[發明專利]用于磁軸承的補償繞組

在審

• 申請號: 201710363340.4
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107420423A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: P.J.馬基-安托;L.J.薩爾米亞
• 申請（專利權）人: 英格索爾－蘭德公司
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 李晨,譚祐祥

技術領域

本申請的實施例一般地涉及推力或軸向主動式磁軸承（active magnetic bearing）或致動器。更特別地但非排他地，本申請的實施例涉及用于軸向磁軸承的補償繞組，其適合于至少試圖使磁通量的單極漏泄（homopolar leakage）最小化。

背景技術

磁軸承系統可以利用磁性來至少使可旋轉裝置或設備懸浮和/或對其進行支撐，所述可旋轉裝置或設備諸如電馬達或發電機的轉子、軸和/或盤狀物，以及其它裝置。另外地，某些磁軸承系統可包括主動式推力或軸向磁軸承或致動器，其為可旋轉裝置或部件提供軸向支撐。通常，向一個方向拉懸浮的設備的主動式軸向磁軸承利用電流沿一個且僅一個方向穿過軸向磁軸承的電磁線圈或繞組的流動來產生磁場，該磁場根據安培環路定律（Ampère's circuital law）環繞該電流。關聯產生的推力常常與相對靜止的軸向磁軸承與懸浮的可旋轉裝置之間的空氣間隙中的軸向感應磁場相關聯。常常被稱為磁阻力的此類推力常常大體上與空氣間隙截面面積以及與空氣間隙磁通量密度的二次冪成正比。

當電流正僅沿一個方向流動穿過電磁線圈或繞組時，關聯的磁通量也會大體上沿著主磁通量路徑在僅一個方向上流動，僅在一個方向上流動的關聯的磁通量可被稱為單極磁通量（homopolar magnetic flux）。例如，圖1示出了定位在可旋轉裝置102的一部分（諸如推力盤）的相對側上的第一和第二軸向磁軸承100a、100b。圖1還示出了大體上理想的情形，在該情形中，由第一軸向磁軸承100a的操作產生的所有磁通量104（以實線表示）沿著主磁通量路徑106流動，外部推力被示出為朝向向右方向，而軸承推力朝向向左方向。如所示，在此類情況中，主磁通量路徑106可從第一軸向磁軸承100a的定子鐵磁芯108延伸到第一軸向磁軸承100a與可旋轉裝置102之間的空氣間隙112的第一部分110a，并且然后延伸到可旋轉裝置102的一部分（諸如推力盤）。主磁通量路徑106然后可經由空氣間隙112的第二部分110b延伸回到第一軸向磁軸承100a的定子鐵磁芯108。

然而，即便不是不可能的，但將所有磁通量僅保持在主磁通量路徑上通常實際上是有挑戰性的。此外，通常，磁通量中的至少一些在主磁通量路徑外側流動，其可以被稱為漏泄通量（leakage flux）。存在的漏泄通量的程度可至少部分地取決于主磁通量路徑的磁飽和水平以及在軸向磁軸承或致動器附近的周圍部分和材料。此外，雖然此類漏泄通量從力產生的立場出發一般地是無用的，但漏泄通量可消耗產生磁場的總磁動勢（magneto-motive force）的至少一部分。因此，漏泄通量可降低軸向磁軸承的負載能力，而同時還增加軸向磁軸承的總電感（inductance），這可降低軸向磁軸承的動態能力（dynamical capacity）。

單極漏泄通量（homopolar leakage flux）還可對設備或系統的其它電磁部件或裝置造成電磁干擾。此外，軸向磁軸承通常定位成相對靠近地接近于設備或系統的其它部件或裝置，諸如相對靠近地接近于其它致動器和/或傳感器。因此，如例如在圖2中所示出的，由第一軸向磁軸承100a的操作產生的單極漏泄通量路徑114常常延伸到系統或裝置的其它部件或裝置。此類漏泄通量因此可對其它相對在附近的電磁裝置造成電磁干擾（EMI），這可負面地影響那些受影響的部分（諸如傳感器116以及其它磁軸承或致動器118）的操作。另外地，至少對于高速電馬達，如果殼體部分（諸如馬達、發電機和/或軸承殼體）由鐵磁材料構造而成，則可載有此類漏泄通量的面積可以是相對寬的。因此，漏泄通量的預期發生可導致在材料方面的限制，其一般地適用于對各種殼體部分的挑選，所述各種殼體部分將會大體上圍繞或以其它方式相對靠近地接近于軸向磁軸承。此外，單極漏泄通量可將并不意圖被磁化的系統的部分磁化，諸如將軸端部磁化，其可促使灰塵和相對小的含鐵顆粒積聚在被磁化部分上或積聚在其周圍，以及其它問題。

發明內容