轴向电磁轴承

1.本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种减小感应涡流损耗的轴向电磁轴承。


背景技术：

2.电磁轴承利用电磁力悬浮转子，具有不接触、转速高、刚度阻尼可调节等优点。按作用力方向，电磁轴承可分为轴向电磁轴承和径向电磁轴承。径向电磁轴承的定、转子多采用硅钢叠片制造，涡流损耗较小。而轴向电磁轴承由于结构特殊、加工难度大等原因，多采用大块致密材料制造。
3.轴向负载为动态时，轴向电磁轴承的电流也要随之变化。当动态负载变化较快或变化幅值较大时，变化的电流将在定、转子中产生较大的感应涡流，不仅削弱动态承载力，还会引起能量损耗、发热等不良现象。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明提供了一种减小感应涡流损耗的轴向电磁轴承。
5.本发明提供了一种轴向电磁轴承，包括：轴承基座，轴承基座的上端面凸出设置有相互同心的外导磁环和内导磁环，外导磁环与内导磁环之间形成环形沟槽；绕组，绕制于环形沟槽内部；其中，轴承基座上开设有呈放射状分布的多个狭缝，每个狭缝所在平面与绕组的绕制方向相互垂直，外导磁环和内导磁环分别沿环向被多个狭缝至少部分截断。
6.根据本发明的实施例，多个狭缝沿轴承基座的周向均匀分布在轴承基座内部。
7.根据本发明的实施例，狭缝的开设高度设置为从外导磁环的上端面到轴承基座的下端面。
8.根据本发明的实施例，狭缝的一部分伸出外导磁环的外环面。
9.根据本发明的实施例，狭缝的开设高度设置为从外导磁环的上端面到高于轴承基座的上端面的一预设位置。
10.根据本发明的实施例，外导磁环和内导磁环分别固定于轴承基座上。
11.根据本发明的实施例，环形沟槽设置为单个或者多个，每个环形沟槽的内外侧分别凸出设置有相互同心的内导磁环和外导磁环，绕组个数与环形沟槽个数相同。
12.根据本发明的实施例，狭缝数量为4的倍数。
13.根据本发明的实施例，狭缝采用线切割方法加工，每个狭缝宽度为0.1mm～0.5mm。
14.根据本发明的实施例，绕组在多个狭缝开设完成后进行绕制。
15.与现有技术相比，本发明提供的轴向电磁轴承，至少具有以下有益效果：本发明提供的轴向电磁轴承，由于具有狭缝，可有效阻断在轴承定子中产生的涡流，减少定子发热。
附图说明
16.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
17.图1示意性示出了根据本发明第一实施例的轴向电磁轴承的结构图；
18.图2(a)～图2(b)示意性示出了根据本发明实施例的狭缝部分截断导磁环以及狭缝几乎全部截断导磁环的结构图；
19.图3(a)～图3(b)示意性示出了根据本发明实施例的没有狭缝和有狭缝时的感应涡流原理图；
20.图4示意性示出了根据本发明第二实施例的轴向电磁轴承的结构图；
21.图5示意性示出了根据本发明第三实施例的轴向电磁轴承的结构图。
22.附图标记说明：
23.1-轴承基座；11-外导磁环；12-内导磁环；2-绕组；3-狭缝。
具体实施方式
24.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。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。
25.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
26.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
28.本发明实施例提供了一种轴向电磁轴承，包括：轴承基座，轴承基座的上端面凸出设置有相互同心的外导磁环和内导磁环，外导磁环与内导磁环之间形成环形沟槽；绕组，绕制于环形沟槽内部；其中，轴承基座上开设有呈放射状分布的多个狭缝，每个狭缝所在平面与绕组的绕制方向相互垂直，外导磁环和内导磁环分别沿环向被多个狭缝至少部分截断。
29.本发明实施例中，外导磁环和内导磁环分别固定于轴承基座上。进一步地，多个狭缝沿轴承基座的周向均匀分布在轴承基座内部。
30.在一些实施例中，狭缝的开设高度设置为从外导磁环的上端面到轴承基座的下端面。进一步地，狭缝的一部分伸出外导磁环的外环面。
31.在一些实施例中，狭缝的开设高度设置为从外导磁环的上端面到高于轴承基座的上端面的一预设位置。
32.本发明实施例中，环形沟槽设置为单个或者多个，每个环形沟槽的内外侧分别凸出设置有相互同心的内导磁环和外导磁环，绕组个数与环形沟槽个数相同。
33.优选地，狭缝数量可以为4的倍数，例如可以为8个或者16个。狭缝采用线切割方法
加工，每个狭缝宽度为0.1mm～0.5mm。并且，绕组在多个狭缝开设完成后进行绕制。
34.实施例一
35.图1示意性示出了根据本发明第一实施例的轴向电磁轴承的结构图。
36.如图1所示，本发明第一实施例提供的轴向电磁轴承包括轴承基座1和绕组2，轴承基座1的上端面凸出设置有相互同心的外导磁环11和内导磁环12，外导磁环11与内导磁环12之间形成环形沟槽，绕组2绕制于环形沟槽内部。
37.本发明第一实施例中，环形沟槽设置为单个，轴承基座1上开设有呈放射状分布的8个狭缝3，每个狭缝3所在平面与绕组2的绕制方向相互垂直，外导磁环11和内导磁环12分别沿环向被多个狭缝3全部截断。
38.外导磁环11和内导磁环12分别固定于轴承基座1上。进一步地，多个狭缝3沿轴承基座1的周向均匀分布在轴承基座1内部。轴承基座1具体为环形底座，在整个轴向电磁轴承中作为定子使用。
39.针对外导磁环11和内导磁环12分别沿环向被多个狭缝3全部截断，具体来说，图2(b)示出了狭缝全部截断导磁环时的轴向电磁轴承的结构，请参照图2(b)，本发明第一实施例中，狭缝3的开设高度设置为从外导磁环11的上端面到轴承基座1的下端面。进一步地，狭缝3的一部分伸出外导磁环11的外环面。结合磁力线的方向来看，本发明第一实施例的狭缝3几乎全部覆盖定子内部通过磁场的面积。
40.图3(a)～图3(b)示意性示出了根据本发明实施例的没有狭缝和有狭缝时的感应涡流原理图。请参照图3(a)，没有狭缝3时，轴承基座1内的感应涡流形成一个完整的大回路。请参照图3(b)，当存在呈放射状分布的多个狭缝3时，轴承基座1内的感应涡流被切断，感应涡流流通的电阻值增大，导致涡流值减小，也就减弱了涡流磁场和涡流发热。
41.由此可见，本发明第一实施例提供的轴向电磁轴承，由于具有狭缝，可有效阻断在轴承定子中产生的涡流，减少定子发热。
42.为保证磁极面积尽量大，狭缝3采用线切割方法加工，每个狭缝3宽度为0.1mm～0.5mm。可以理解的是，在其他实施例中，狭缝还可以采用除了线切割之外的其他去除材料的方法加工，具体本发明不作限制。
43.本发明第一实施例中，绕组2在多个狭缝3开设完成后进行绕制。由此，在狭缝开设过程中不必影响到绕组2的结构完整性，使得绕组2能够完整地绕制在两个导磁环之间的环形沟槽内。
44.实施例二
45.本公开第二实施例的轴向电磁轴承，为简要起见，与第一实施例相同或相似的特征不再赘述，以下仅描述其不同于第一实施例的特征。
46.图4示意性示出了根据本发明第二实施例的轴向电磁轴承的结构图。
47.如图4所示，本发明第二实施例提供的轴向电磁轴承包括轴承基座1和绕组2，轴承基座1的上端面凸出设置有相互同心的外导磁环11和内导磁环12，外导磁环11与内导磁环12之间形成环形沟槽，绕组2绕制于环形沟槽内部。
48.本发明第二实施例中，环形沟槽设置为单个，轴承基座1上开设有呈放射状分布的8个狭缝3，每个狭缝3所在平面与绕组2的绕制方向相互垂直，外导磁环11和内导磁环12分别沿环向被多个狭缝3部分截断。
49.针对外导磁环11和内导磁环12分别沿环向被多个狭缝3部分截断，具体来说，图2(a)示出了狭缝部分截断导磁环时的轴向电磁轴承的结构，请参照图2(a)，本发明第二实施例中，狭缝3的开设高度设置为从外导磁环11的上端面到高于轴承基座1的上端面的一预设位置。结合磁力线的方向来看，本发明第二实施例的狭缝3部分覆盖定子内部通过磁场的面积。
50.请继续参照图3(a)，没有狭缝3时，轴承基座1内的感应涡流形成一个完整的大回路。请参照图3(b)，当存在呈放射状分布的多个狭缝3时，轴承基座1内的感应涡流被切断，感应涡流流通的电阻值增大，导致涡流值减小，也就减弱了涡流磁场和涡流发热。由此可见，本发明第二实施例提供的轴向电磁轴承，由于具有狭缝，可有效阻断在轴承定子中产生的涡流，减少定子发热。
51.需要说明的是，相较于前述第一实施例，本发明第二实施例中，由于狭缝3只是部分覆盖定子内部通过磁场的面积，因此第二实施例的涡流削弱效果不如图1所示的第一实施例。但是，由于第二实施例中的狭缝覆盖面积较小，内部最大应力较小，因此可以适应更大的轴向负载。对于本领域技术人员来说，具体设计轴向电磁轴承的结构时，采用图1所示的第一实施例结构还是图4所示的第二实施例结构，可以结合具体负载以及应力水平来判断。
52.实施例三
53.本公开第三实施例的轴向电磁轴承，为简要起见，与前述第一实施例和第二实施例相同或相似的特征不再赘述，以下仅描述其不同于前述第一实施例和第二实施例的特征。
54.图5示意性示出了根据本发明第三实施例的轴向电磁轴承的结构图。
55.如图5所示，本发明第三实施例提供的轴向电磁轴承包括轴承基座1和绕组2，环形沟槽设置为两个，每个环形沟槽的内外侧分别凸出设置有相互同心的内导磁环12和外导磁环11，也即轴承基座1的上端面凸出设置有三个相互同心的导磁环，任意相邻的两个导磁环之间形成一个环形沟槽，从而构成两个环形沟槽。相应地，绕组2个数与环形沟槽个数相同，绕组2设置为两个，每个绕组2绕制于一个环形沟槽内部。
56.本发明第三实施例中，轴承基座1上开设有呈放射状分布的16个狭缝3，每个狭缝3所在平面与绕组2的绕制方向相互垂直，三个导磁环分别沿环向被16个狭缝3全部截断。
57.具体来说，图2(b)示出了狭缝全部截断导磁环时的轴向电磁轴承的结构，请参照图2(b)，本发明第三实施例中，狭缝3的开设高度设置为从外导磁环11的上端面到轴承基座1的下端面。进一步地，狭缝3的一部分伸出最外层导磁环的外环面。结合磁力线的方向来看，本发明第一实施例的狭缝3几乎全部覆盖定子内部通过磁场的面积。
58.请继续参照图3(a)，没有狭缝3时，轴承基座1内的感应涡流形成一个完整的大回路。请参照图3(b)，当存在呈放射状分布的多个狭缝3时，轴承基座1内的感应涡流被切断，感应涡流流通的电阻值增大，导致涡流值减小，也就减弱了涡流磁场和涡流发热。由此可见，本发明第三实施例提供的轴向电磁轴承，由于具有狭缝，可有效阻断在轴承定子中产生的涡流，减少定子发热。
59.需要说明的是，相较于前述第一实施例和第二实施例，本发明第三实施例中，适应大尺寸轴向轴承、大负载要求，由于尺寸较大，可以开设相比图1和图4更多的狭缝。
60.对于本领域技术人员来说，具体设计轴向电磁轴承的结构时，狭缝数量要结合轴承尺寸、负载要求和内部应力水平来综合判断，在条件允许的前提下尽量多。
61.以上只是示例性说明，本实施例不限于此。例如，在一些实施例中，针对外导磁环和内导磁环分别沿环向被多个狭缝部分截断，狭缝3的开设高度还可以设置为从外导磁环11的上端面到高于轴承基座1的下端面的一任意位置，并不局限于从本发明第二实施例中公开的狭缝3的开设高度，只要保持轴承基座1的下端面并非完全开设狭缝3以使得外导磁环和内导磁环的底部完全贯通即可。
62.又例如，在一些实施例中，狭缝的数量以及部分截断或者全部截断的结构设置可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合，均应包含在本发明的保护范围之内。
63.综上所述，本发明实施例提供了一种轴向电磁轴承，包括轴承基座和绕组，轴承基座的上端面凸出设置有相互同心的外导磁环和内导磁环，外导磁环与内导磁环之间形成环形沟槽，绕组绕制于环形沟槽内部。其中，轴承基座上开设有呈放射状分布的多个狭缝，每个狭缝所在平面与绕组的绕制方向相互垂直，外导磁环和内导磁环分别沿环向被多个狭缝至少部分截断。本发明提供的轴向电磁轴承，由于具有狭缝，可有效阻断在轴承定子中产生的涡流，减少定子发热。
64.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。
65.类似地，为了精简本发明并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本发明示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。
66.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。除非另有说明，否则表述“大约”、“约”、“基本上”和“左右”表示在10％以内，优选地，在5％以内。
67.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。