[发明专利]感应式电机中的被动磁轴承

说明书

本公开的背景技术

1.本发明的技术领域

本发明涉及感应式电机和其他旋转设备的轴承，并且更具体地，涉及用于通过使用被动的永磁轴承对感应式电机的支承旋转轴的润滑轴承或主动磁轴承施加预加载偏置力的方法和装置。

2.现有技术的说明

已知的旋转设备和诸如马达之类的感应式电机常常利用被润滑的电机轴承来支承旋转转子。示例性的润滑轴承类型包括：滚动元件减摩轴承(例如，球轴承或滚柱轴承类型)，其中，滚动元件由介于滚动元件与该滚动元件的相关联的轴承座圈之间的非加压的边界薄膜层润滑；产生自支承式加压润滑剂膜的流体动力轴颈轴承或推力轴承；以及采用外部加压的润滑剂的流体静力轴承。

在马达或其他旋转电机启动或停止期间，转子轴可能不被润滑轴承内的润滑膜支承，从而可能导致轴承旋转不稳定和/或导致轴承/轴过早地磨损。一种过去的解决方案是应用辅助加压的“油顶起”系统以在感应式电机启动或停止周期期间将加压润滑剂引入至轴承，这与流体静压轴承相类似。这种辅助系统增加了进行电机安装的安装及维修费用，并且对于较小的电机而言可能不是成本有效的。在过去，在一些高功率输出感应式电机中，已经将需要电力供给以产生悬浮场的主动磁轴承代替润滑轴承使用或与润滑轴承联合使用。

在正常的马达操作期间，传动轴载荷或操作速度的改变或转子轴与轴承界面处缺少足够的阻尼可能引起润滑轴承中的润滑膜的不稳定。例如，减摩轴承中的滚动元件可能相对于对应的轴承座圈打滑而不是滚动，从而导致滚动元件或轴承座圈上的平坦点划伤。在另一示例中，用于向轴承供给润滑剂的抛油环如果与其对应的转子轴轴颈失去接触则可能无法传送足够量的润滑剂。在另一示例中，由于不充足的加载和/或高的周向速度，阻尼可能减小至可用阈值以下。

在过去，如果在功率损耗的情况下发生磁轴承失效，则主动磁轴承被用作与副支承润滑轴承并联的主支承轴承。在这些应用中，主动磁力支承轴承对利用副支承润滑轴承的旋转转子施加阻尼力和/或加强力。然而，与传统的润滑轴承的制造和运行成本以及复杂性相比，主动轴承的制造和运行成本以及复杂性不适合于所有的感应式电机的应用。另外，利用磁轴承的系统必须向该系统供给能量以抵抗重力使转子悬浮。

因此，在本领域中存在对于如下方法和装置的需求，该方法和装置选择性地对感应式电机的润滑轴承施加期望定向的预加载力方向和预加载力大小，以便减少启动和停止周期期间的电机磨损。

在本领域中存在对于如下方法和装置的另一需求，该方法和装置选择性地对感应式电机的润滑轴承施加期望定向的预加载力方向和预加载力大小，以便增强在电机操作期间——包括瞬间电机操作期间——轴承的稳定性，以及以便减少轴承噪声排放。

在本领域中存在对于如下方法和装置的又一需求，该方法和装置被动地且选择性地对感应式电机的润滑轴承施加期望定向的预加载力方向和预加载力大小，而不需要与主动磁轴承相关联的外部电源和能量消耗。

在本领域中存在对于如下方法和装置的再一要求，该方法和装置能够减少主动磁轴承的噪声排放，和/或消除或减少如果发生主动磁轴承失效时对作为副的、备用的轴承的额外润滑轴承的需求。

发明内容

因此，本发明的目的是实现如下的方法和装置，该方法和装置用以将预加载力以期望的方向和大小被动地施加到感应式电机的润滑轴承上，以便在启动和停止周期期间降低电机磨损，以及以便在包括瞬间电机操作在内的电机操作期间增强润滑轴承的稳定性，以及减少轴承能耗或摩擦损耗以及噪声排放。

根据本发明，这些目的和其他目的是通过在包括感应式电机在内的旋转电机中除被润滑的或主动的磁力轴支承轴承以外还结合永磁轴承来实现的。永磁轴承结合有永磁体，永磁体产生有方向性地定向的选择性强度的磁场。磁场方向与期望的支承轴承(无论是润滑轴承还是主动磁轴承)预加载方向和强度对准，例如用以对支承轴承施加轴向推力或径向预加载。通过应用多个磁轴承，它们相应的磁力可以定向成与相互抵消的或偏移的合成力处于相反的关系。被动磁力预加载可以被用来在感应启动或停止周期期间抵消转子的竖直重量。被动预加载可以被施加至滚动元件轴承以确保适当的元件与其对应的轴承座圈接触，或者确保抛油环维持用于将润滑剂传送至轴承的充分的润滑剂膜稳定性(与可能导致轴承失效的不期望的油膜振荡或油膜涡动不稳定性相反)。被动磁轴承还可以在感应式电机操作期间吸收施加在转子轴上的径向的或轴向的推力，这能够有助于减少在支承轴承/轴界面处产生的噪声排放。