一种使用被动轴承的磁悬浮鼓风机
阅读说明：本技术 一种使用被动轴承的磁悬浮鼓风机 (Magnetic suspension air blower using passive bearing ) 是由 袁军 钟仁志 于 2021-10-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及磁悬浮鼓风机领域,尤其涉及一种使用被动轴承的磁悬浮鼓风机。该鼓风机包括电机筒、前轴承座、后轴承座、电机轴和轴承固定块；转子轴承孔内壁固定设置有径向转子磁钢,轴承固定块上固定设置有径向定子磁钢,径向定子磁钢与径向转子磁钢的位置相对应并且两者相对表面的磁极相反；电机轴在前后轴向两侧分别固定设置有前转子磁钢和后转子磁钢,前轴承座和后轴承座分别固定设置有前定子磁钢和后定子磁钢；前定子磁钢和前转子磁钢的位置相对应并且两者相对表面的磁极相反,后定子磁钢和后转子磁钢的位置相对应并且两者相对表面的磁极相反。该鼓风机降低了磁轴承的价格,简化了鼓风机的结构,增加了系统稳定性。(The utility model relates to the field of magnetic suspension blowers, in particular to a magnetic suspension blower using a passive bearing. The blower comprises a motor barrel, a front bearing seat, a rear bearing seat, a motor shaft and a bearing fixing block; the inner wall of the rotor bearing hole is fixedly provided with radial rotor magnetic steel, the bearing fixing block is fixedly provided with radial stator magnetic steel, the radial stator magnetic steel corresponds to the radial rotor magnetic steel in position, and the magnetic poles of the opposite surfaces of the radial stator magnetic steel and the radial rotor magnetic steel are opposite; the front rotor magnetic steel and the rear rotor magnetic steel are respectively and fixedly arranged on the front axial side and the rear axial side of the motor shaft, and the front stator magnetic steel and the rear stator magnetic steel are respectively and fixedly arranged on the front bearing seat and the rear bearing seat; the front stator magnetic steel and the front rotor magnetic steel are corresponding in position and opposite in magnetic pole on the opposite surfaces, and the rear stator magnetic steel and the rear rotor magnetic steel are corresponding in position and opposite in magnetic pole on the opposite surfaces. The blower reduces the price of the magnetic bearing, simplifies the structure of the blower and increases the stability of the system.)
技术领域
本发明涉及磁悬浮鼓风机领域，尤其涉及一种使用被动轴承的磁悬浮鼓风机。
背景技术
磁悬浮鼓风机是采用磁悬浮轴承的透平设备的一种。其主要结构是鼓风机叶轮直接安装在点击轴延伸端上，而转子被垂直悬浮于主动式磁性轴承上，实现由高速电机直接驱动，由变频器来调速的单机高速离心鼓风机。该类风机采用一体化设计，具有节能高效、冷却效率高、噪音低等技术特点，目前广泛的应用于工厂。
中国实用新型专利申请（公开号CN209398592U，公开日：20140604）公开了一种磁悬浮鼓风机，包括电机、冷却系统及负载管道；冷却系统设置在鼓风机的电机上，负载管道安装在鼓风机的风机出口处，负载管道与冷却系统的排风口连通；本实用新型提出的磁悬浮鼓风机，通过优化磁悬浮鼓风机的结构，充分利用能源，将冷却系统所产生的气体引入负载管道内，并与鼓风机本身排出的气流进行整合，全部转化为负载所需的压缩气体，并加以利用，提高了耗能的利用率，有效进行了节能优化。
现有技术存在以下不足：传统离心式鼓风机一般采用陶瓷球轴承或者可倾瓦滑动轴承等主动磁悬浮轴承；其中陶瓷球轴承一般为国外进口，其价格较高，转速、轴向载荷和径向载荷有限，并且需要定期维护；而可倾瓦滑动轴承结构复杂，空间较大，采用油冷，还要定期更换润滑油；并且，对于主动磁悬浮轴承来说，其体积较大，需要传感器采集信号并且采用外接磁轴承控制器实现对磁悬浮轴承的控制，从而造成整个鼓风机结构复杂。
发明内容
本发明的目的是：针对上述问题，提出在轴向通过前定子磁钢和后定子磁钢分别控制前转子磁钢和后转子磁钢，在径向通过径向定子磁钢控制径向转子磁钢；即在轴向和径向都采用被动磁悬浮轴承的形式，直接通过磁力控制电机轴，不需要采用润滑油润滑，减少了维护步骤；同时，被动磁悬浮轴承不需要采用传感器，进而降低了磁轴承的价格，简化了鼓风机的结构，增加了系统稳定性的一种使用被动轴承的磁悬浮鼓风机。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种使用被动轴承的磁悬浮鼓风机，该鼓风机包括电机筒、前轴承座、后轴承座、电机轴、叶轮、蜗壳和轴承固定块；前轴承座和后轴承座分别固定在电机筒两端；电机筒内壁固定嵌设有电机定子，电机轴径向外侧固定设置有电机转子，电机定子与电机转子的位置相对应；电机轴设置有沿着轴向的转子轴承孔，轴承固定块固定在后轴承座上并且位于转子轴承孔内；转子轴承孔内壁固定设置有径向转子磁钢，轴承固定块上固定设置有径向定子磁钢，径向定子磁钢与径向转子磁钢的位置相对应并且两者相对表面的磁极相反；电机轴在前后轴向两侧分别固定设置有前转子磁钢和后转子磁钢，前轴承座和后轴承座分别固定设置有前定子磁钢和后定子磁钢；前定子磁钢和前转子磁钢的位置相对应并且两者相对表面的磁极相反，后定子磁钢和后转子磁钢的位置相对应并且两者相对表面的磁极相反。
作为优选，前轴承座内侧面固定设置有前定子磁钢座，前定子磁钢座内侧设置有前磁钢凹槽，前定子磁钢固定嵌设在前磁钢凹槽内；后轴承座内侧面固定设置有后定子磁钢座，后定子磁钢座内侧设置有后磁钢凹槽，后定子磁钢固定嵌设在后磁钢凹槽内。
作为优选，前定子磁钢座和后定子磁钢座的外侧面都设置有螺纹孔，前轴承座和后轴承座都设置有轴向贯穿的螺钉孔；磁悬浮鼓风机还设置有锁紧螺钉和锁紧螺母，多个锁紧螺钉分别穿过前轴承座和后轴承座螺钉孔并且分别旋合至前定子磁钢座和后定子磁钢座的螺纹孔中；多个锁紧螺母分别与锁紧螺钉旋合并且多个锁紧螺母内表面分别贴合于前轴承座和后轴承座外侧面。
作为优选，电机转子包括硅钢片、磁钢、前转子磁钢座和后转子磁钢座；多个硅钢片都固定套设在电机轴外壁并且在轴向对齐堆叠，前转子磁钢座和后转子磁钢座都固定套设在电机轴外壁并且分别位于堆叠后的硅钢片的轴向两端；硅钢片设置有磁钢孔，多个磁钢固定嵌设在磁钢孔内。
作为优选，电机筒外壁设置有散热筋，散热筋用于对电机筒散热。
作为优选，叶轮进气端设置有整流罩，整流罩用于对蜗壳进气端的气体进行整流，提高进气效率。
作为优选，叶轮背面设置有外凸的加强筋，前轴承座设置有迷宫密封；加强筋的径向外表面与迷宫密封形成迷宫结构，用于减少叶轮出气端气体排放。
作为优选，后轴承座设置有轴向贯穿的多个第一通道，后转子磁钢座设置有第二通道和第三通道；电机轴设置有轴向贯穿的第四通道，前转子磁钢座设置有第五通道；硅钢片设置有多个轴向贯穿的第六通道，电机筒设置有多个径向贯穿的第七通道；第一通道、第二通道、第四通道、第五通道、第六通道、电机筒内部间隙和第七通道依次连通形成散热通道。
作为优选，电机轴还设置有转子通道，前轴承座设置有径向贯穿的轴承座通道；第一通道、转子轴承孔、转子通道和轴承座通道依次连通形成第二散热通道。
作为优选，后转子磁钢座还设置有第八通道；第一通道、第八通道、第六通道和第七通道依次连通形成第三散热通道。
本发明采用上述技术方案的一种使用被动轴承的磁悬浮鼓风机的优点是：
工作时，电机定子通电带动电机转子转动进而带动电机轴转动；前定子磁钢和后定子磁钢分别通过磁力控制前转子磁钢和后转子磁钢的位置进而控制电机轴在轴向的位置，径向定子磁钢通过控制径向转子磁钢的位置进而控制电机轴在径向的位置；同时，电机轴转动带动叶轮转动进而对外部空气进行压缩完成磁悬浮鼓风机工作过程。而此种方式中，被动磁轴承分为三对共六块圆环磁钢，其中每组轴承的两块磁钢的作用面皆为同极，产生斥力约束转子六个自由度的位移。其中径向定子磁钢和径向转子磁钢之间的支撑面几乎支撑了整个转子轴系内部，提供了很大的支撑力，轴承的刚度大大优于其他种类的轴承。而且，此种方式在轴向和径向都采用被动磁悬浮轴承的形式，直接通过磁钢的磁力控制电机轴，不需要采用润滑油润滑，减少了维护步骤；同时，被动磁悬浮轴承不需要采用传感器，进而降低了磁轴承的价格，简化了鼓风机的结构，增加了系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为前轴承座的结构示意图。
图3为后轴承座的结构示意图。
图4为鼓风机转子系统的结构示意图。
图5、图6为电机转子的结构示意图。
图7、图8为电机筒的结构示意图。
图9为叶轮的结构示意图。
图10、图11为电机轴的结构示意图。
图12为径向转子磁钢磁场的结构示意图。
图13-15为前转子磁钢座的结构示意图。
图16-18为后转子磁钢座的结构示意图。
图19为轴承固定块的结构示意图。
图20为径向定子磁钢磁场的结构示意图。
图21为散热通道的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
实施例1
如图1所示的一种使用被动轴承的磁悬浮鼓风机，该鼓风机包括电机筒1、前轴承座2、后轴承座3、电机轴4、叶轮5、蜗壳6和轴承固定块7；前轴承座2和后轴承座3分别固定在电机筒1两端；电机筒1内壁固定嵌设有电机定子11，电机轴4径向外侧固定设置有电机转子41，电机定子11与电机转子41的位置相对应；电机轴4设置有沿着轴向的转子轴承孔42，轴承固定块7固定在后轴承座3上并且位于转子轴承孔42内；转子轴承孔42内壁固定设置有径向转子磁钢43，轴承固定块7上固定设置有径向定子磁钢71，径向定子磁钢71与径向转子磁钢43的位置相对应并且两者相对表面的磁极相反；电机轴4在前后轴向两侧分别固定设置有前转子磁钢44和后转子磁钢45，前轴承座2和后轴承座3分别固定设置有前定子磁钢21和后定子磁钢31；前定子磁钢21和前转子磁钢44的位置相对应并且两者相对表面的磁极相反，后定子磁钢31和后转子磁钢45的位置相对应并且两者相对表面的磁极相反。工作时，电机定子11通电带动电机转子41转动进而带动电机轴4转动；前定子磁钢21和后定子磁钢31分别通过磁力控制前转子磁钢44和后转子磁钢45的位置进而控制电机轴4在轴向的位置，径向定子磁钢71通过控制径向转子磁钢43的位置进而控制电机轴4在径向的位置；同时，电机轴4转动带动叶轮5转动进而对外部空气进行压缩完成磁悬浮鼓风机工作过程。而此种方式中，被动磁轴承分为三对共六块圆环磁钢，其中每组轴承的两块磁钢的作用面皆为同极，产生斥力约束转子六个自由度的位移。其中径向定子磁钢71和径向转子磁钢43之间的支撑面几乎支撑了整个转子轴系内部，提供了很大的支撑力，轴承的刚度大大优于其他种类的轴承。而且，此种方式在轴向和径向都采用被动磁悬浮轴承的形式，直接通过磁钢的磁力控制电机轴，不需要采用润滑油润滑，减少了维护步骤；同时，被动磁悬浮轴承不需要采用传感器，进而降低了磁轴承的价格，简化了鼓风机的结构，增加了系统的稳定性。
如图2、图3所示，前轴承座2内侧面固定设置有前定子磁钢座22，前定子磁钢座22内侧设置有前磁钢凹槽23，前定子磁钢21固定嵌设在前磁钢凹槽23内；后轴承座3内侧面固定设置有后定子磁钢座32，后定子磁钢座32内侧设置有后磁钢凹槽33，后定子磁钢31固定嵌设在后磁钢凹槽33内。
前定子磁钢座22和后定子磁钢座32的外侧面都设置有螺纹孔24，前轴承座2和后轴承座3都设置有轴向贯穿的螺钉孔34；磁悬浮鼓风机还设置有锁紧螺钉和锁紧螺母，多个锁紧螺钉分别穿过前轴承座2和后轴承座3螺钉孔34并且分别旋合至前定子磁钢座22和后定子磁钢座32的螺纹孔24中；多个锁紧螺母分别与锁紧螺钉旋合并且多个锁紧螺母内表面分别贴合于前轴承座2和后轴承座3外侧面。当电机轴4的实际载荷发生变化时，通过调整锁紧螺钉的轴向位置进而分别带动前定子磁钢座22和后定子磁钢座32在轴向移动至相应位置后，使用锁紧螺母将锁紧螺钉锁紧；从而调整前定子磁钢21和前转子磁钢44之间的距离以及后定子磁钢31和后转子磁钢45之间的距离来改变两者之间的斥力大小；使得前定子磁钢21和前转子磁钢44之间以及后定子磁钢31和后转子磁钢45之间的斥力满足电机轴4的实际载荷。
如图4-6所示，电机转子41包括硅钢片46、磁钢47、前转子磁钢座48和后转子磁钢座49；多个硅钢片46都固定套设在电机轴4外壁并且在轴向对齐堆叠，前转子磁钢座48和后转子磁钢座49都固定套设在电机轴4外壁并且分别位于堆叠后的硅钢片46的轴向两端；硅钢片46设置有磁钢孔，多个磁钢47固定嵌设在磁钢孔内。
如图7、图8所示，电机筒1外壁设置有散热筋12，散热筋12用于对电机筒1散热。
如图1所示，叶轮5进气端设置有整流罩51，整流罩51用于对蜗壳6进气端的气体进行整流，提高进气效率。
如图1、图9所示，叶轮5背面设置有外凸的加强筋52，前轴承座2设置有迷宫密封25；加强筋52的径向外表面与迷宫密封25形成迷宫结构，用于减少叶轮5出气端气体排放。
如图21所示，后轴承座3设置有轴向贯穿的多个第一通道81，后转子磁钢座49设置有第二通道82和第三通道83；电机轴4设置有轴向贯穿的第四通道84，前转子磁钢座48设置有第五通道85；硅钢片46设置有多个轴向贯穿的第六通道86，电机筒1设置有多个径向贯穿的第七通道87；第一通道81、第二通道82、第四通道84、第五通道85、第六通道86、电机筒1内部间隙和第七通道87依次连通形成散热通道。工作时，电机定子11通电驱动电机转子41转动进而带动电机轴4转动，外部冷却空气沿着散热通道进入鼓风机内部对其进行冷却后沿着第七通道87排出完成鼓风机冷却过程；而此种方式中，第四通道84和第六通道86都为轴向分布的冷却通道，并且两者通过第五通道85相连通；即此种冷却方式中，在径向采用多层弯折冷却通道进行冷却，增加了冷却通道的长度；并且当转子部分径向厚度较大时，多层冷却通道能够将径向厚度较大转子部分分为多层径向厚度较小的部分进行冷却，从而进一步提高了对转子部分的冷却效果。
电机轴4还设置有转子通道40，前轴承座2设置有径向贯穿的轴承座通道26；第一通道81、转子轴承孔42、转子通道40和轴承座通道26依次连通形成第二散热通道。
后转子磁钢座49还设置有第八通道88；第一通道81、第八通道88、第六通道86和第七通道87依次连通形成第三散热通道。
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