11、轴向控制磁路；12、永磁偏置磁路；101、第一轴向铁芯；1011、线缆通孔；102、环形定位凸台；103、导磁环；104、第二轴向铁芯；201、径向铁芯；202、径向控制绕组；301、磁钢；401、绕线骨架；4011、公座；4012、母座；402、轴向控制绕组；501、非导磁套环；502、转子铁芯；503、铁芯轴端挡板；504、隔磁板；505、导磁套环；600、推力盘；601、保护轴承；602、轴向间隙调整套环；603、锁定件；604、轴承压盖。
具体实施方式
33.结合参见图2至图14所示，根据本发明的实施例，提供一种磁悬浮轴承，包括第一轴向铁芯101、径向铁芯201，所述第一轴向铁芯101具有第一容纳空间，所述第一容纳空间内具有环形定位凸台102，所述环形定位凸台102具有轴向定位面以及径向定位面，所述第一容纳空间内设有导磁环103，所述导磁环103能够同时与所述轴向定位面及径向定位面配合连接以实现对所述导磁环103在所述第一轴向铁芯101的轴向及径向的定位，所述导磁环103套装于所述径向铁芯201的外圆周壁上。该技术方案中的径向铁芯201的安装基准由处于径向最外侧的第一轴向铁芯101-环形定位凸台102-导磁环103-导磁环103的中心通孔孔壁共同决定，这一定位尺寸链中不涉及现有技术中的磁钢(例如永磁体)，这一尺寸链中的
各个部件的定位配合面皆可以采用机加工等方式保证其形位精度，从而使径向铁芯201的定位更加准确，从而有效避免现有技术中的径向铁芯201的定位由于与磁钢有关联，径向铁芯201的定位精度误差较大的问题出现。
34.在一些实施方式中，所述导磁环103的中心通孔的一端孔口具有沿其径向向内延伸的限位环台，所述限位环台能够对所述径向铁芯201的轴向形成限位，如此，径向铁芯201的径向由导磁环103的中心通孔实现定位，径向铁芯201的轴向则由导磁环103的中心通孔实现定位，而可以理解的是，所述导磁环103与所述径向铁芯201之间可以通过过盈配合、粘贴等方式实现对两者相对位置的最终锁定。所述导磁环103与环形定位凸台102具有的轴向定位面以及径向定位面之间也可以采用过盈配合或者粘贴的方式实现可靠的定位连接。
35.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括多个磁钢301(具体例如永磁体)，所述导磁环103的外圆周壁与所述第一容纳空间的壁体之间形成环形间隙，多个所述磁钢301沿所述环形间隙的周向间隔设置于所述环形间隙内，且所述磁钢301与所述环形间隙之间为间隙配合，将磁钢301设置于环形间隙内使磁悬浮轴承的结构更加紧凑，同时磁钢301与环形间隙之间间隙配合，方便磁钢301安装的同时，还能够防止磁钢301施力于导磁环103之上进而对导磁环103形位构成不利进而降低径向铁芯201的位置精度，而可以理解的是，此时的磁钢301由于无需过多考虑其过高的尺寸精度，加工难度将降低。在一个具体实施例中，磁钢301可以采用方柱体形状的磁钢，此时对应的导磁环103的外圆周壁、第一容纳空间的内壁为相应的多边形，以与方柱体形状的磁钢之间的配合面形成平面，如此能够利用这一多边形的结构实现对多个磁钢的周向定位，而可以无需单独设置相应的磁钢固定架，进一步简化磁悬浮轴承的结构。
36.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括两个轴向绕组组件，两个所述轴向绕组组件分别一一对应地连接于所述径向铁芯201的轴向两个端面上，与现有技术中将轴向绕组组件与导磁环的两个轴向端面连接的技术方案相比较，本发明中将其连接到了径向铁芯201之上，使其距离径向铁芯201的径向控制绕组202的距离更近，两者的绕组引出线可以被汇总于一处，进而引出到磁悬浮轴承的外侧，具体例如所述第一轴向铁芯101上构造有线缆通孔1011，两个所述轴向控制绕组402及所述径向控制绕组202的引出线经由所述线缆通孔1011被从所述第一容纳空间引出至所述第一容纳空间的外侧，从而磁悬浮轴承的结构进一步得到精简。
37.在一些实施方式中，所述轴向绕组组件包括绕线骨架401及轴向控制绕组402，所述轴向控制绕组绕设于所述绕线骨架401具有环槽内，所述绕线骨架401朝向所述径向铁芯201一侧设有插接结构，所述径向铁芯201的轴向两个端面上分别连接的所述绕线骨架401通过所述插接结构连接为一体，所述插接结构包括公座4011及母座4012，同一所述绕线骨架401上同时具有所述公座4011及母座4012，此时相对的两个所述轴向绕组组件中的一个能够通过其具有的公座4011与另一个具有的母座4012形成可靠连接(例如两者之间可以通过粘贴、过盈配合等方式实现固定连接)。能够理解的是，径向铁芯201上还构造有供所述插接结构穿行的通孔。
38.所述磁悬浮轴承还包括第二轴向铁芯104，所述第二轴向铁芯104与所述第一轴向铁芯101可拆卸连接以能够封闭所述第一容纳空间，也即所述第一轴向铁芯101与第二轴向铁芯104两者客观上形成磁悬浮轴承的外壳。需要特别强调的是，本发明中，磁悬浮轴承内
的轴向绕组组件、径向铁芯201、径向控制绕组202、导磁环103、环形定位凸台102以及第一轴向铁芯101组装为一个整体构成磁悬浮轴承的第一部分、第二轴向铁芯104构成磁悬浮轴承的第二部分，而转轴组件则作为第三部分，如此本发明的磁悬浮轴承的集成度、结构紧凑度得到提高，极大的便利了磁悬浮轴承的组装拆卸过程。
39.在一些实施例中的，所述环形定位凸台102为可拆卸连接于所述第一容纳空间内的不导磁定位环，而能够理解的是，第一轴向铁芯101的材料则是导磁材料，所述环形定位凸台102具体可以采用过盈配合的方式连接于第一容纳空间内，也即环形定位凸台102与第一轴向铁芯101之间采用过盈配合。
40.在一些实施方式中，所述磁悬浮轴承还包括转轴组件，所述转轴组件包括推力盘600，所述第一轴向铁芯101和/或所述第二轴向铁芯104具有的推力盘穿行孔内嵌装有保护轴承601，所述保护轴承601间隙套装于所述推力盘600的外圆周侧。具体参见图3所示，径向铁芯201与转子铁芯502之间有径向气隙g1，第二轴向铁芯104与与之相邻的铁芯轴端挡板503之间有轴向气隙g2，第一轴向铁芯101与与之相邻的铁芯轴端挡板503之间有轴向气隙g3(图中未示出)，处于转轴左侧的保护轴承601与推力盘600的左端之间有轴向气隙g4，处于转轴右侧的保护轴承601与推力盘的右端之间有轴向气隙g5(图中未示出)，应保证g2＞g4，g3＞g5以使保护轴承601具有保护作用，保护轴承601与推力盘600径向之间有气隙g6，g1＞g6。
41.该磁悬浮轴承的控制逻辑包括轴向轴承控制逻辑及径向控制逻辑，两个控制逻辑大致相同，以轴向轴承控制逻辑为例：当传感器检测到轴向气隙g2＞g3时，控制器控制轴承中电流方向，使第二轴向铁芯104中的电磁磁路与永磁磁路叠加，轴承前侧轴承出力ff(前轴承出力)＞fr(后轴承出力)(以图3所示方位左侧为前、右侧为后)，转轴组件向左移动，同理，当传感器检测到轴向气隙g2＜g3时，控制器控制轴承中电流方向改变，可以实现转轴组件向右移动。
42.在另一些实施方式中，如图7所示，所述推力盘600的外圆周侧套装有轴向间隙调整套环602，所述保护轴承601间隙套装于所述轴向间隙调整套环602的外圆周侧，所述推力盘600的外圆周侧还套装有转子铁芯组件以及与其间隔设置的锁定件603，所述轴向间隙调整套环602为所述锁定件603与所述转子铁芯组件所夹持，所述轴向间隙调整套环602的外周壁上形成有轴向限位间隙槽，所述保护轴承601的内圈套装于所述轴向限位间隙槽内，所述保护轴承601的轴向长度小于所述轴向限位间隙槽的轴向长度以在两者之间形成轴向保护间隙，通过更换具有不同槽宽(也即轴向长度)的轴向限位间隙槽的轴向间隙调整套环602对保护轴承的轴向保护间隙进行调整。所述锁定件603例如可以为锁定螺母以及处于锁定螺母与保护轴承601的内圈之间的垫片。能够理解的是，保护轴承601的轴向也应该被限位，例如当保护轴承601组装于第一轴向铁芯101上时，此时第一轴向铁芯101上还设有轴承压盖604，其可拆卸地连接于第一轴向铁芯101的外侧。
43.在一些实施方式中，磁悬浮轴承还包括转轴组件，所述转轴组件包括非导磁套环501以及套装于其外圆周侧的转子铁芯502，所述转子铁芯502的轴向两端设置有铁芯轴端挡板503以对所述转子铁芯502的轴向定位，所述铁芯轴端挡板503导磁，且所述铁芯轴段挡板503与与之邻近的所述第一轴向铁芯101或者第二轴向铁芯102之间形成轴向调整间隙；或者，所述转轴组件包括导磁套环505以及套装于其外圆周侧的转子铁芯502，所述转子铁
芯502的轴向两端设置有铁芯轴端挡板503以对所述转子铁芯502的轴向定位，所述铁芯轴端挡板503导磁，且所述铁芯轴端挡板503与与之邻近的所述第一轴向铁芯101或者第二轴向铁芯102之间形成轴向调整间隙，该种布置方式磁阻小，磁通利用率更高。当所述转轴组件包括导磁套环505时，所述铁芯轴端挡板503与所述转子铁芯502的对应端部之间还设有隔磁板504，以保证磁通能够从导磁套环505中经过。
44.在一个另外的实施例中，所述转轴组件包括转子铁芯502，所述转子铁芯502套装于止推盘600的外圆周侧，所述转子铁芯502的轴向两端设置有铁芯轴端挡板503以对所述转子铁芯502的轴向定位，所述铁芯轴端挡板503导磁。在一些实施方式中，两个所述铁芯轴端挡板503中的至少一个具有朝向所述转子铁芯502一侧沿其轴向延伸的延伸套环，所述延伸套环套装于所述转子铁芯502的中心通孔与所述止推盘600的外圆周壁之间。该技术方案中仅设置铁芯轴端挡板503，而无需设置前述的非导磁套环501或者导磁套环505，使转轴组件结构得到简化。
45.在一些实施方式中，所述转轴组件还包括非导磁套环501或者导磁套环504，所述转子铁芯502以及所述非导磁套环501或者导磁套环504与所述止推盘600之间通过定位螺钉实现定位，如此，套装的部件之间可以不必采用过盈配合的方式，提高装配效率，同时便于更换。
46.保护轴承601型号为深沟球轴承或是角接触球轴承(成对使用)，具有径向保护和轴向保护的作用，其中角接触轴承一般成对使用，一般采用钢制轴承或是陶瓷球轴承亦或是混合陶瓷球轴承。保护轴承601的外圈与第一轴向铁芯101、第二轴向铁芯104径向采用过盈装配，限制保护轴承外圈在轴向方向移动，或是采用其它限位方式，如胶粘、轴承卡箍箍住。
47.根据本发明的实施例，还提供一种压缩机，包括上述的磁悬浮轴承。
48.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
49.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。