[發(fā)明專利]偏置磁場可調(diào)的力平衡型定子永磁電機磁軸承

有效

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• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113285558B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設計）人: 花為;張志恒;徐崎凡
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: H02K7/09
• 分類號: H02K7/09;H02K1/17;H02N15/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 熊玉瑋

本發(fā)明公開了偏置磁場可調(diào)的力平衡型定子永磁電機磁軸承，屬于發(fā)電、變電或配電的技術領域。磁軸承包含4個永磁磁極和4個電磁極，4個永磁磁極的磁場能量來自于定子永磁電機的定子永磁體，通過永磁體左側(cè)導磁橋、永磁體右側(cè)導磁橋、調(diào)磁段、電磁極定子、電磁極與永磁磁極隔離板、永磁體兩側(cè)磁極間連接段、永磁體左側(cè)磁極、永磁體右側(cè)磁極構(gòu)成永磁磁極，永磁磁極磁通由調(diào)磁段調(diào)節(jié)，電磁極由通入電磁極繞組線圈中的電流調(diào)節(jié)。永磁偏置磁通和電磁極磁通共同的路徑僅為磁軸承轉(zhuǎn)子，調(diào)節(jié)軸向磁軸承調(diào)磁件的磁導率以及嵌入導磁段的體積、改變推力盤與前側(cè)永磁磁極、后側(cè)永磁磁極的相對距離，利于磁軸承的控制，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊、偏置磁場可調(diào)的目的。

技術領域

本發(fā)明公開了偏置磁場可調(diào)的力平衡型定子永磁電機磁軸承，涉及電氣和機械傳動設備領域相關技術，屬于發(fā)電、變電或配電的技術領域。

背景技術

傳統(tǒng)的定子永磁電機包括雙凸極永磁電機、磁通反向永磁電機、磁通切換永磁電機，共同特點是永磁體皆位于定子，轉(zhuǎn)子上既無永磁體也無繞組，因此不存在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子永磁電機面臨的永磁體受離心力破碎和高溫去磁的風險。但現(xiàn)有的定子永磁電機常采用機械軸承，機械軸承普遍存在的噪音大、成本高、易疲勞失效等問題，也成為定子永磁電機常面臨的問題。公開號為CN111425523A的中國專利公開了一種混合式徑向永磁偏置磁軸承，該軸承采用傳統(tǒng)的八極電機的定子鐵芯作為磁懸浮軸承主體結(jié)構(gòu)，設置八個電磁控制磁極和兩個永磁偏置磁極，提高軸承的靜態(tài)承載力，減小損耗和體積，但是該軸承的使用效果極易受到安裝角度、安裝位置的影響，具體來說只能垂直安裝且僅適用于臥式電機，此外永磁偏置磁路和電磁鐵磁路耦合程度較高，根據(jù)磁阻最小原理，實際應用時，永磁磁場極易通過偏置磁極和相鄰的電磁控制磁極形成回路，存在電磁控制磁極無法產(chǎn)生足夠控制力的風險。

軸向力是離心風機、離心葉輪等設備常面臨的一個技術問題，與設備制造質(zhì)量、液體粘性、旋轉(zhuǎn)方向、安裝方式密切相關，過大的軸向力會導致設備轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生軸向竄動，引起軸承磨損、電機轉(zhuǎn)子偏心等問題，增加了設備的維修難度和維修成本，降低了使用壽命和生產(chǎn)效率。永磁偏置式徑向磁軸承利用永磁材料產(chǎn)生偏置磁場，進而產(chǎn)生偏置力，減小了傳統(tǒng)主動式電驅(qū)磁軸承的偏置電流，同時具有無接觸、無潤滑和無磨損的顯著優(yōu)點，廣泛應用于真空裝備制造、壓縮機及其它高速、真空領域。

隨著永磁偏置式磁軸承產(chǎn)品的出現(xiàn)，真空裝備制造及壓縮機等行業(yè)已率先開展磁軸承的應用研究，取得了良好的效果。同時定子永磁電機因為堅固的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、良好的運行性能，在行業(yè)內(nèi)也得到了廣泛的應用。公開號為CN111927885A的中國專利公開了一種永磁偏置軸向磁軸承，該磁軸承包括相互對稱設置在轉(zhuǎn)子兩側(cè)的第一磁軸承定子組件和第二磁軸承定子組件，實現(xiàn)了電磁磁通與永磁磁通的分離，降低磁軸承的功耗，提升磁軸承的動態(tài)響應速度和控制精度。申請?zhí)枮?01410594571.2和201410462477.1的中國發(fā)明專利提出了豐富的定子永磁電機拓撲結(jié)構(gòu)，較大程度上擴寬了該類型電機的應用領域，也為行業(yè)提供了更為豐富的電機產(chǎn)品。

申請?zhí)枮?01910198690.9的中國專利公開了一種軸向力平衡與密封結(jié)構(gòu)及高功率密度離心風機，該專利一體化設計了軸向力平衡盤與密封結(jié)構(gòu)，減小了附加在輸出軸上的質(zhì)量，設計了三層密封結(jié)構(gòu)，通過壓力差產(chǎn)生的軸向力抵消一部分葉輪產(chǎn)生的軸向力，但是從實現(xiàn)的方式來看，該結(jié)構(gòu)仍然是一種被動的軸向力平衡措施，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜。綜合現(xiàn)有的技術，工業(yè)應用中常采用平衡盤、耐磨板、平衡環(huán)等平衡部件，設備泵送的介質(zhì)會在平衡部件的兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，利用該壓力差來平衡一部分軸向力，削弱軸向力引起的不利后果，但是上述平衡部件的使用會增加整個系統(tǒng)的復雜程度及軸向長度，同樣面臨因平衡部件磨損而引起的維修成本增加、系統(tǒng)性能下降等問題。

同時，現(xiàn)有的軸向力平衡裝置、永磁偏置式磁軸承、定子永磁電機均是按照獨立部件進行設計和加工，依據(jù)所需性能和設計方案進行裝配，這就導致各部件緊湊程度不高、組裝后的體積較大。現(xiàn)有的軸向力平衡裝置在安裝于設備之后，一般很難根據(jù)設備的運行工況以及負載變化進行調(diào)節(jié)，這不利于最大程度利用軸向力平衡裝置的平衡潛能。