磁懸浮電機及鼓風機

《磁懸浮電機及鼓風機》是山東天瑞重工有限公司於2019年9月12日申請的發明專利，該專利申請號為2019108611082，公布號為CN110380569A，公布日為2019年10月25日，發明人是李永勝、何小宏、王金澤、時林、張祥碩、李致宇、張婕妤、鄭偉、杜國臣。

《磁懸浮電機及鼓風機》，磁懸浮電機包括轉子、以及套設於其上的輔助軸承和靜壓軸承，磁懸浮電機還包括輔助冷卻通道，輔助冷卻通道的入口端與通入至靜壓軸承中的高壓氣路連通，輔助冷卻通道的氣流流路經過輔助軸承，以對輔助軸承進行冷卻，有效避免輔助軸承因摩擦發熱而出現燒結問題，延長輔助軸承的使用壽命，節約維修成本。另外，由於採用風冷形式進行冷卻，不僅冷卻效果顯著，還解決了使用水冷方式冷卻存在水泄露對電器元件造成損害的問題。

2021年6月24日，《磁懸浮電機及鼓風機》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《磁懸浮電機及鼓風機》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：磁懸浮電機及鼓風機
• 申請人：山東天瑞重工有限公司
• 公布日：2019年10月25日
• 地 址：山東省濰坊市高新區銀通街6699號
• 申請號：2019108611082
• 發明人：李永勝、何小宏、王金澤、時林、張祥碩、李致宇、張婕妤、鄭偉、杜國臣
• 代理機構：北京名華博信智慧財產權代理有限公司
• 申請日：2019年9月12日
• 代理人：李冬梅
• 公布號：CN110380569A
• 類 別：專利發明
• Int. Cl.：H02K7/08(2006.01)I、H02K7/09(2006.01)I、H02K9/00(2006.01)I、F16C37/00(2006.01)I

專利背景

磁懸浮電機的軸承主要包括磁軸承和輔助軸承。磁懸浮電機運行時，磁軸承在磁懸浮電機的轉子旋轉時，為轉子提供支撐。在電磁力和重力的合力的作用下，轉子繞其軸線旋轉，並在徑向方向上來回振動。輔助軸承在磁懸浮電機的轉子靜止時為其提供支撐。

磁懸浮電機在運行時，如果發生突發事件，比如磁軸承突然斷電，轉子會在高速旋轉狀態下（轉速達到30000轉以上）突然掉落。由於輔助軸承與轉子之間的間隙小於磁軸承與轉子之間的間隙，因此，當轉子突然掉落時，輔助軸承瞬間承載很大的衝擊力，並隨轉子一起高速旋轉，從而造成輔助軸承容易產生瞬間高溫燒結、破裂等問題。

另外，在磁懸浮電機運行時，如果受到負載衝擊，或者磁軸承控制器失穩時，轉子會出現運行不穩定的情況，從而會偏離中心軸線來回振動，從而容易與輔助軸承發生碰撞。一方面，轉子碰撞次數多了容易導致轉子彎曲變形，最終導致磁懸浮電機無法使用；另一方面，轉子與輔助軸承之間頻繁高速摩擦，也易產生燒結問題，損壞輔助軸承，造成巨大損失。

為了解決上述問題，2019年9月前已有技術中採用設定靜壓軸承的方式避免輔助軸承損壞。公開號為CN109058293A的中國專利公開了一種轉軸軸承結構，包括轉軸，套設在轉軸上的磁懸浮徑向軸承，套設在轉軸上的靜壓軸承，靜壓軸承與磁懸浮徑向軸承位於轉軸的周向方向的不同位置，且靜壓軸承上開設有通氣孔，通氣孔的一端與靜壓軸承的徑向內壁相通，通氣孔的另一端與靜壓軸承的徑向外壁相通，以能夠從靜壓軸承外部通入具有一定壓力的氣體至靜壓軸承徑向內壁與轉軸之間的間隙。

上述技術方案能夠在一定程度上解決輔助軸承損壞的問題，但磁懸浮電機長期使用過程中，轉子依然容易與輔助軸承之間產生相互摩擦，造成輔助軸承溫度過高出現燒結問題。同時，磁軸承工作過程中也易產生大量熱量，但2019年9月前已有的磁懸浮電機的冷卻結構的冷卻效果不佳，無法滿足實際生產需要。

發明內容

專利目的

《磁懸浮電機及鼓風機》的目的是解決磁懸浮電機長期使用過程中，轉子依然容易與輔助軸承之間產生相互摩擦，造成輔助軸承溫度過高出現燒結問題。同時，磁軸承工作過程中也易產生大量熱量，但2019年9月前已有的磁懸浮電機的冷卻結構的冷卻效果不佳，無法滿足實際生產需要。

技術方案

為了解決上述技術問題，《磁懸浮電機及鼓風機》提供了一種磁懸浮電機及鼓風機。

《磁懸浮電機及鼓風機》提供的磁懸浮電機，包括轉子、以及套設於其上的輔助軸承和靜壓軸承，所述磁懸浮電機還包括輔助冷卻通道，所述輔助冷卻通道的入口端與通入至所述靜壓軸承中的高壓氣路連通，所述輔助冷卻通道的氣流流路經過所述輔助軸承，以對所述輔助軸承進行冷卻。

上述磁懸浮電機還具有以下特點：所述靜壓軸承上開設有氣體通道，所述氣體通道連通所述高壓氣路與所述靜壓軸承的外部，所述輔助冷卻通道的入口端與所述氣體通道連通。

上述磁懸浮電機還具有以下特點：所述高壓氣路沿所述轉子的徑向延伸，所述氣體通道沿所述轉子的軸向延伸，所述氣體通道貫穿所述靜壓軸承的位於所述高壓氣路與所述輔助軸承之間的內壁。

上述磁懸浮電機還具有以下特點：所述磁懸浮電機還包括電機殼和主冷卻通道，所述主冷卻通道中的冷卻氣體通過設定於所述電機殼上的出口排出至所述磁懸浮電機外，所述輔助冷卻通道的出口端與所述主冷卻通道連通。上述磁懸浮電機還具有以下特點：沿所述轉子的軸向方向，所述靜壓軸承與所述輔助軸承之間具有第一間隙；沿所述轉子的徑向方向，所述輔助軸承的內圈與所述轉子之間具有第二間隙；所述第一間隙與所述第二間隙連通，且共同構成所述輔助冷卻通道的第一冷卻段。

上述磁懸浮電機還具有以下特點：所述輔助冷卻通道還包括第二冷卻段，所述第二冷卻段的氣流流路經過所述磁懸浮電機的磁軸承，所述第二冷卻段的出口端與所述主冷卻通道連通。

上述磁懸浮電機還具有以下特點：所述磁懸浮電機還包括套設於所述轉子上的磁軸承座，沿所述轉子的徑向方向，所述磁軸承座與所述轉子之間具有第三間隙，所述第三間隙形成所述第二冷卻段。

上述磁懸浮電機還具有以下特點：所述輔助冷卻通道還包括連線段，所述第一冷卻段和所述第二冷卻段通過所述連線段相連；所述轉子具有對所述輔助軸承進行限位的軸肩，沿所述轉子的周向方向，所述軸肩處設定有斜面，所述磁懸浮電機還包括用於安裝所述輔助軸承的輔助軸承座，所述斜面與輔助軸承座之間具有第四間隙，所述第四間隙形成所述連線段。

上述磁懸浮電機還具有以下特點：沿所述轉子的徑向方向，所述輔助軸承的內圈與所述轉子之間具有間隙a，所述靜壓軸承的內圈與所述轉子之間具有間隙b，所述間隙a的尺寸小於或等於所述間隙b的尺寸。

《磁懸浮電機及鼓風機》還提供了一種鼓風機，包括本體，所述本體內設定有上所述的磁懸浮電機。

改善效果

《磁懸浮電機及鼓風機》中的磁懸浮電機及鼓風機上設定有靜壓軸承和輔助冷卻通道，輔助冷卻通道與通入至靜壓軸承中的高壓氣路連通，從而將高壓氣路中的氣流引至輔助軸承處，對輔助軸承和轉子的局部結構進行輔助冷卻，有效避免輔助軸承因摩擦發熱而出現燒結問題，延長輔助軸承的使用壽命，節約維修成本。

另外，由於採用風冷形式進行冷卻，不僅冷卻效果顯著，還解決了使用水冷方式冷卻存在水泄露對電器元件造成損害的問題。

附圖說明

圖1

圖2

圖3

圖1是具體實施方式中的磁懸浮電機的整體結構示意圖；

圖2是圖1中A區域的局部結構放大圖；

圖3是圖1中B區域的局部結構放大圖。

圖中：1、轉子；11、左端；12、右端；13、軸肩；14、斜面； 2、定子；3、磁軸承；31、徑向磁軸承；311、左磁軸承；312、右磁軸承；32、軸向磁軸承；33、左感測器；34、右感測器；4、輔助軸承；41、左輔助軸承；42、右輔助軸承；5、靜壓軸承；51、左靜壓軸承；52、右靜壓軸承；53、靜壓支撐容氣槽；54、密封氣腔；55、氣體通道；6、磁軸承座；61、左磁軸承座；62、右磁軸承座；63、感測器座； 7、電機殼；71、冷卻套；72、主冷卻通道；73、出口；8、輔助軸承座；81、左輔助軸承座；82、右輔助軸承座；9、端蓋；91、左端蓋；92、右端蓋； 100、高壓氣路；110、左高壓氣路；111、左側第一段；112、左側第二段；120、右高壓氣路；121、右側第一段；122、右側第二段；200、輔助冷卻通道；210、左輔助冷卻通道；220、右輔助冷卻通道；230、第一冷卻段；231、第一間隙；232、第二間隙；240、連線段；241、第四間隙；250、第二冷卻段；251、第三間隙。

技術領域

《磁懸浮電機及鼓風機》涉及磁懸浮技術領域，尤其涉及一種磁懸浮電機及鼓風機。

權利要求

1 .一種磁懸浮電機，包括轉子、以及套設於其上的輔助軸承和靜壓軸承，其特徵在於，所述磁懸浮電機還包括輔助冷卻通道，所述輔助冷卻通道的入口端與通入至所述靜壓軸承中的高壓氣路連通，所述輔助冷卻通道的氣流流路經過所述輔助軸承，以對所述輔助軸承和所述轉子間的局部結構進行冷卻；所述磁懸浮電機還包括電機殼和主冷卻通道，所述主冷卻通道中的冷卻氣體通過設定於所述電機殼上的出口排出至所述磁懸浮電機外，所述輔助冷卻通道的出口端與所述主冷卻通道連通；沿所述轉子的軸向方向，所述靜壓軸承與所述輔助軸承之間具有第一間隙；沿所述轉子的徑向方向，所述輔助軸承的內圈與所述轉子之間具有第二間隙；所述第一間隙與所述第二間隙連通，且共同構成所述輔助冷卻通道的第一冷卻段；所述輔助冷卻通道還包括第二冷卻段，所述第二冷卻段的氣流流路經過所述磁懸浮電機的磁軸承，所述第二冷卻段的出口端與所述主冷卻通道連通；所述磁懸浮電機還包括套設於所述轉子上的磁軸承座，沿所述轉子的徑向方向，所述磁軸承座與所述轉子之間具有第三間隙，所述第三間隙形成所述第二冷卻段；所述輔助冷卻通道還包括連線段，所述第一冷卻段和所述第二冷卻段通過所述連線段相連；所述轉子具有對所述輔助軸承進行限位的軸肩，沿所述轉子的周向方向，所述軸肩處設定有斜面，所述磁懸浮電機還包括用於安裝所述輔助軸承的輔助軸承座，所述斜面與輔助軸承座之間具有第四間隙，所述第四間隙形成所述連線段。

2.如權利要求1所述的磁懸浮電機，其特徵在於，所述靜壓軸承上開設有氣體通道，所述氣體通道連通所述高壓氣路與所述靜壓軸承的外部，所述輔助冷卻通道的入口端與所述氣體通道連通。

3.如權利要求2所述的磁懸浮電機，其特徵在於，所述高壓氣路沿所述轉子的徑向延伸，所述氣體通道沿所述轉子的軸向延伸，所述氣體通道貫穿所述靜壓軸承的位於所述高壓氣路與所述輔助軸承之間的內壁。

4.如權利要求1至3任一項所述的磁懸浮電機，其特徵在於，沿所述轉子的徑向方向，所述輔助軸承的內圈與所述轉子之間具有間隙a，所述靜壓軸承的內圈與所述轉子之間具有間隙b，所述間隙a的尺寸小於或等於所述間隙b的尺寸。

5.一種鼓風機，包括本體，其特徵在於，所述本體內設定有如權利要求1至4任一項所述的磁懸浮電機。

實施方式

如圖1至圖3所示，《磁懸浮電機及鼓風機》提供了一種磁懸浮電機，包括整體大致呈圓柱形的轉子1，以及套設於轉子1上的定子2，定子2位於轉子1的沿其軸線方向的中部，在磁懸浮電機運行時，定子2不動，轉子1繞自身軸線自轉。通電時，定子2產生磁力，帶動轉子1高速旋轉。

磁懸浮電機還包括均套設於轉子1外部的磁軸承3、輔助軸承4和靜壓軸承5，磁軸承3通電後，使轉子1保持在中心位置旋轉。具體的，磁軸承3包括徑向磁軸承31和軸向磁軸承32，其中，徑向磁軸承31又包括左磁軸承311和右磁軸承312。如圖1所示，左磁軸承311通過左磁軸承座61設定於轉子1的左側，右磁軸承312通過右磁軸承座62安裝於轉子1的右側。為了對轉子1與左磁軸承311在轉子1的徑向方向之間的距離，以及轉子1與右磁軸承312在轉子1的徑向方向之間的距離進行檢測，磁懸浮電機還包括分別與左磁軸承311和右磁軸承312對應設定的左感測器33和右感測器34，以更好的控制磁懸浮電機。左感測器33和左磁軸承311通過左磁軸承座61安裝於轉子1的徑向外側，右磁軸承312通過右磁軸承座62安裝於轉子1的徑向外側，右感測器34通過感測器座63安裝於轉子1與右磁軸承座62之間。軸向磁軸承32通過感測器座63與右磁軸承座62限位安裝，以將軸向磁軸承32安裝於轉子1與右磁軸承座62之間。

磁懸浮電機還包括電機殼7，電機殼7設定於左磁軸承座61的徑向外側，分別與左磁軸承座61和右磁軸承座62限位安裝。定子2位於電機殼7的徑向內側，沿轉子1的徑向方向，定子2與電機殼7之間設定有冷卻套71，冷卻套71與電機殼7共同形成主冷卻通道72。在電機殼7上開設有沿電機殼7的徑向方向延伸的通孔，連通電機殼7的內部和外部，通孔構成主冷卻通道72的出口73，主冷卻通道72中的冷卻氣流通過通孔排出至磁懸浮電機的外部。

磁懸浮電機還包括輔助軸承座8，輔助軸承4通過輔助軸承座8套設安裝在轉子1上。輔助軸承4包括左輔助軸承41和右輔助軸承42，輔助軸承座8包括左輔助軸承座81和右輔助軸承座82，左輔助軸承座81用於將左輔助軸承41安裝在轉子1的左端11，右輔助軸承座82用於將右輔助軸承42安裝在轉子1的右端12。

為了保護輔助軸承4，避免輔助軸承4與轉子1摩擦產生高溫燒結等問題，磁懸浮電機包括靜壓軸承5，靜壓軸承5設定在輔助軸承4附近，優選與輔助軸承4相鄰設定，通過設定靜壓軸承5，加強了輔助軸承4的承載能力，增加了輔助軸承剛度。如圖1所示，靜壓軸承5可以設定在輔助軸承4的左側也可以設定在輔助軸承4的右側，優選地，靜壓軸承5設定在輔助軸承4靠近轉子1端面的一側，以更好的保護輔助軸承4，避免輔助軸4承受到外界環境的影響。靜壓軸承5也通過輔助軸承座8安裝在轉子1的徑向外側，靜壓軸承5包括左靜壓軸承51和右靜壓軸承52，左靜壓軸承51設定在左輔助軸承41的左側，右靜壓軸承52設定在右輔助軸承42的右側。磁懸浮電機還包括端蓋9，具體的，端蓋9包括安裝在轉子1的左端11的左端蓋91和安裝在轉子1右端12的右端蓋92。其中，左端蓋91通過比如螺釘等緊固件與左輔助軸承座81固定連線，並位於左輔助軸承座81的徑向內側；右端蓋92通過比如螺釘等緊固件與右輔助軸承座82固定安裝，並位於右輔助軸承座82的徑向外側。

由於軸向磁軸承32靠近轉子1的右端12安裝，因此，磁懸浮電機的轉子1的左端11和右端12的整體安裝結構略有不同。如圖1和圖2所示，靜壓軸承5在靠近轉子1的一側設定有靜壓支撐容氣槽53，靜壓軸承5中需要通入高壓氣體，以在靜壓軸承5的內側面與轉子1的外側面之間形成密封氣腔54，形成靜壓支撐，從而對轉子1起到一定支撐作用，增加輔助軸承4的剛度，避免轉子1因某些原因發生偏移而與輔助軸承4摩擦接觸。沿轉子1的徑向方向，輔助軸承4的內圈與轉子1之間具有間隙a，靜壓軸承5的內圈與轉子1之間具有間隙b，間隙a的尺寸小於或等於間隙b的尺寸。優選地，間隙a的尺寸與間隙b的尺寸相等，以獲得最好的對轉子1的支撐效果。間隙a和間隙b的尺寸根據安裝結構的要求可以進行適當調整，在該實施例中，為了獲得最優的支撐效果，間隙a的大小為0.05毫米，間隙b的大小為0.05～0.1毫米，從而保證了靜壓軸承5實現相應靜壓支撐效果的同時，還能夠避免其與轉子1接觸而損壞。

為了將高壓氣體引入至靜壓軸承5中，磁懸浮電機上開設有高壓氣路100，具體的，為了將高壓氣體引入至左靜壓軸承51中，磁懸浮電機上開設有左高壓氣路110，為了將高壓氣體引入至右靜壓軸承52中，磁懸浮電機上開設有右高壓氣路120。如圖1和圖2所示，左高壓氣路110包括開設在電機殼7上的貫穿電機殼7的左側第一段111，以及開設在左輔助軸承座81上的左側第二段112，左側第一段111與左側第二段112連通，左側第二段112與左靜壓軸承51內部連通，以將高壓氣體引入至左靜壓軸承51中。如圖1和圖3所示，右高壓氣路120包括開設在右端蓋92上的右側第一段121，以及開設在右輔助軸承座82上的右側第二段122，右側第一段121與右側第二段122連通，右側第二段122與右靜壓軸承52內部連通，以將高壓氣體引入至右靜壓軸承52中。

磁懸浮電機還包括輔助冷卻通道200，輔助冷卻通道200的入口端與通入至靜壓軸承5中的高壓氣路100連通，高壓氣路100中的高壓氣流一部分進入到靜壓支撐容氣槽53中，用於對轉子1進行支撐；另一部分高壓氣流進入輔助冷卻通道200中，輔助冷卻通道200的氣流流路經過輔助軸承4，對輔助軸承4進行冷卻。輔助冷卻通道200的出口端與主冷卻通道72連通，輔助冷卻通道200中的冷卻氣體與主冷卻通道72中的冷卻氣體混合後，通過設定於電機殼7上的出口73排出至磁懸浮電機外。可以理解的是，由於磁懸浮電機包括左輔助軸承41和右輔助軸承42，因此，為了分別對左輔助軸承41和右輔助軸承42均進行冷卻，需要同時在磁懸浮電機的左端和右端分別設定輔助冷卻通道200。如圖2和圖3所示，輔助冷卻通道200包括用於對左輔助軸承41進行冷卻的左輔助冷卻通道210，以及用於對右輔助軸承42進行冷卻的右輔助冷卻通道220，左輔助冷卻通道210和右輔助冷卻通道220的結構、作用和設定方式大致相同。

下面以左輔助冷卻通道210為例，對輔助冷卻通道200的設定方式和大致結構進行詳細說明。為了描述方便，在以下描述過程中，不再對左、右方位進行區分，且需要說明的是，圖2中比較清楚詳細的繪製出了輔助冷卻通道200的設定方式和結構，以更好的理解該發明申請的技術方案，而為了更清楚直觀的展示靜壓軸承5與輔助軸承4之間的安裝位置關係，圖3對輔助冷卻通道200的結構進行了省略，但位於轉子1右側的右輔助冷卻通道220的結構與圖2中整體大致相同，只是由於具體結構不同進行了相應的位置調整，但整體構思相同。

如圖2所示，在一個具體的實施例中，靜壓軸承5上開設有氣體通道55，氣體通道55連通位於靜壓軸承5內部的高壓氣路100與靜壓軸承5的外部，輔助冷卻通道200的入口端與氣體通道55連通，以將高壓氣路100中的部分高壓氣體引出至輔助冷卻通道200中，對輔助軸承4進行冷卻。由於靜壓軸承5與輔助軸承4並排設定，因此，在靜壓軸承5上開設氣體通道55將高壓氣流引出更加方便、快捷，且能夠獲得較好的冷卻效果。當然，在另一個可替換的實施例（圖中未示出）中，也可以在輔助軸承座上開設氣體通道，將經過輔助軸承座中的高壓氣流引出至輔助冷卻通道中對輔助軸承進行冷卻。將高壓氣路中的氣流引至輔助軸承處，對輔助軸承進行冷卻，避免出現輔助軸承與轉子高速旋轉摩擦產生高溫燒結，導致輔助軸承與轉子暴死，磁懸浮電機無法工作的問題。

進一步地，氣體通道55沿轉子1的軸向延伸，高壓氣路100沿轉子1的徑向延伸，氣體通道55貫穿靜壓軸承5的位於高壓氣路100與輔助軸承4之間的內壁。優選地，氣體通道55正對輔助軸承4設定，以將從靜壓軸承5內部引出的高壓氣體直接對準輔助軸承4進行輸送，以獲得更好的冷卻效果。

為了實現更好的冷卻效果，對除了輔助軸承4之外的其餘部件進行冷卻，輔助冷卻通道200由多段連通的冷卻段構成。如圖2所示，在一個具體的實施例中，輔助冷卻通道200包括依次連通的第一冷卻段230、連線段240和第二冷卻段250。沿轉子1的軸向方向，靜壓軸承5與輔助軸承4之間具有第一間隙231；沿轉子1的徑向方向，輔助軸承4的內圈與轉子1之間具有第二間隙232；第一間隙231與第二間隙232連通，且共同構成輔助冷卻通道200的第一冷卻段230。沿轉子1的徑向方向，磁軸承座6與轉子1之間具有第三間隙251，第三間隙251形成第二冷卻段250，第二冷卻段250的氣流流路經過磁懸浮電機的徑向磁軸承31，第二冷卻段250的出口端與主冷卻通道72連通。第一冷卻段230和第二冷卻段250通過連線段240相連，轉子1具有對輔助軸承4進行限位的軸肩13，沿轉子1的周向方向，軸肩13處設定有斜面，斜面14與輔助軸承座8之間具有第四間隙241，第四間隙241形成連線段240。

《磁懸浮電機及鼓風機》還提供了一種鼓風機，包括殼狀的本體，本體內還設定有如上所述的磁懸浮電機，在保證鼓風機使用性能的同時，有效避免因長時間使用造成磁懸浮電機中的輔助軸承燒結損壞，降低了後期使用維修成本，延長了鼓風機的使用壽命。

專利榮譽

2021年6月24日，《磁懸浮電機及鼓風機》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。