轴向磁悬浮轴承、磁悬浮系统及压缩机的制作方法

本发明涉及磁悬浮技术领域，特别是涉及一种轴向磁悬浮轴承、磁悬浮系统及压缩机。

背景技术：

一般的，现有轴向磁悬浮轴承保护结构形式如图1所示，包括前轴向铁芯1’、前轴向轴承控制线圈2’、前保护轴承3’、推力盘4’、后保护轴承5’、后轴向轴承控制线圈6’、后轴向轴承铁芯7’、光轴8’。轴向磁悬浮轴承保护装置主要是前保护轴承3’的右端面与推力盘4’的左端面、推力盘4’的右端面与后保护轴承5’的左端面形成限位间隙，前轴向轴承铁芯1’、推力盘4’、后轴向轴承铁芯7’三者之间形成轴向磁悬浮轴承的工作间隙，其中，限位间隙小于工作间隙。当推力盘旋转工作时，推力盘4’的左端面与前保护轴承3’的右端面发生摩擦接触、推力盘4’的右端面与后保护轴承5’的左端面发生摩擦接触，从而起到保护前轴向铁芯1’和后轴向轴承铁芯7’，使之不与推力盘4’发生摩擦而烧蚀、损坏。该轴向磁悬浮轴承保护结构只能提供轴向保护，为实现磁悬浮系统的径向保护还需要额外设置径向保护结构。然而，现有技术中一般将磁悬浮系统的轴向保护结构和径向保护结构分开间隔设置在光轴8’上，如此对磁悬浮系统的设计空间需求较高，增加了磁悬浮系统整体设计难度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种轴向磁悬浮轴承、磁悬浮系统及压缩机，主要目的在于解决现有的轴向磁悬浮轴承只能对磁悬浮系统提供轴向保护的缺陷。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

本发明的实施例提供一种轴向磁悬浮轴承，用于与转轴配合使用，所述轴向磁悬浮轴承包括定子、转子和第一保护结构；所述第一保护结构包括第一止挡部和第二止挡部；

所述第一止挡部设置在所述定子上，所述第二止挡部设置在所述转子上；所述第一止挡部与所述第二止挡部之间在所述轴向上具有用于对所述轴向磁悬浮轴承提供轴向保护的第一间隙h1、以及在所述径向上具有用于对套设在所述转轴上的部件提供径向保护的第二间隙h2。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

在前述的轴向磁悬浮轴承中，可选的，所述转子包括推力盘，所述定子包括轴承铁芯，所述轴承铁芯的数量为两个、且分布在所述推力盘的两侧；

其中，所述推力盘与至少一个所述轴承铁芯之间设有所述的第一保护结构。

在前述的轴向磁悬浮轴承中，可选的，所述第一止挡部包括第一保护轴承，所述第一保护轴承固定地套设在一个轴承铁芯的轴孔内；

所述第二止挡部包括阶梯结构，所述阶梯结构设置在所述推力盘的第一侧，所述推力盘的第一侧与所述一个轴承铁芯相对，所述阶梯结构包括沿所述径向延伸的第一面和沿所述轴向延伸的第二面；

其中，所述第一面与所述第一保护轴承的第一端的端面相对、且在两者之间形成所述的第一间隙，所述第一端为所述第一保护轴承的靠近所述推力盘的一端；和/或，所述第二面与所述第一保护轴承的轴孔内壁相对、且在两者之间形成所述的第二间隙。

在前述的轴向磁悬浮轴承中，可选的，所述一个轴承铁芯的轴孔在靠近所述推力盘的一端设有呈环状的第一扩口槽，所述第一保护轴承套设在所述第一扩口槽内、且所述第一端凸出于所述第一扩口槽。

在前述的轴向磁悬浮轴承中，可选的，所述推力盘的第一侧具有与所述一个轴承铁芯相对、且在两者之间形成工作间隙的第三面；

其中，所述阶梯结构沿所述轴向凸出于所述第三面。

在前述的轴向磁悬浮轴承中，可选的，一个轴承铁芯的轴孔在靠近所述推力盘的一端设有呈环状的第二扩口槽，所述第一止挡部包括所述的第二扩口槽；

所述第二止挡部包括保护环，所述保护环设置在所述推力盘的第一侧，所述推力盘的第一侧与所述一个轴承铁芯相对；

其中，所述保护环的与推力盘相背一端的端面与所述第二扩口槽的底面相对、且在两者之间形成所述的第一间隙；和/或，所述保护环的侧面与所述第二扩口槽的侧面相对、且在两者之间形成所述的第二间隙。

在前述的轴向磁悬浮轴承中，可选的，所述保护环由耐磨材料制成。

另一方面，本发明的实施例还提供一种磁悬浮系统，其包括上述任一种所述的轴向磁悬浮轴承。

在前述的磁悬浮系统中，可选的，磁悬浮系统还包括用于对套设在所述转轴上的部件提供径向保护的第二保护结构。

在前述的磁悬浮系统中，可选的，磁悬浮系统还包括设置在所述轴向磁悬浮轴承一侧的径向磁悬浮装置；

所述第二保护结构设置在所述径向磁悬浮轴承上

在前述的磁悬浮系统中，可选的，所述径向磁悬浮装置包括径向磁悬浮轴承和轴承壳体；

所述轴承壳体具有轴孔，所述轴承壳体的轴孔的一端设有呈环状的第三扩口槽，所述径向磁悬浮轴承套设在所述第三扩口槽内；

所述第二保护结构包括第二保护轴承，所述第二保护轴承套设在所述轴承壳体的轴孔内；

所述转轴穿过所述第二保护轴承的轴孔、且与所述第二保护轴承的轴孔的内壁之间形成第三间隙，所述第三间隙用于对套设在所述转轴上的部件提供径向保护。

另一方面，本发明的实施例还提供一种压缩机，其包括上述任一种所述的磁悬浮系统。

借由上述技术方案，本发明轴向磁悬浮轴承、磁悬浮系统及压缩机至少具有以下有益效果：

在本发明提供的技术方案中，由于第一止挡部与第二止挡部之间在轴向上具有用于对轴向磁悬浮轴承提供轴向保护的第一间隙、以及在径向上具有用于对套设在转轴上的部件提供径向保护的第二间隙，从而通过设置的第一间隙和第二间隙既可以对磁悬浮系统提供轴向保护，也可以提供径向保护，使本发明轴向磁悬浮轴承的实用性增强；另外，还可以节省额外设置径向保护的空间，提高设计余量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是现有技术中的一种轴向磁悬浮轴承与转轴装配的结构示意图；

图2是本发明的一实施例提供的一种轴向磁悬浮轴承与转轴装配的结构示意图；

图3是图2中a处的放大结构示意图；

图4是本发明的一实施例提供的另一种轴向磁悬浮轴承与转轴装配的结构示意图；

图5是图4中b处的放大结构示意图；

图6是本发明的一实施例提供的一种磁悬浮系统的结构示意图；

图7是本发明的一实施例提供的另一种磁悬浮系统的结构示意图。

附图标记：1、定子；10、轴向磁悬浮轴承；11、前轴向轴承铁芯；100、磁悬浮系统；111、第一扩口槽；112、第二扩口槽；12、后轴向轴承铁芯；2、转子；20、转轴；21、推力盘；211、第三面；3、第一保护结构；30、径向磁悬浮装置；31、第一止挡部；311、第一保护轴承；3111、第一端；3112、第一保护轴承的轴孔内壁；32、第二止挡部；321、阶梯结构；3211、第一面；3212、第二面；322、保护环；3221、保护环的与推力盘相背一端的端面；3222、保护环的侧面；4、径向磁悬浮轴承；5、轴承壳体；51、轴承壳体的轴孔；511、第三扩口槽；6、第二保护轴承；7、轴承压板；8、前轴向轴承控制线圈；9、后轴向轴承控制线圈。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图2和图4所示，本发明的一个实施例提出的一种轴向磁悬浮轴承10，该轴向磁悬浮轴承10用于与转轴20配合使用。具体的，该轴向磁悬浮轴承10用于套设在转轴20上。本发明的轴向磁悬浮轴承10包括定子1、转子2和第一保护结构3。第一保护结构3包括第一止挡部31和第二止挡部32。

第一止挡部31设置在定子1上，第二止挡部32设置在转子2上。第一止挡部31与第二止挡部32之间在轴向上具有用于对轴向磁悬浮轴承10提供轴向保护的第一间隙h1、以及在径向上具有用于对套设在转轴20上的部件提供径向保护的第二间隙h2(如图3和图5所示)。这里需要说明的是：此处的“部件”不仅套设在转轴20上，而且与转轴20之间具有间隙，比如该部件可以为轴承磁悬浮轴承的定子1、径向磁悬浮轴承、或电机的定子等。

其中，由于第一间隙h1为用于对轴向磁悬浮轴承10提供轴向保护的间隙，故该第一间隙h1要小于轴向磁悬浮轴承10的工作间隙h。同样的，由于第二间隙h2为用于对套设在转轴20上的部件提供径向保护的间隙，故该第二间隙h2要小于上述部件与转轴20之间的间隙。当上述的部件为多个时，比如第二间隙h2要同时为轴承磁悬浮轴承的定子1、径向磁悬浮轴承以及电机的定子提供保护时，则第二间隙h2要小于这些所有部件与转轴20之间的间隙。

在上述提供的技术方案中，通过设置的第一间隙h1和第二间隙h2既可以对磁悬浮系统提供轴向保护，也可以提供径向保护，使本发明轴向磁悬浮轴承10的实用性增强；另外，还可以节省额外设置径向保护的空间，提高设计余量。

如图3和图5所示，上述的转子2可以包括推力盘21。定子1可以包括轴承铁芯。轴承铁芯的数量为两个、且分布在推力盘21的两侧。其中，推力盘21与至少一个轴承铁芯之间设有前述的第一保护结构3。优选的，推力盘21与两个轴承铁芯之间均设有前述的第一保护结构3。

上述的两个轴承铁芯可以分别为前轴向轴承铁芯11和后轴向轴承铁芯12。其中，推力盘21与前轴向轴承铁芯11和/或后轴向轴承铁芯12之间设有前述的第一保护结构3。

为了形成前述的第一间隙h1和第二间隙h2，本发明的实施例可以采用如下的方案：在一个示例中，如图3所示，前述的第一止挡部31包括第一保护轴承311，第一保护轴承311固定地套设在一个轴承铁芯的轴孔内。该一个轴承铁芯为前轴向轴承铁芯11或后轴向轴承铁芯12。

为了方便描述，下面以推力盘21与前轴向轴承铁芯11之间设有第一保护结构3具体举例说明：在第一示例中，如图3所示，第一保护轴承311套设在前轴向轴承铁芯11的轴孔内。第二止挡部32包括阶梯结构321，阶梯结构321设置在推力盘21的第一侧。推力盘21的第一侧与上述的前轴向轴承铁芯11相对。阶梯结构321包括沿径向延伸的第一面3211和沿轴向延伸的第二面3212。此处的“径向”是指沿轴向磁悬浮轴承10的径向，同样的，此处的“轴向”是指沿轴向磁悬浮轴承10的轴向。

其中，第一面3211可以与第一保护轴承311的第一端3111的端面相对、且在两者之间形成前述的第一间隙h1。第一端3111为第一保护轴承311的靠近推力盘21的一端。

第二面3212可以与第一保护轴承311的轴孔内壁3112相对、且在两者之间形成前述的第二间隙h2。

在上述示例中，通过第一保护轴承311和阶梯结构321的配合即可构成前述的第一间隙h1和第二间隙h2，其结构相对较简单，实现较方便。

进一步的，如图3所示，前述前轴向轴承铁芯11的轴孔在靠近推力盘21的一端设有呈环状的第一扩口槽111。第一保护轴承311套设在该第一扩口槽111内、且第一端3111凸出于第一扩口槽111，以保护该前轴向轴承铁芯11，使之不与推力盘21发生接触。

进一步的，如图3所示，前述推力盘21的第一侧具有与上述前轴向轴承铁芯11相对、且在两者之间形成工作间隙h的第三面211。其中，前述的阶梯结构321沿轴向磁悬浮轴承10的轴向凸出于第三面211，以对推力盘21提供保护，使推力盘21不与该一个轴承铁芯接触。

这里需要说明的是：如图2所示，前述推力盘21与后轴向轴承铁芯12之间也以可以设置前述的第一保护结构3。其具体的结构和实现方式可以参见上述第一示例中推力盘21与前轴向轴承铁芯11之间第一保护结构3的相应描述，具体在此不再赘述。

为了形成前述的第一间隙h1和第二间隙h2，本发明的实施可以采用如下的方案：在另一示例中，如图4和图5所示，一个轴承铁芯的轴孔在靠近推力盘21的一端设有呈环状的第二扩口槽112。该一个轴承铁芯为前轴向轴承铁芯11或后轴向轴承铁芯12。前述的第一止挡部31包括该第二扩口槽112。

为了方便描述，下面以推力盘21与前轴向轴承铁芯11之间设有第一保护结构3具体举例说明：在第二示例中，如图5所示，前轴向轴承铁芯11的轴孔在靠近推力盘21的一端设有呈环状的第二扩口槽112。前述的第二止挡部32包括保护环322，保护环322设置在推力盘21的第一侧，推力盘21的第一侧与该前轴向轴承铁芯11相对。

其中，保护环322的与推力盘21相背一端的端面3221可以与第二扩口槽112的底面相对、且在两者之间形成前述的第一间隙h1。

保护环322的侧面3222可以与第二扩口槽112的侧面相对、且在两者之间形成前述的第二间隙h2。这里需要说明的是：由于保护环322呈环状，保护环322的侧面3222是指保护环322的外圆柱面。

在上述第二示例中，通过第二扩口槽112与保护环322的配合即可构成前述的第一间隙h1和第二间隙h2，其结构相对较简单，实现较方便。

进一步的，前述的保护环322可以由石墨或巴氏合金等耐磨材料制成，以提高保护环322的使用寿命。

这里需要说明的是：如图4所示，前述推力盘21与后轴向轴承铁芯12之间也以可以设置前述的第一保护结构3。其具体的结构和实现方式可以参见上述第二示例中推力盘21与前轴向轴承铁芯11之间第一保护结构3的相应描述，具体在此不再赘述。

另一方面，如图6和图7所示，本发明的实施例还提供一种磁悬浮系统100，其包括上述任一示例中的轴向磁悬浮轴承10。由于设置前述轴向磁悬浮轴承10的缘故，其既可以对轴向提供保护，又可以对径向提供保护；另外，还可以节省额外设置径向保护的空间，提高设计余量。

进一步的，如图6和图7所示，本发明的磁悬浮系统100还包括用于对套设在转轴20上的部件提供径向保护的第二保护结构。该第二保护结构与前述的第一保护结构3配合，实现了高承载端的双层径向保护，提高了本发明磁悬浮系统100的可靠性。

进一步的，如图6和图7所示，本发明的磁悬浮系统100还包括设置在轴向磁悬浮轴承10一侧的径向磁悬浮装置30。前述的第二保护结构设置在该径向磁悬浮轴承30上。

优选的，前述的径向磁悬浮装置30可以包括径向磁悬浮轴承4和轴承壳体5。轴承壳体5具有轴孔51。轴承壳体5的轴孔51的一端设有呈环状的第三扩口槽511。前述的径向磁悬浮轴承4套设在该第三扩口槽511内。前述的第二保护结构包括第二保护轴承6，第二保护轴承6套设在轴承壳体5的轴孔51内。前述的转轴20穿过第二保护轴承6的轴孔、且与第二保护轴承6的轴孔的内壁之间形成第三间隙h3，第三间隙h3用于对套设在转轴20上的部件提供径向保护。具体的，该第三间隙h3要小于径向磁悬浮轴承4的工作间隙h4。

进一步的，如图6和图7所示，前述第二保护轴承6的数量可以为至少两个，以提高径向保护的可靠性。

如图6和图7所示，前述的径向磁悬浮装置30还可以包括轴承压板7，轴承压板7用于抵压第二保护轴承6，以防止第二保护轴承6从轴承壳体5的轴孔51内松脱。

在一个具体的应用示例中，前述径向磁悬浮装置30的数量为两个，每个径向磁悬浮装置30上均设有前述的第二保护结构。

另一方面，本发明的实施例还提供一种压缩机，其包括上述任一实施例中的磁悬浮系统100。由于设置上述磁悬浮系统100的缘故，由于磁悬浮系统100包括上述的轴向磁悬浮轴承10，其既可以对轴向提供保护，又可以对径向提供保护；另外，还可以节省额外设置径向保护的空间，提高设计余量。

下面介绍一下本发明的工作原理和优选实施例。

在第一实施例中，如图2和图3所示，一种磁悬浮系统100，应用于磁悬浮产品中，包括前轴向轴承铁芯11、前轴向轴承控制线圈8、前保护轴承(即第一保护轴承311)、推力盘21、后保护轴承(即第一保护轴承311)、后轴向轴承控制线圈9、后轴向轴承铁芯12、转轴20。其中，转轴20可以为光轴等。该发明中轴向磁悬浮轴承10工作时，前轴向轴承铁芯11、推力盘21、后轴向轴承铁芯12三者之间形成轴向磁悬浮轴承10的轴向工作间隙，提供轴向磁悬浮轴承10工作所需磁拉力。前保护轴承、后保护轴承、推力盘21台阶面的轴向方向形成轴向保护间隙，即前述的第一间隙h1，第一间隙h1要求小于轴向工作间隙h，从而起到对轴向磁悬浮轴承10的轴向保护作用。磁悬浮系统100装配时转轴20与各零件之间会形成径向间隙，前保护轴承、后保护轴承、推力盘21台阶面的径向方向形成径向保护间隙，即前述的第二间隙h2，从而起到对磁悬浮系统100径向保护的作用。该发明中改变了推力盘21的结构，使轴向磁悬浮轴承10在提供轴向保护的同时实现了对磁悬浮系统100的径向保护，节省额外设置径向保护的空间，提高设计余量。

在第二实施例中，如图4和图5所示，一种磁悬浮系统100，应用于磁悬浮产品中,包括前轴向轴承铁芯11、前轴向轴承控制线圈8、前轴向保护环322、推力盘21、后轴向保护环322、后轴向轴承控制线圈9、后轴向轴承铁芯12、转轴20。其中，转轴20可以为光轴等。该发明中轴向磁悬浮轴承10工作时，前轴向轴承铁芯11、推力盘21、后轴向轴承铁芯12三者之间形成轴向磁悬浮轴承10的工作间隙，提供轴向磁悬浮轴承10工作所需磁拉力。前轴向保护环322与前轴向轴承铁芯11、后轴向保护环322与后轴向轴承铁芯12的轴向方向形成轴向磁悬浮轴承10的轴向保护间隙，即前述的第一间隙h1，第一间隙h1要求小于工作间隙h，从而起到对轴向磁悬浮轴承10的轴向保护作用。磁悬浮系统100装配时转轴20与各零件之间会形成径向间隙，前轴向保护环322与前轴向轴承铁芯11、后轴向保护环322与后轴向轴承铁芯12的径向方向形成径向保护间隙，即前述的第二间隙h2，从而起到对磁悬浮系统100径向保护的作用。该发明中在转子2上增加了前、后轴向保护环322，前、后轴向保护环322采用耐磨材料如石墨或巴氏合金等，使轴向磁悬浮轴承10在提供轴向保护的同时实现了对磁悬浮系统100的径向保护，节省额外设置径向保护的空间，提高设计余量。

在第三实施例中，如图6所示，一种磁悬浮系统100，应用于磁悬浮产品中，包括前轴向轴承铁芯11、前轴向轴承控制线圈8、前保护轴承(即第一保护轴承311)、推力盘21、后保护轴承(即第一保护轴承311)、后轴向轴承控制线圈9、后轴向轴承铁芯12、转轴20以及前述的径向磁悬浮装置30。本实施例中的轴向磁悬浮轴承10与上述第一实施例中的轴向磁悬浮轴承10的结构与原理均相同，而且还采用前述具有第二保护结构的径向磁悬浮装置30，其与轴向磁悬浮轴承10配合形成二级径向保护，实现高承载端的双层径向保护，提高了磁悬浮系统100的可靠性。

在第四实施例中，如图7所示，一种磁悬浮系统100，应用于磁悬浮产品中，包括前轴向轴承铁芯11、前轴向轴承控制线圈8、前轴向保护环322、推力盘21、后轴向保护环322、后轴向轴承控制线圈9、后轴向轴承铁芯12、转轴20以及前述的径向磁悬浮装置30。本实施例中的轴向磁悬浮轴承10与上述第二实施例中的轴向磁悬浮轴承10的结构与原理均相同，而且还采用前述具有第二保护结构的径向磁悬浮装置30，其与轴向磁悬浮轴承10配合形成二级径向保护，实现高承载端的双层径向保护，提高了磁悬浮系统100的可靠性。

根据以上的实施例，本发明的轴向磁悬浮轴承10、磁悬浮系统100及压缩机至少具有下列优点：

一般的，磁悬浮应用产品均为超高速机器。磁悬浮轴承为其关键零部件，一旦磁悬浮系统100发生故障，磁悬浮产品将无法启动悬浮，无法正常运行，造成生产损失。因而在设计磁悬浮轴承时会给磁悬浮轴承设计相应的保护组件。本发明的轴向磁悬浮轴承10可以同时实现对磁悬浮系统100的径向和轴向保护，节省额外设置径向保护的空间，提高设计余量。或配合其它径向保护装置，实现高承载端的双层径向保护，提高了磁悬浮系统100的可靠性。

这里需要说明的是：在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。