一种自然磁悬浮高速轴流风机

本发明涉及旋转型精密机械，更具体地说是一种自然磁悬浮高速轴流风机。

背景技术：

1、轴流风机应用极其广泛，本发明涉及磁悬浮高速轴流风机。轴流风机用于提升其输入和输出端口气体的压力差。轴流风机的转子连续高速旋转，通常希望其流量大，风压大。由于转子高速旋转，其转子叶轮与空气高速摩擦，因此振动与噪声比较大。特别是叶轮的刚度和动平衡精度有限，因此高速轴流风机的轴承所受冲击振动比较大。风机的转速越高其输出功率越高、体积越小。而转速越高，振动与噪声也会越大，轴承寿命也会越低。小型风机的转速为5000至12000r/min。在实际应用中风机的轴承常常成为影响其提高转速、扩展功率容量、提高其效率和寿命的瓶颈。轴流风机的单级风压比不可能做得比较高，大功率风机只能采用多级叶轮来增加风压力比和扩展功率容量。

2、风机的振动与噪声与转子的转速和转子的固有频率有关，当转子的转速和转子的固有频率相近或相等，系统将发生共振而出现剧烈的振动现象。发生共振现象时的转速称为轴的临界转速。对于多级叶轮的风机，由于结构复杂，其共振现象的仿真分析非常困难，因此高速风机的设计也有瓶颈。

3、采用传统空气轴承或液体悬浮技术，可以极大改善风机的振动与噪声指标，提高其效率和寿命。但是，传统空气轴承或液体悬浮轴承体积大，还需要附加轴承专用气泵或液压泵，控制器系统体积大复杂，可靠性差，有附加功率损耗，生产成本非常高。而且绝大多数环境或应用场景无法采用传统空气轴承或液体悬浮技术。例如：化工、医疗、航空航天、许多工业场景都无法采用。民用由于成本太高根本不可取。此外，空气轴承或液体悬浮技术，仍然存在金属与空气或液体的摩擦，并非彻底悬浮技术。

4、如果采用传统磁悬浮轴承技术，同样传统磁悬浮轴承体积大，其控制器的体积也大，附加功率损耗大，生产成本很高。一般来说，要将一台电机的转子磁悬浮起来，需要与该电机体积相当的传统磁悬浮轴承。除了价格昂贵，体积大也是传统磁悬浮轴承技术无法普及的原因。实现低成本磁悬浮，可称其为世界级难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种自然磁悬浮高速轴流风机，可以利用自然电磁磁悬浮实现无损高速叶轮的电磁支撑，使得叶轮在高速旋转同时与定子绕组中的电流互相作用，产生有效的径向电磁主动自然磁悬浮和轴向被动磁悬浮。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：

3、一种自然磁悬浮高速轴流风机，包括腔体，所述腔体的上下两侧开放设置，腔体内部的上下两侧均设置有定子驱动控制器，两个定子驱动控制器之间设置有叶轮；

4、所述定子驱动控制器包括定子和设置在其上的三相绕组；

5、所述叶轮包括多个叶片和环绕在多个叶片外侧的永磁体；

6、所述永磁体为4极扇型永磁转子体；

7、所述三相绕组构成6个磁极，三相绕组之间相互串并联，位于上下侧两侧的两个三相绕组按镜像并联；

8、所述永磁体为10极扇型永磁转子体；

9、所述三相绕组构成12个磁极，三相绕组之间相互串并联，位于上下侧两侧的两个三相绕组按镜像并联；

10、所述定子驱动控制器内设置有驱动与控制电路；

11、所述叶轮还包括设置在叶轮上下两侧面上的多个磁悬浮短叶；

12、该风机能够并排串联多个。

13、本发明的有益效果为：

14、径向主动自然磁悬浮技术、轴向主动自然磁悬浮技术、径向被动磁悬浮技术、径向和轴向液体悬浮技术或气体悬浮技术。完整的自然悬浮技术，兼有优良的电机同步驱动的功能；

15、本发明磁悬浮风机装置，结构的空间利用率高，轴向尺寸小，有利于构成扁平的整体结构,而扁平状风机装置可适用于更多在工作场景。本发明磁悬浮风机装置内含驱动与电脑控制电路，结构紧凑和简单，具有可靠性高、控制性能高和智能诊断等功能。

16、传统风机高速旋转时，除了产生大量摩擦损耗和噪声，还存在原理性的轴承摩擦损耗、叶轮动平衡精度有限，存在原理性偏载引起的动不平衡问题，这些问题产生原理性振动、噪声和附加损耗，严重影响风机的使用寿命。采用本发明自然悬浮技术，轴承摩擦损耗为零、对叶轮动平衡精度不敏感，或者说自然悬浮技术具有自然吸收或抑制原理性振动、噪声和附加损耗的能力。使得本发明有可能通过提高叶轮转速，来提高泵的功率密度，极大地简化泵的结构、降低生产成本、降低振动噪声和附加损耗、提高整体性能。与传统压缩机相比，本发明可以提高将转速从3000r/min提高到30000r/min，即提高10倍，实现功率提高10倍、体积缩小10倍、成本下降近10倍的显著目标。

17、本发明不需要额外附件任何传感器和控制器，自然含有：径向主动自然磁悬浮技术、轴向主动自然磁悬浮技术、径向被动磁悬浮技术和轴向被动磁悬浮技术、径向和轴向液体或气体悬浮技术。具有最完整的风叶悬浮功能，兼有优良的无位置传感器电机驱动控制的功能。

技术特征：

1.一种自然磁悬浮高速轴流风机，包括腔体(1)，其特征在于：所述腔体(1)的上下两侧开放设置，腔体(1)内部的上下两侧均设置有定子驱动控制器(2)，两个定子驱动控制器(2)之间设置有叶轮(3)。

2.根据权利要求1所述的一种自然磁悬浮高速轴流风机，其特征在于：所述定子驱动控制器(2)包括定子(21)和设置在其上的三相绕组(22)。

3.根据权利要求2所述的一种自然磁悬浮高速轴流风机，其特征在于：所述叶轮(3)包括多个叶片(32)和环绕在多个叶片(32)外侧的永磁体(31)。

4.根据权利要求3所述的一种自然磁悬浮高速轴流风机，其特征在于：所述永磁体(31)为4极扇型永磁转子体。

5.根据权利要求4所述的一种自然磁悬浮高速轴流风机，其特征在于：所述三相绕组(22)构成6个磁极，三相绕组(22)之间相互串并联，位于上下侧两侧的两个三相绕组(22)按镜像并联。

6.根据权利要求3所述的一种自然磁悬浮高速轴流风机，其特征在于：所述永磁体(31)为10极扇型永磁转子体。

7.根据权利要求6所述的一种自然磁悬浮高速轴流风机，其特征在于：所述三相绕组(22)构成12个磁极，三相绕组(22)之间相互串并联，位于上下侧两侧的两个三相绕组(22)按镜像并联。

8.根据权利要求1所述的一种自然磁悬浮高速轴流风机，其特征在于：所述定子驱动控制器(2)内设置有驱动与控制电路。

9.根据权利要求3所述的一种自然磁悬浮高速轴流风机，其特征在于：所述叶轮(3)还包括设置在叶轮(3)上下两侧面上的多个磁悬浮短叶(33)。

10.根据权利要求1所述的一种自然磁悬浮高速轴流风机，其特征在于：该风机能够并排串联多个。

技术总结
本发明涉及旋转型精密机械技术领域，更具体的说是一种自然磁悬浮高速轴流风机，包括腔体，所述腔体的上下两侧开放设置，腔体内部的上下两侧均设置有定子驱动控制器，两个定子驱动控制器之间设置有叶轮；所述定子驱动控制器包括定子和设置在其上的三相绕组；所述叶轮包括多个叶片和环绕在多个叶片外侧的永磁体；所述永磁体为4极扇型永磁转子体；所述三相绕组构成6个磁极，三相绕组之间相互串并联，位于上下侧两侧的两个三相绕组按镜像并联；可以利用自然电磁磁悬浮实现无损高速叶轮的电磁支撑，使得叶轮在高速旋转同时与定子绕组中的电流互相作用，产生有效的径向电磁主动自然磁悬浮和轴向被动磁悬浮。

技术研发人员：杜建军,李长林,雷中舵,李洁,李铁才
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12