定子组件、磁悬浮轴承、电机、压缩机和空调器的制作方法

1.本技术涉及磁悬浮技术领域，具体涉及一种定子组件、磁悬浮轴承、电机、压缩机和空调器。


背景技术：

2.磁悬浮轴承是一种利用电磁力，支承转子系统稳定悬浮运行的轴承。相较于传统的机械轴承，磁悬浮轴承具有无摩擦、无磨损、无需润滑、运行转速高、寿命长及维护成本低等优良特性，在高速电机、高速电主轴、高速飞轮储能系统等高速传动领域具有广泛的应用前景。
3.磁悬浮轴承利用可控电磁力将转子悬浮在磁场中，轴承存在铁损耗和铜损耗等，导致轴承发热，轴承过热会使转子受热膨胀，使轴承结构参数发生变化，影响轴承气隙，而且影响转子铁芯的硅钢片机械强度等。目前的轴承冷却结构，主要在轴承定子槽开孔直接对线包进行冷却，该方案虽然缓解了发热的问题，但是却容易对定子结构造成破坏，影响磁悬浮轴承的质量。


技术实现要素：

4.因此，本技术要解决的技术问题在于提供一种定子组件、磁悬浮轴承、电机、压缩机和空调器，能够对磁悬浮轴承进行有效散热，同时避免破坏磁悬浮轴承的定子结构，保证磁悬浮轴承的质量。
5.为了解决上述问题，本技术提供一种定子组件，包括至少两个铁芯模块和导热结构，至少两个铁芯模块沿周向间隔排布，导热结构位于相邻的两个铁芯模块之间，对相邻的两个铁芯模块进行隔磁，至少部分导热结构上设置有冷却通道，冷却通道连通至定子组件的中心轴孔。
6.优选地，铁芯模块包括轭部和齿部，导热结构沿径向突出于轭部的内周壁。
7.优选地，导热结构为导热板，导热板位于相邻的齿部的中间位置。
8.优选地，相邻的齿部之间形成齿槽，齿槽内缠绕有线圈，导热结构位于相邻的线圈之间，导热结构沿铁芯模块的径向延伸，导热结构向中心轴孔延伸的顶端位于线圈的径向内侧。
9.优选地，导热结构相对于轭部的顶端高度与齿部的径向高度相同。
10.优选地，导热结构的至少一侧设置有与齿槽连通的导流孔，导流孔与冷却通道连通，导流孔位于线圈的径向外侧。
11.优选地，导热结构相对于轭部的顶端高度高于齿部的径向高度。
12.优选地，单个导热结构上设置有一个冷却通道，冷却通道位于导热结构的轴向中间位置；或，单个导热结构上设置有至少两个冷却通道，至少两个冷却通道沿铁芯模块的轴向间隔设置。
13.优选地，导热结构采用隔磁材料制成。
14.优选地，定子组件还包括导热套，导热套套设在铁芯模块和导热结构的外周，并对铁芯模块进行固定。
15.优选地，导热套与导热结构一体成型。
16.优选地，冷却通道沿径向贯穿导热套。
17.优选地，导热套的外周设置有环形流道，各冷却通道与环形流道连通。
18.优选地，导热结构采用热的良导体材料制成。
19.优选地，导热套采用隔磁材料制成。
20.优选地，单个铁芯模块包括两个齿部，两个齿部的周向宽度相同；或，单个铁芯模块包括三个齿部，位于中间齿部的周向宽度等于位于两侧的齿部的周向宽度之和。
21.优选地，定子组件为8极、12极或16极。
22.根据本技术的另一方面，提供了一种磁悬浮轴承，包括定子组件和轴承转子，该定子组件为上述的定子组件，轴承转子设置在定子组件的中心轴孔内。
23.根据本技术的另一方面，提供了一种电机，包括定子组件和轴承转子，该定子组件为上述的定子组件，轴承转子设置在定子组件的中心轴孔内。
24.优选地，电机还包括前轴承壳体、后轴承壳体和机壳，前轴承壳体和后轴承壳体内分别设置有定子组件，机壳套设在前轴承壳体和后轴承壳体外，机壳、前轴承壳体和后轴承壳体上分别设置有流体通道，冷却介质通过流体通道进入冷却通道内。
25.根据本技术的另一方面，提供了一种压缩机，包括上述的定子组件或上述的磁悬浮轴承。
26.根据本技术的另一方面，提供了一种空调器，包括上述的定子组件或上述的磁悬浮轴承。
27.本技术提供的定子组件，包括至少两个铁芯模块和导热结构，至少两个铁芯模块沿周向间隔排布，导热结构位于相邻的两个铁芯模块之间，对相邻的两个铁芯模块进行隔磁，至少部分导热结构上设置有冷却通道，冷却通道连通至定子组件的中心轴孔。该定子组件中，采用至少两个铁芯模块分体设置的方式来形成定子铁芯，因此可以实现轴承定子铁芯模块化，便于生产、便于维修更换，降低轴承成本。模块化的铁芯模块，更加方便实现绕线，降低了绕线难度，提高了绕线效率。冷却通道开设在导热结构上，而非开设在铁芯模块上，既能够实现对磁悬浮轴承的有效散热，又能够避免在定子铁芯上打孔导致的铁芯叠片开裂、翘片等问题，有效保护定子铁芯结构，保证磁悬浮轴承的质量。
附图说明
28.图1为本技术一个实施例的磁悬浮轴承的分解结构示意图；
29.图2为本技术一个实施例的磁悬浮轴承的剖视结构示意图；
30.图3为本技术一个实施例的磁悬浮轴承的分解结构示意图；
31.图4为本技术一个实施例的磁悬浮轴承的剖视结构示意图；
32.图5为本技术一个实施例的磁悬浮轴承的分解结构示意图；
33.图6为本技术一个实施例的磁悬浮轴承的剖视结构示意图；
34.图7为本技术一个实施例的磁悬浮轴承的分解结构示意图；
35.图8为本技术一个实施例的磁悬浮轴承的剖视结构示意图；
36.图9为本技术一个实施例的磁悬浮轴承的分解结构示意图；
37.图10为本技术一个实施例的磁悬浮轴承的剖视结构示意图；
38.图11为本技术一个实施例的磁悬浮轴承的分解结构示意图；
39.图12为本技术一个实施例的磁悬浮轴承的剖视结构示意图；
40.图13为本技术一个实施例的磁悬浮轴承的分解结构示意图；
41.图14为本技术一个实施例的磁悬浮轴承的剖视结构示意图；
42.图15为本技术一个实施例的电机的剖视结构示意图。
43.附图标记表示为：
44.1、铁芯模块；2、导热结构；3、冷却通道；4、轭部；5、齿部；6、线圈；7、导热套；8、环形流道；9、中心轴孔；10、齿槽；11、前端盖；12、位移传感器；13、径向保护；14、前轴承壳体；15、前磁悬浮轴承；16、机壳；17、电机定子；18、后磁悬浮轴承；19、流体通道；20、后轴承壳体；21、后端盖；22、轴承转子；23、导流孔。
具体实施方式
45.结合参见图1至图15所示，根据本技术的实施例，定子组件包括至少两个铁芯模块1和导热结构2，至少两个铁芯模块1沿周向间隔排布，导热结构2位于相邻的两个铁芯模块1之间，对相邻的两个铁芯模块1进行隔磁，至少部分导热结构2上设置有冷却通道3，冷却通道3连通至定子组件的中心轴孔9。
46.该定子组件中，采用至少两个铁芯模块1分体设置的方式来形成定子铁芯，因此可以实现轴承定子铁芯模块化，便于生产、便于维修更换，降低轴承成本。模块化的铁芯模块1，更加方便实现绕线，降低了绕线难度，提高了绕线效率。冷却通道3开设在导热结构2上，而非开设在铁芯模块1上，既能够实现对磁悬浮轴承的有效散热，又能够避免在定子铁芯上打孔导致的铁芯叠片开裂、翘片等问题，有效保护定子铁芯结构，保证磁悬浮轴承的质量。
47.在一个实施例中，导热结构2采用隔磁材料制成。铁芯模块1之间通过导热结构2进行隔磁，使得每个铁芯模块1都是单独的磁感线回路，利用导热结构2将磁感线回路分隔开，能够避免轴承发生磁耦合以及漏磁现象，提高磁悬浮轴承的磁性能。
48.在一个实施例中，铁芯模块1包括轭部4和齿部5，导热结构2沿径向突出于轭部4的内周壁。在本实施例中，导热结构2沿径向突出于轭部4的内周壁，因此沿径向与中心轴孔9连通的冷却通道3的出口能够更加靠近轴承转子22，可以缩短冷却介质的流动路径，减小线圈6对于冷却介质流动的阻挡作用，使得冷却介质能够更加有效地到达轴承转子22，对轴承转子22形成更加有效的冷却效果，提高对磁悬浮轴承的冷却效果。
49.在一个实施例中，导热结构2为导热板，导热板位于相邻的齿部5的中间位置，能够更加有效地降低线圈6对于冷却介质流动的阻挡作用，提高冷却介质的流动效率。
50.在一个实施例中，相邻的齿部5之间形成齿槽10，齿槽10内缠绕有线圈6，导热结构2位于相邻的线圈6之间，导热结构2沿铁芯模块1的径向延伸，导热结构2向中心轴孔9延伸的顶端位于线圈6的径向内侧。该结构中，导热结构2从相邻的两个线圈6中间穿过，冷却通道3的出口位于线圈6的径向内侧，因此线圈6位于冷却介质的流动路径之外，不会对冷却介质的流动造成任何阻碍，使得冷却介质能够充分到达轴承转子22的表面，对轴承转子22进行有效冷却，提高冷却效果。
51.作为一个优选的实施例，导热结构2相对于轭部4的顶端高度与齿部5的径向高度相同，既不会对定转子间隙造成不利影响，又能够最大程度地缩短冷却通道3的出口与轴承转子22的表面之间的距离，提高冷却效果。
52.结合参见图7至图10所示，在一个实施例中，导热结构2的至少一侧设置有与齿槽10连通的导流孔23，导流孔23与冷却通道3连通，导流孔23位于线圈6的径向外侧。在本实施例中，通过在线圈6的径向内侧设置与冷却通道3连通的导流孔23，因此冷却介质在沿着冷却通道3流动的过程中，一部分冷却介质会从导流孔23处流动至线圈6的径向外侧，对线圈6和齿部5进行有效冷却，另一部分冷却介质从冷却通道3的出口流动至轴承转子22的表面，对轴承转子22进行有效冷却，从而能够对定子和转子均起到更加有效的冷却效果。作为一个优选的实施例，在导热结构2的两侧分别设置有导流孔23，导流孔23的数量至少为两个，从而能够从导热结构2的两侧同时进行冷却介质的供应，对线圈6进行更加有效的冷却。
53.结合参见图11至图12所示，在一个实施例中，导热结构2相对于轭部4的顶端高度高于齿部5的径向高度，能够使得导热结构2上的冷却通道3的出口距离轴承转子22更近，更加容易将冷却介质输送至轴承转子22表面对轴承转子22进行冷却，此外，由于导热结构2沿径向凸出于齿部5的内侧，因此当发生轴承转子22异常掉落时，可以通过导热结构2起到径向保护磁悬浮轴承的作用，避免损坏轴承定子。由于导热结构2本身能够进行拆卸和更换，因此即使导热结构2受损，也能够快速进行更换，能够降低更换和维修成本。
54.在一个实施例中，单个导热结构2上设置有一个冷却通道3，冷却通道3位于导热结构2的轴向中间位置，能够提高冷却通道3内的冷却介质在流出时的分配均匀性，提高冷却均匀性。
55.在一个实施例中，单个导热结构2上设置有至少两个冷却通道3，至少两个冷却通道3沿铁芯模块1的轴向间隔设置，能够为轴承转子22提供更多冷却介质，进一步提高冷却效果。
56.在一个实施例中，定子组件还包括导热套7，导热套7套设在铁芯模块1和导热结构2的外周，并对铁芯模块1进行固定。由于定子铁芯由硅钢片叠片制成，因此外圆尺寸精度较难保证，使得定子铁芯的装配精度较低。在本实施例中，由于采用了导热套7套设在铁芯模块1的外周，相比于定子铁芯而言，导热套7的外圆加工容易，加工精度易于保证，因此能够有效提高轴承装配精度。
57.在一个实施例中，导热套7采用隔磁材料制成。
58.此外，导热套7套设在铁芯模块1的外周，能够与导热结构2配合使用，不仅将相邻的铁芯模块1分隔开，而且能够将定子铁芯与轴承壳体分隔开，从而能够有效地防止轴承磁场泄漏至轴承壳体上，降低或者避免漏磁现象。
59.在一个实施例中，导热套7与导热结构2的导热板一体成型，可以保证导热套7与导热板之间具有更加良好的结构强度，而且能够使得导热套7与导热板配合所形成的结构的整体隔磁效果更佳，更不容易发生漏磁现象。
60.在一个实施例中，冷却通道3沿径向贯穿导热套7，从而可以通过导热套7上的冷却通道3对导热结构2上的冷却通道3进行冷却介质的供应，方便实现冷却介质的输送。
61.在其他的实施例中，也可以从导热结构2的轴向方向增加供应通道，该供应通道可以与冷却通道3连通，磁悬浮轴承可以通过该供应通道实现对导热结构2上的冷却通道3的
冷却介质供应。
62.在一个实施例中，导热套7的外周设置有环形流道8，各冷却通道3与环形流道8连通。在本实施例中，由于各个冷却通道3均与环形流道8连通，进行在进行冷却介质的供应时，只需要将冷却介质供应至环形流道8内，就能够通过环形流道8实现对冷却介质的均匀分配，结构更加简单，冷却介质的供应更加方便。
63.在一个实施例中，导热结构2采用热的良导体材料制成，能够利用导热结构2进行热传导，使得流经冷却通道3的冷却介质，在从导热结构2中流过时，也能够对铁芯模块1进行有效散热，进一步提高磁悬浮轴承的冷却效果。
64.在一个实施例中，单个铁芯模块1包括两个齿部5，两个齿部5的周向宽度相同。
65.在一个实施例中，单个铁芯模块1包括三个齿部5，位于中间齿部5的周向宽度等于位于两侧的齿部5的周向宽度之和。
66.定子组件为8极、12极或16极。
67.铁芯模块1的划分方式需要与定子组件的极数进行匹配，例如当定子组件的极数为偶数时，则单个铁芯模块1包含的齿数应该为2的倍数，当定子组件的极数为3的倍数时，则单个铁芯模块1包含的齿数应该为3的倍数。采用此种方式对定子组件进行设计，使得本技术实施例的定子组件可以适配于所有可采用分块式结构的磁悬浮轴承上，导热结构2的结构可以根据分块结构进行调整，只需要位于相邻的两个分块之间即可。
68.结合参见图3和图4所示，在本实施例中，定子组件为8极结构，轴承转子22与定子铁芯由硅钢片叠制而成，定子铁芯由多块模块化铁芯组成，定子铁芯固定于导热套7内，并由导热板对各铁芯模块1进行间隔，它们之间连接方式包括但不限于螺钉、螺栓、销钉连接、过盈配合热装配、焊接、涂抹粘合剂等。导热套7上设有环形流道8，导热板上设置有径向延伸的冷却通道3，环形流道8和冷却通道3之间互相连接互通，用于通入高压冷却气流，对轴承转子22进行直接冷却；流道位置不限于图示位置，径向延伸的冷却通道3位于两块铁芯模块1之间即可。
69.结合参见图5和图6所示，在本实施例中，定子组件为16极结构，轴承转子22与定子铁芯由硅钢片叠制而成，定子铁芯由多块模块化铁芯组成，定子铁芯固定于导热套7内，并由导热板对各铁芯模块1进行间隔，它们之间连接方式包括但不限于螺钉、螺栓、销钉连接、过盈配合热装配、焊接、涂抹粘合剂等。导热套7上设有环形流道8，导热板上设置有径向延伸的冷却通道3，环形流道8和冷却通道3之间互相连接互通，用于通入高压冷却气流，对轴承转子22进行直接冷却；流道位置不限于图示位置，径向延伸的冷却通道3位于两块铁芯模块1之间即可。
70.上述的导热结构2和导热套7例如采用铝、铜、不锈钢或者是其它隔磁的金属合金制成。
71.根据本技术的实施例，磁悬浮轴承包括定子组件和轴承转子22，该定子组件为上述的定子组件，轴承转子22设置在定子组件的中心轴孔9内。
72.结合参见图7所示，根据本技术的实施例，电机包括定子组件和轴承转子22，该定子组件为上述的定子组件，轴承转子22设置在定子组件的中心轴孔9内。
73.在一个实施例中，电机还包括前端盖11、位移传感器12、径向保护13、前轴承壳体14、前磁悬浮轴承15、机壳16、电机定子17、后磁悬浮轴承18、流体通道19、后轴承壳体20和
后端盖21，前轴承壳体14内设置有前磁悬浮轴承15，后轴承壳体20内设置有后磁悬浮轴承18，机壳16套设在前轴承壳体14和后轴承壳体20外，机壳16、前轴承壳体14和后轴承壳体20上分别设置有流体通道19，冷却介质通过流体通道19进入冷却通道3内。
74.在本实施例中，前磁悬浮轴承15和后磁悬浮轴承18中的至少一个采用上述的磁悬浮轴承。
75.电机运行时，对磁悬浮轴承通电，轴承转子22因磁悬浮轴承的可控电磁力悬浮，悬浮力由多块模块化的铁芯模块1所形成的磁场产生，多块模块化的铁芯模块1单独工作，发生损坏时单独更换即可。通电后铁芯模块1中产生磁场，每块铁芯模块1被导热套7和导热板分隔，导热板用于隔绝铁芯模块1之间的磁耦合，导热套7用于防止轴承定子磁场往轴承壳体上泄露。由于铁损耗、铜损耗等原因，轴承转子22发热，往机壳16上的流体通道19通高压冷却气流(该气体可以是空气、氮气等用于冷却的气体)，对轴承转子22进行直接冷却。
76.根据本技术的实施例，压缩机包括上述的定子组件或上述的磁悬浮轴承。
77.根据本技术的实施例，空调器包括上述的定子组件或上述的磁悬浮轴承。
78.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。
79.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本技术的保护范围。