徑向磁軸承以及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種徑向磁軸承以及一種制造徑向磁軸承的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一種公知的徑向磁軸承的示例在專利文獻US4720649A中公開。這種公知種類的徑向磁軸承的一部分(象限)在圖9中示出。此種徑向磁軸承包括圍繞轉(zhuǎn)子I的定子2。轉(zhuǎn)子I包括中心軸10，中心軸10具有圍繞其圓周的一組優(yōu)質(zhì)磁性疊片，所述疊片由諸如不銹鐵素體鑄鐵或硅鋼等材料制成。所述定子2包括具有周邊部分23的磁路，周邊部分相互連接多對磁極21，磁極朝著所述轉(zhuǎn)子I徑向向內(nèi)突出。電磁繞組22圍繞各個磁極21布置。完整的定子包括沿著兩相互垂直的軸布置的至少四對磁極21，這使得可以將所述轉(zhuǎn)子I保持在預(yù)定徑向位置。所述定子2封閉在外殼24內(nèi)。所述磁極21以及所述定子2的周邊部分23由一組盤狀板或墊片制成。
[0003]制作過程意味著組裝諸如所述組盤狀板21、23等鋼板元件，其構(gòu)成所謂的角軸承(horn bearings)并且有較大的直徑。此外,線圈22的裝設(shè)意味著大量的相互連接,這不符合成本效益。因此，制造以及裝配時間不符合批量生產(chǎn)要求。此外，繞所述磁極21安裝線圈22的過程需要槽以及角疊片或盤狀板的形狀的適應(yīng)，但此適應(yīng)導(dǎo)致所述磁軸承的徑向承載能力的整體性能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有待解決的技術(shù)問題是提供一種徑向磁軸承以及一種制造徑向磁軸承的方法，以彌補上述的不足。
[0005]更具體地，本發(fā)明旨在提供一種徑向磁軸承，相對于承載能力有優(yōu)化的形狀，同時容易裝配。
[0006]特別是，本發(fā)明旨在改善制作過程便利性，以實現(xiàn)低成本以及高批量生產(chǎn)過程。
[0007]本發(fā)明限定在所附的權(quán)利要求書中。
[0008]本發(fā)明更具體地涉及一種徑向磁軸承，包括:內(nèi)轉(zhuǎn)子，其具有旋轉(zhuǎn)軸并且包括具有外圓周的中心軸以及于所述外周上安裝在所述軸上的鐵磁電樞；以及外定子，其包括多個電磁體，電磁體包括由鐵磁性材料制成的磁極，該磁極朝著所述轉(zhuǎn)子徑向向內(nèi)突出，同時在所述各磁極的端面以及所述鐵磁電樞之間留有空氣間隙(e)，以及繞著所述磁極纏繞的線圈，所述磁極擴展至外部部分，外部部分連接至支撐構(gòu)件，其特征在于，每個磁極以及對應(yīng)的外部部分包括在扇段模塊中，扇段模塊包括由鐵磁性或不銹鐵磁性材料制成的一組疊片，所述外部部分相對于所述磁極限定臺肩，所述外部部分與相鄰扇段模塊的外部部分接觸，并且所有扇段模塊的外部部分通過卡環(huán)裝配，而繞所述磁極位于自由空間內(nèi)的所述線圈成串地進行安裝。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的有利特征，每個扇段模塊的每個外部部分包括圓整的外角。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，每個扇段模塊的每個外部部分包括設(shè)置在疊片組上的用于安裝目的的中心孔。
[0011]在這種情況下，有利的是，所述卡環(huán)包括:具有多個孔的第一卡環(huán)，多個孔設(shè)計用來與所述扇段模塊的中心孔對齊；以及第二卡環(huán)，其具有多個引導(dǎo)件，引導(dǎo)件設(shè)計用于插裝于所述扇段模塊的所述中心孔以及所述第一卡環(huán)的所述多個孔。
[0012]根據(jù)一可能的實施例，所述扇段模塊均具有同樣的形狀。
[0013]根據(jù)另一可能的實施例，所述扇段模塊具有相同的徑向尺寸，但在所述扇段模塊的周向具有不同的尺寸。
[0014]更具體地，根據(jù)一可能的實施例，所述扇段模塊的磁極包括第一組扇段模塊的寬度減小的第一數(shù)量的磁極對，以及插設(shè)于所述寬度減小的磁極對之間的第二組扇段模塊的寬度較大的第二數(shù)量的磁極。
[0015]所述扇段模塊以及對應(yīng)的磁極的數(shù)量可以例如等于12、16或者20。
[0016]根據(jù)一具體的實施例，所述第一組扇段模塊的寬度減小的磁極對的數(shù)量等于4，而插置于所述寬度減小的磁極對之間的所述第二組扇段模塊的寬度較大的磁極的數(shù)量等于1、2或者3。
[0017]所述內(nèi)轉(zhuǎn)子的鐵磁電樞可由一組高質(zhì)量的磁性疊片制成，例如鐵素體鋼或者不銹鐵磁性鐵。
[0018]本發(fā)明還涉及一種制作如上述限定的徑向鐵磁軸承的方法，包括以下步驟:
[0019]形成多個扇段模塊，每個扇段模塊包括由一組疊片制成的磁極以及外部部分，疊片由鐵磁性或不銹鐵磁性材料制成，所述外部部分相對于所述磁極限定臺肩，
[0020]形成第一以及第二卡環(huán)，
[0021 ] 形成連接成一串的多個線圈，所述線圈的數(shù)量等于所述磁極的數(shù)量，
[0022]以這樣一種方式布置所述扇段模塊，使得每個所述外部部分與相鄰扇段模塊的外部部分接觸，而自由空間被限定于相鄰扇段模塊的磁極之間，
[0023]用所述第一和第二卡環(huán)將所述扇段模塊裝配在一起，以及
[0024]將相互連接為一串的所述多個線圈插入圍繞所述扇段模塊的所述多個磁極的自由空間內(nèi)。
[0025]更具體地，組裝所述扇段模塊的步驟可包括將所述第二卡環(huán)的多個引導(dǎo)件插入所述扇段模塊的中心孔以及所述第一卡環(huán)的多個孔中。
[0026]可對扇段模塊的形狀和尺寸進行選擇以優(yōu)化徑向承載能力并且使得能夠批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的徑向磁軸承的一個象限的前視圖；
[0028]圖2是類似于圖1的前視圖的視圖，但還示出了圖1的徑向磁軸承的磁路中的磁場線；
[0029]圖3是根據(jù)圖1的第一實施例的徑向磁軸承的定子的完整前視圖；
[0030]圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的徑向磁軸承的定子的完整前視圖；
[0031]圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的徑向磁軸承的定子的完整前視圖；
[0032]圖6是一分解視圖，示出了圖5的定子的裝配過程；
[0033]圖7是一分解視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的徑向磁軸承的定子的單個模塊的裝配過程;
[0034]圖8是一分解視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的徑向磁軸承的定子的多個單個模塊的裝配過程；以及
[0035]圖9是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的徑向磁軸承的一個象限的前視圖。
【具體實施方式】
[0036]本發(fā)明將結(jié)合優(yōu)選的實施例進行描述，其中優(yōu)選實施例以示例的方式給出。
[0037]圖1圖示了本發(fā)明的第一實施例的典型的布置，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的徑向磁軸承的一個象限，其包括:內(nèi)轉(zhuǎn)子101，其具有旋轉(zhuǎn)軸并且包括具有外周的中心軸110。鐵磁電樞111安裝在軸110的外周上，鐵磁電樞可由一疊優(yōu)質(zhì)磁疊片制成，例如不銹鐵磁性鐵、鐵素體鋼或娃鋼。外定子102包括多個電磁體，電磁體包括由鐵磁性或不銹鐵磁性材料制成的磁極121，磁極朝著轉(zhuǎn)子101徑向向內(nèi)突出，同時在磁極121的端面以及所述鐵磁電樞111之間留有空氣間隙(e)，而線圈122繞著所述磁極121纏繞。因此，磁極121的第一端面與轉(zhuǎn)子101的鐵磁電樞相對并且限定所述空氣間隙(e)。磁極121的另一端擴展至外部部分123，外部部分123固定至支撐構(gòu)件127。每個磁極121以及其對應(yīng)的外部部分123包含在扇段模塊120A或120B中，扇段模塊包括一疊由鐵磁性材料制成的疊片。所述外部部分123相對于對應(yīng)的磁極121限定臺肩125，從而提供位于磁極121每一側(cè)的自由空間。扇段模塊120A或120B的外部部分123與相鄰扇段模塊120A或120B的外部部分123接觸，基本上沒有空氣間隙并且沒有絕緣分離。然而，在實踐中，兩相鄰扇段模塊的外部部分123之間可以允許數(shù)值非常小的空氣間隙，例如0.1mm的空氣間隙。所有扇段模塊120AU20B的外部部分123通過卡環(huán)127、128裝配。繞磁極121位于自由空間內(nèi)的線圈122成串地進行安裝。
[0038]如圖1所示，每個扇段模塊120AU20B的每個外部部分123有利地包括園整外角126。此圓整角去除了磁力奇點(magnetic singularities)并且便于扇段模塊120A、120B的裝配。
[0039]圖2示出了諸如結(jié)合圖1所描述的實施例的一實施例中的磁場線。
[0040]如圖1至圖8所示，每個扇段模塊120A、120B或者120的每個外部部分123包括設(shè)置在疊組片上的用于安裝目的的中心孔124。
[0041]圖1的徑向軸承的安裝方法的示例將結(jié)合圖6至圖8進行描述。
[0042]第一^^環(huán)127具有多個孔134，設(shè)計為與扇段模塊120、120A、120B的中心孔124對齊，而第二卡環(huán)128具有多個諸如銷柱或桿等的引導(dǎo)件129，設(shè)計用于插置于所述扇段模塊120、120A、120B的中心孔以及第一^^環(huán)127的多個孔134。
[0043]因此，制作根據(jù)本發(fā)明的徑向磁軸承的方法基本上包括以下步驟:
[0044]形成多個扇段模塊120、120A、120B，每個扇段模塊包括由疊片組制成的磁極121以及外部部分123，疊片由鐵磁性材料制成，所述外部部分123相對于磁極121限定臺肩125 ；
[0045]形成第一以及第二卡環(huán)127、128 ；
[0046]形成多個連接成一串的線圈122，線圈122的數(shù)量等于磁極121的數(shù)量；
[0047]以這樣一種方式布置扇段模塊120、120A、120B:每個外部部分123與相鄰扇段模塊120、120A、120B的外部部分123基本上無空氣間隙且沒有絕緣分離地接觸，自由空間限定于相鄰扇段模塊120、120A、120B的磁極121之間；
[0048]用第一與第二卡環(huán)127、128將扇段模塊120、120A、120B裝配在一起；以及
[0049]將所述多個相互連接成一串的線圈122插入圍繞所述扇段模塊120、120A、120B的多個磁極121的自由空間內(nèi)。
[0050]如已經(jīng)提到的，在實踐中，兩相鄰扇段模塊120、120A、120B的外部部分123之間可以允許數(shù)值非常小的空氣間隙，例如0.1mm的空氣間隙。
[0051]更具體地，組裝扇段模塊120、120A、120B的步驟包括將第二卡環(huán)128的多個引導(dǎo)件129插入所述扇段模塊120、120A、120B的中心孔124以及第一^^環(huán)127的多個孔134內(nèi)。
[0052]一般來說，選擇扇段模塊120、120A、120B的形狀與尺寸以優(yōu)化徑向承載能力，同時允許批量生產(chǎn)。