[发明专利]偏置磁场可调的力平衡型定子永磁电机磁轴承

说明书

本发明公开了偏置磁场可调的力平衡型定子永磁电机磁轴承，属于发电、变电或配电的技术领域。磁轴承包含4个永磁磁极和4个电磁极，4个永磁磁极的磁场能量来自于定子永磁电机的定子永磁体，通过永磁体左侧导磁桥、永磁体右侧导磁桥、调磁段、电磁极定子、电磁极与永磁磁极隔离板、永磁体两侧磁极间连接段、永磁体左侧磁极、永磁体右侧磁极构成永磁磁极，永磁磁极磁通由调磁段调节，电磁极由通入电磁极绕组线圈中的电流调节。永磁偏置磁通和电磁极磁通共同的路径仅为磁轴承转子，调节轴向磁轴承调磁件的磁导率以及嵌入导磁段的体积、改变推力盘与前侧永磁磁极、后侧永磁磁极的相对距离，利于磁轴承的控制，实现了结构紧凑、偏置磁场可调的目的。

技术领域

本发明公开了偏置磁场可调的力平衡型定子永磁电机磁轴承，涉及电气和机械传动设备领域相关技术，属于发电、变电或配电的技术领域。

背景技术

传统的定子永磁电机包括双凸极永磁电机、磁通反向永磁电机、磁通切换永磁电机，共同特点是永磁体皆位于定子，转子上既无永磁体也无绕组，因此不存在传统转子永磁电机面临的永磁体受离心力破碎和高温去磁的风险。但现有的定子永磁电机常采用机械轴承，机械轴承普遍存在的噪音大、成本高、易疲劳失效等问题，也成为定子永磁电机常面临的问题。公开号为CN111425523A的中国专利公开了一种混合式径向永磁偏置磁轴承，该轴承采用传统的八极电机的定子铁芯作为磁悬浮轴承主体结构，设置八个电磁控制磁极和两个永磁偏置磁极，提高轴承的静态承载力，减小损耗和体积，但是该轴承的使用效果极易受到安装角度、安装位置的影响，具体来说只能垂直安装且仅适用于卧式电机，此外永磁偏置磁路和电磁铁磁路耦合程度较高，根据磁阻最小原理，实际应用时，永磁磁场极易通过偏置磁极和相邻的电磁控制磁极形成回路，存在电磁控制磁极无法产生足够控制力的风险。

轴向力是离心风机、离心叶轮等设备常面临的一个技术问题，与设备制造质量、液体粘性、旋转方向、安装方式密切相关，过大的轴向力会导致设备转轴产生轴向窜动，引起轴承磨损、电机转子偏心等问题，增加了设备的维修难度和维修成本，降低了使用寿命和生产效率。永磁偏置式径向磁轴承利用永磁材料产生偏置磁场，进而产生偏置力，减小了传统主动式电驱磁轴承的偏置电流，同时具有无接触、无润滑和无磨损的显著优点，广泛应用于真空装备制造、压缩机及其它高速、真空领域。

随着永磁偏置式磁轴承产品的出现，真空装备制造及压缩机等行业已率先开展磁轴承的应用研究，取得了良好的效果。同时定子永磁电机因为坚固的转子结构、良好的运行性能，在行业内也得到了广泛的应用。公开号为CN111927885A的中国专利公开了一种永磁偏置轴向磁轴承，该磁轴承包括相互对称设置在转子两侧的第一磁轴承定子组件和第二磁轴承定子组件，实现了电磁磁通与永磁磁通的分离，降低磁轴承的功耗，提升磁轴承的动态响应速度和控制精度。申请号为201410594571.2和201410462477.1的中国发明专利提出了丰富的定子永磁电机拓扑结构，较大程度上扩宽了该类型电机的应用领域，也为行业提供了更为丰富的电机产品。

申请号为201910198690.9的中国专利公开了一种轴向力平衡与密封结构及高功率密度离心风机，该专利一体化设计了轴向力平衡盘与密封结构，减小了附加在输出轴上的质量，设计了三层密封结构，通过压力差产生的轴向力抵消一部分叶轮产生的轴向力，但是从实现的方式来看，该结构仍然是一种被动的轴向力平衡措施，系统结构复杂。综合现有的技术，工业应用中常采用平衡盘、耐磨板、平衡环等平衡部件，设备泵送的介质会在平衡部件的两侧产生压力差，利用该压力差来平衡一部分轴向力，削弱轴向力引起的不利后果，但是上述平衡部件的使用会增加整个系统的复杂程度及轴向长度，同样面临因平衡部件磨损而引起的维修成本增加、系统性能下降等问题。

同时，现有的轴向力平衡装置、永磁偏置式磁轴承、定子永磁电机均是按照独立部件进行设计和加工，依据所需性能和设计方案进行装配，这就导致各部件紧凑程度不高、组装后的体积较大。现有的轴向力平衡装置在安装于设备之后，一般很难根据设备的运行工况以及负载变化进行调节，这不利于最大程度利用轴向力平衡装置的平衡潜能。