轴向磁悬浮轴承、磁悬浮旋转机械的制作方法

本发明属于磁悬浮轴承设计，具体涉及一种轴向磁悬浮轴承、磁悬浮旋转机械。

背景技术：

1、目前磁悬浮鼓风机散热主要是外置冷却设备，例如外置冷却风机、水冷系统以及换热器等，设备维护的成本高、结构系统复杂、增加安全隐患，或者以负压的形式，从鼓风机内吸风引导热量流出，不能更有效的实现内部组件的散热，特别对轴向磁轴承的散热不够充分，影响磁悬浮鼓风机的稳定运行。

2、轴向磁轴承实现转轴的轴向移动，转轴上就必不可少需要一个轴向受力部件就是推力盘，而轴向磁轴承与推力盘材料为纯铁实心结构，自身损耗比较大，导热性能一般且空间狭小，如未有效冷却则发热严重。通常情况下为了避免轴向磁轴承温升过高，往往会在外部施加强迫风冷对磁轴承进行散热，冷却风由外部输入，通过轴承定子与推力盘之间的缝隙，对轴向磁轴承进行散热，但是散热效率不高。

技术实现思路

1、因此，本发明提供一种轴向磁悬浮轴承、磁悬浮旋转机械，能够解决现有技术中的磁悬浮旋转机械内的轴向磁轴承发热严重，散热效率低的技术问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供一种轴向磁悬浮轴承，包括外筒，所述外筒的中心通孔内组装有第一轴向定子组件、第二轴向定子组件及推力盘，所述第一轴向定子组件包括第一定子铁芯以及组装于所述第一定子铁芯上的第一绕组，所述第二轴向定子组件包括第二定子铁芯以及组装于所述第二定子铁芯上的第二绕组，所述推力盘处于所述第一定子铁芯的磁极与所述第二定子铁芯的磁极之间，所述第一定子铁芯的磁极包括第一外磁极与第一内磁极，所述第二定子铁芯的磁极包括第二外磁极与第二内磁极，所述推力盘与所述第一外磁极和/或所述第二外磁极相对的表面区域上形成有旋转槽，所述旋转槽由所述推力盘的径向内侧朝向外侧延伸，所述第一轴向定子组件及第二轴向定子组件内皆形成有绕组冷却流道，所述绕组冷却流道用于冷却所述第一绕组及第二绕组，且所述第一轴向定子组件及第二轴向定子组件分别具有的绕组冷却流道经由所述旋转槽形成连通。

3、在一些实施方式中，所述旋转槽的径向内端的槽壁所在圆的直径小于所述第一外磁极及第二外磁极各自的径向内环壁的直径且所述旋转槽的径向外端贯通至所述推力盘的径向外圆。

4、在一些实施方式中，所述旋转槽的径向内端的槽壁所在圆的直径不小于所述第一内磁极及所述第二内磁极的径向外环壁的直径。

5、在一些实施方式中，多个所述旋转槽沿所述推力盘的周向均匀间隔设置，所述第一外磁极、第二外磁极、第一内磁极及第二内磁极的磁极端面在所述推力盘的端面上的投影面积中的最小值为sa，所述推力盘内磁路路流经位置与该位置的磁力线垂直的截面积为sz，sz≥sa。。

6、在一些实施方式中，在所述推力盘的端面上的投影，所述推力盘一个端面上的各旋转槽的投影与另一个端面上的各旋转槽的投影无重叠部分。

7、在一些实施方式中，所述第一定子铁芯还包括处于所述第一外磁极与第一内磁极之间的第一定子轭部，所述第二定子铁芯还包括处于所述第二外磁极与第二内磁极之间的第二定子轭部，所述第一定子轭部具有凸出于所述第一外磁极的径向外环壁的第一外凸环，所述第二定子轭部具有凸出于所述第二外磁极的径向外环壁的第二外凸环，所述第一轴向定子组件经由所述第一外凸环组装于所述外筒内且所述第二轴向定子组件经由所述第二外凸环组装于所述外筒内以在所述第一外磁极与外筒之间及第二外磁极与外筒之间形成冷却腔，所述第一轴向定子组件的绕组冷却流道与所述第二轴向定子组件的绕组冷却流道经由所述冷却腔连通。

8、在一些实施方式中，所述第一外磁极包括沿着所述推力盘的径向向内延伸的第一盖板部；所述第二外磁极包括沿着所述推力盘的径向向内延伸的第二盖板部，所述旋转槽的径向延伸长度大于所述第一盖板部或者第二盖板部的径向宽度。

9、在一些实施方式中，所述外筒上具有轴承排气孔，所述轴承排气孔连通所述冷却腔以及所述外筒的外部空间；和/或，所述第一定子轭部上形成有贯通其内外侧的第一通孔，所述第一绕组的径向内圆与所述第一内磁极的径向外环壁之间形成第一环隙，所述第一绕组远离所述第一盖板部的端面与所述第一定子轭部内端面之间形成第一过流间隙，所述第一通孔、第一过流间隙以及第一环隙形成所述第一轴向定子组件的所述绕组冷却流道；所述第二定子轭部上形成有贯通其内外侧的第二通孔，所述第二绕组的径向内圆与所述第二内磁极的径向外环壁之间形成第二环隙，所述第二绕组远离所述第二盖板部的端面与所述第二定子轭部内端面之间形成第二过流间隙，所述第二通孔、第二过流间隙以及第二环隙形成所述第二轴向定子组件的所述绕组冷却流道。

10、在一些实施方式中，所述旋转槽的旋转方向与所述推力盘的旋转方向相反。

11、本发明还提供一种磁悬浮旋转机械，包括转轴以及用于限定所述转轴的轴向位移的轴向磁悬浮轴承，所述轴向磁悬浮轴承为上述的轴向磁悬浮轴承，所述转轴的第一端连接鼓风涡轮，所述转轴的第二端连接冷却叶轮，所述冷却叶轮引入至所述磁悬浮旋转机械内的冷却气流和/或所述鼓风涡轮处的部分气流能够经由所述过流通孔进入所述轴向磁悬浮轴承内并经由所述绕组冷却流道流出所述轴向磁悬浮轴承。

12、本发明提供的一种轴向磁悬浮轴承、磁悬浮旋转机械具有如下有益效果：

13、通过在推力盘分别与第一外磁极及第二外磁极相对的表面区域(也即左侧端面与右侧端面)上形成旋转槽，能够增大磁极与推力盘之间的部分气隙区域的宽度，进而能够保证冷却气流能够顺畅从轴向磁悬浮轴承内部流通，且具有较大的冷却流体量，实现对推力盘的高效冷却目的，同时，在各轴向定子组件内设置绕组冷却流道与前述旋转槽形成连通，使得进入轴承内的冷却流体同时对绕组进行高效冷却，进而有效保证磁悬浮轴承运行可靠性，同时，本发明的技术方案简单、易行，制造成本较低。另外，由于本发明在旋转的推力盘的端面设置旋转槽还能够实现推力盘的主动吸风换热目的，能够进一步增加进入轴承内部的冷却流体流量，提高对轴承内部各部件的冷却效果。

1.一种轴向磁悬浮轴承，包括外筒(1)，所述外筒(1)的中心通孔内组装有第一轴向定子组件(2)、第二轴向定子组件(3)及推力盘(4)，所述第一轴向定子组件(2)包括第一定子铁芯(21)以及组装于所述第一定子铁芯(21)上的第一绕组(22)，所述第二轴向定子组件(3)包括第二定子铁芯(31)以及组装于所述第二定子铁芯(31)上的第二绕组(32)，所述推力盘(4)处于所述第一定子铁芯(21)的磁极与所述第二定子铁芯(31)的磁极之间，其特征在于，所述第一定子铁芯(21)的磁极包括第一外磁极(211)与第一内磁极(212)，所述第二定子铁芯(31)的磁极包括第二外磁极(311)与第二内磁极(312)，所述推力盘(4)与所述第一外磁极(211)和/或所述第二外磁极(311)相对的表面区域上形成有旋转槽(5)，所述旋转槽(5)由所述推力盘(4)的径向内侧朝向外侧延伸，所述第一轴向定子组件(2)及第二轴向定子组件(3)内皆形成有绕组冷却流道，所述绕组冷却流道用于冷却所述第一绕组(22)及第二绕组(32)，且所述第一轴向定子组件(2)及第二轴向定子组件(3)分别具有的绕组冷却流道经由所述旋转槽(5)形成连通。

2.根据权利要求1所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述旋转槽(5)的径向内端的槽壁所在圆的直径小于所述第一外磁极(211)及第二外磁极(311)各自的径向内环壁的直径且所述旋转槽(5)的径向外端贯通至所述推力盘(4)的径向外圆。

3.根据权利要求2所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述旋转槽(5)的径向内端的槽壁所在圆的直径不小于所述第一内磁极(212)及所述第二内磁极(312)的径向外环壁的直径。

4.根据权利要求1所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，多个所述旋转槽(5)沿所述推力盘(4)的周向均匀间隔设置，所述第一外磁极(211)、第二外磁极(311)、第一内磁极(212)及第二内磁极(312)的磁极端面在所述推力盘(4)的端面上的投影面积中的最小值为sa，所述推力盘(4)内磁路路流经位置与该位置的磁力线垂直的截面积为sz，sz≥sa。

5.根据权利要求4所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，在所述推力盘(4)的端面上的投影，所述推力盘(4)一个端面上的各旋转槽(5)的投影与另一个端面上的各旋转槽(5)的投影无重叠部分。

6.根据权利要求1所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一定子铁芯(21)还包括处于所述第一外磁极(211)与第一内磁极(212)之间的第一定子轭部(213)，所述第二定子铁芯(31)还包括处于所述第二外磁极(311)与第二内磁极(312)之间的第二定子轭部(313)，所述第一定子轭部(213)具有凸出于所述第一外磁极(211)的径向外环壁的第一外凸环，所述第二定子轭部(313)具有凸出于所述第二外磁极(311)的径向外环壁的第二外凸环，所述第一轴向定子组件(2)经由所述第一外凸环组装于所述外筒(1)内且所述第二轴向定子组件(3)经由所述第二外凸环组装于所述外筒(1)内以在所述第一外磁极(211)与外筒(1)之间及第二外磁极(311)与外筒(1)之间形成冷却腔，所述第一轴向定子组件(2)的绕组冷却流道与所述第二轴向定子组件(3)的绕组冷却流道经由所述冷却腔连通。

7.根据权利要求6所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一外磁极(211)包括沿着所述推力盘(4)的径向向内延伸的第一盖板部(2111)；所述第二外磁极(311)包括沿着所述推力盘(4)的径向向内延伸的第二盖板部(3111)，所述旋转槽(5)的径向延伸长度大于所述第一盖板部(2111)或者第二盖板部(3111)的径向宽度。

8.根据权利要求7所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述外筒(1)上具有轴承排气孔(11)，所述轴承排气孔(11)连通所述冷却腔以及所述外筒(1)的外部空间；和/或，所述第一定子轭部(213)上形成有贯通其内外侧的第一通孔(2131)，所述第一绕组(22)的径向内圆与所述第一内磁极(212)的径向外环壁之间形成第一环隙，所述第一绕组(22)远离所述第一盖板部(2111)的端面与所述第一定子轭部(213)内端面之间形成第一过流间隙，所述第一通孔(2131)、第一过流间隙以及第一环隙形成所述第一轴向定子组件(2)的所述绕组冷却流道；所述第二定子轭部(313)上形成有贯通其内外侧的第二通孔(3131)，所述第二绕组(32)的径向内圆与所述第二内磁极(312)的径向外环壁之间形成第二环隙，所述第二绕组(32)远离所述第二盖板部(3111)的端面与所述第二定子轭部(313)内端面之间形成第二过流间隙，所述第二通孔(3131)、第二过流间隙以及第二环隙形成所述第二轴向定子组件(3)的所述绕组冷却流道。

9.根据权利要求1所述的轴向磁悬浮轴承，其特征在于，所述旋转槽(5)的旋转方向与所述推力盘(4)的旋转方向相反。

10.一种磁悬浮旋转机械，包括转轴(100)以及用于限定所述转轴(100)的轴向位移的轴向磁悬浮轴承(101)，其特征在于，所述轴向磁悬浮轴承(101)为权利要求1至9中任一项所述的轴向磁悬浮轴承，所述转轴(100)的第一端连接鼓风涡轮(102)，所述转轴(100)的第二端连接冷却叶轮(103)，所述冷却叶轮(103)引入至所述磁悬浮旋转机械内的冷却气流和/或所述鼓风涡轮(102)处的部分气流能够经由所述绕组冷却流道进入所述轴向磁悬浮轴承内并经由所述旋转槽(5)流出所述轴向磁悬浮轴承。