[发明专利]磁性轴承组件

说明书

一种具有非对称定子的径向磁性轴承组件。该组件包括较少或较小的电磁体和容量，且与使用中转子上方的两个上象限中的电磁体和容量相比，该组件在使用中转子下方的两个下象限中包括较少或较小的电磁体和容量。这在两个下象限中形成空间，其可有利地用于让仪表装置运动和从组件的其他位置进行冷却，以使得轴承组件更紧凑，且还能放置仪表装置并在靠近转子的最需要之处进行冷却。

技术领域

本发明涉及磁性轴承组件且更具体涉及对具有大致水平轴的径向磁性轴承的改进。

背景技术

磁性轴承可与旋转设备整合，例如飞轮、涡轮、分子泵、涡轮膨胀机、涡轮压缩机、吹风机、纱锭、冷却装置等。例如，飞轮设计为存储旋转能量。配备有常规轴承的飞轮被限制为数千RPM(转每分钟)的旋转速率，而配备有磁性轴承的可达到十万RPM。磁性轴承可用于支撑和定位旋转机械，以用于需要低机械磨损、无润滑、相对高旋转速度、在严苛环境中操作和/或相对较低摩擦损耗中的一种或多种的应用。

磁性轴承包括转动器和定子。转动器与磁性轴承所要支撑的旋转机械的轴联接。径向磁性轴承的定子结构通常围绕转子以90°的扇区进行四象限均等分布，每一个扇区具有相同形状和特征。两个位于轴承的顶部且两个位于轴承的底部。每一个扇区特征在于在所有四个象限中其力承载特性相似。每一个象限通过一个或多个电流功率放大器供给，该放大器特征在于其电源电压和其最大电流。

此外，径向磁性轴承具有传感器和辅助轴承。传感器是位置传感器且在大多数应用中是旋转速度和温度传感器。位置传感器测量转子/轴的位置，其测量结果被被用在控制回路中，以使得转子/轴处于正确位置。在磁性轴承供电下降或已经故障时，辅助轴承(一个或多个)支撑转子/轴。

传感器和辅助轴承必须定位为沿转子/轴靠近定子，使得磁性轴承能沿轴大量延伸。仍然存在改进空间。

发明内容

本发明的目的提供改进的径向磁性轴承。

根据本发明，上述目的通过具有非对称定子的径向磁性轴承组件实现。与使用中转子上方的两个上象限中的电磁体和容量相比，该组件在使用中转子下方的两个下象限中包括较少或较小的电磁体和容量。这在两个下象限中形成空间，其可有利地用于让仪表装置运动和从组件的其他位置进行冷却，以使得轴承组件更紧凑，且还能放置仪表装置并在靠近转子的最需要之处进行冷却。

根据本发明，上述目的还通过包括转子和定子的径向磁性轴承实现。轴承被范围四个象限，在使用中两个上象限沿与重力相反的方向位于转子上方，且在使用中两个下象限沿朝向地球的重力方向位于转子下方。在使用中，转子的延伸基本上垂直于重力。根据本发明，定子包括在两个上象限中的电磁体，该两个上象限具有的加总定子容量(jointstator capacity)大于转子在轴承处的重力载荷。静态重力还在两个下象限中用作静态容量。两个下象限中的加总定子容量小于两个上象限中的加总定子容量。这使得被两个下象限中的电磁体使用的定子区域加上沿定子的在两个下象限中没有电磁体的可用区域基本上与被两个上象限中的电磁体使用的定子区域大小相同。这是由于大致通过其定子表面给定的磁性轴承的最大力造成的。由此在两个下象限中的转子周围存在可用区域，或作为分离部分的区域，其不仅是总尺寸。这种可用区域必须放置磁性轴承的其他部分。这使得轴承更紧凑。一些优点是，可以以靠近的关系放置转子。转子更易于被应与转子接近的冷却器、仪表装置等所接近。

有利地，上象限中的加总定子容量减去转子在轴承处的重力载荷大于两个下象限中的加总定子容量，排除静态容量。在这种情况下，静态容量(即重力)不被考虑。

在本发明的一些实施例中，定子包括在两个下象限中的电磁体。在这些实施例中，由于电磁体造成的两个下象限中的加总定子容量小于由于两个下象限中的电磁体造成的两个上象限中的加总定子容量的50％。静态容量被考虑在内，由此在两个下象限中需要较少或较小的电磁体。