CN119508357A - 一种磁悬浮轴承和磁悬浮旋转机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁悬浮轴承和磁悬浮旋转机械，磁悬浮轴承包括：轴向定子一、轴向定子二和推力盘，磁悬浮轴承的轴向方向上，推力盘设置于轴向定子一和轴向定子二之间，推力盘上从其轴向一端面至轴向另一端面贯穿设置有推力盘通风孔，轴向定子一包括径向外侧部一和径向内侧部一，径向外侧部一与径向内侧部一在轴向定子一的径向方向间隔设置，且二者之间形成线圈槽一，线圈槽一中设置线圈一，推力盘通风孔在轴向方向与线圈槽一的位置相对，且推力盘通风孔与轴向定子一的磁极位置不相对。根据本发明实现对磁悬浮轴承的提高散热冷却的同时还能避免对磁悬浮磁路造成影响，保证具有足够的磁悬浮支撑力。

Description

一种磁悬浮轴承和磁悬浮旋转机械

技术领域

本发明涉及磁悬浮轴承技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴承和磁悬浮旋转机械。

背景技术

目前磁悬浮旋转机械散热主要是外置冷却设备，通常是外置冷却风机、水冷系统以及换热器等，设备维护的成本高、结构系统复杂、增加安全隐患。或者以负压的形式，从磁悬浮旋转机械内吸风引导热量流出，不能更有效的实现内部组件的散热，特别对轴向磁轴承的散热不够充分，影响磁悬浮空气压缩机的稳定运行。

轴向磁轴承实现转轴的轴向移动，转轴上就必不可少需要一个轴向受力部件就是推力盘，而轴向磁轴承与推力盘材料为纯铁实心结构，自身损耗比较大，导热性能一般且空间狭小，如未有效冷却则发热严重。通常情况下为了避免轴向磁轴承温升过高，往往会在外部施加强迫风冷对磁轴承进行散热，冷却风由外部输入，通过轴承定子与推力盘之间的缝隙，对轴向磁轴承进行散热，但是散热效率不高。

由于现有技术中的旋转机械内部的磁悬浮存在冷却散热效果不佳等技术问题，因此本发明研究设计出一种磁悬浮轴承和磁悬浮旋转机械。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的旋转机械内部的磁悬浮存在冷却散热效果不佳的缺陷，从而提供一种磁悬浮轴承和磁悬浮旋转机械。

为了解决上述问题，本发明提供一种磁悬浮轴承，其包括：

轴向定子一、轴向定子二和推力盘，所述磁悬浮轴承的轴向方向上，所述推力盘设置于所述轴向定子一和所述轴向定子二之间，所述推力盘上从其轴向一端面至轴向另一端面贯穿设置有推力盘通风孔，所述轴向定子一包括径向外侧部一和径向内侧部一，所述径向外侧部一与所述径向内侧部一在所述轴向定子一的径向方向间隔设置，且二者之间形成线圈槽一，所述线圈槽一中设置线圈一，所述推力盘通风孔在轴向方向与所述线圈槽一的位置相对，且所述推力盘通风孔与所述轴向定子一的磁极位置不相对。

在一些实施方式中，

还包括压板一，所述压板一位于所述轴向定子一与所述推力盘之间，且所述压板一的轴向一端面与所述轴向定子一的所述径向外侧部一相接，所述压板一的轴向另一端面与所述推力盘相对；

所述轴向定子一的所述磁极位置包括所述压板一与所述推力盘相对的部分、和所述径向内侧部一与所述推力盘相对的部分，所述压板一与所述径向内侧部一之间具有第一间隙，所述推力盘通风孔与所述第一间隙在轴向方向相对，且所述第一间隙的径向方向的尺寸大于等于所述推力盘通风孔的径向尺寸。

在一些实施方式中，

在所述推力盘的任意径向截面内，所述轴向定子一的磁路流经位置截面积＝推力盘与所述轴向定子一相对部分的径向截面积-推力盘通风孔截面积≥所述轴向定子一的磁极位置截面积。

在一些实施方式中，

在所述线圈槽一的内部，所述线圈一的径向内侧与所述径向内侧部一之间具有第二间隙，形成第一气体流通路径，

所述轴向定子一还包括轴向外侧部一，所述轴向外侧部一在所述磁悬浮轴承的轴向方向相对于所述线圈一而远离所述推力盘设置，在所述线圈槽一的内部，所述轴向外侧部一与所述线圈一之间也具有第三间隙，形成轴承定子通风槽一；

所述轴向定子一的所述轴向外侧部一上设置有轴承定子通风孔一，所述轴承定子通风孔一从所述轴向外侧部一的轴向一端面贯穿至轴向另一端面，以与所述轴承定子通风槽一连通，进一步通过所述第一气体流通路径连通至所述推力盘通风孔。

在一些实施方式中，

沿着所述推力盘的轴向方向，所述推力盘通风孔为其延伸方向与所述推力盘的轴线并不平行的斜孔结构，从所述推力盘的进气一侧轴向端面朝出气一侧轴向端面的观察方向，所述推力盘的旋转方向为朝第一旋转方向，所述推力盘通风孔从所述推力盘的进气一侧轴向端面朝出气一侧轴向端面的延伸方向朝着第二旋转方向，且所述第二旋转方向与所述第一旋转方向相反。

在一些实施方式中，

所述推力盘通风孔为多个，多个所述推力盘通风孔沿着所述推力盘的周向方向间隔布置，且每个所述推力盘通风孔从所述推力盘的进气一侧轴向端面朝出气一侧轴向端面的延伸方向均朝着第二旋转方向，均与所述推力盘的所述第一旋转方向相反。

在一些实施方式中，

所述轴向定子二包括径向外侧部二和径向内侧部二，所述径向外侧部二与所述径向内侧部二在所述轴向定子二的径向方向间隔设置，且二者之间形成线圈槽二，所述线圈槽二中设置线圈二，所述推力盘通风孔在轴向方向与所述线圈槽二的位置相对，且所述推力盘通风孔与所述轴向定子二的磁极位置不相对。

在一些实施方式中，

还包括压板二，所述压板二位于所述轴向定子二与所述推力盘之间，且所述压板二的轴向一端面与所述轴向定子二的所述径向外侧部二相接，所述压板二的轴向另一端面与所述推力盘相对；

所述轴向定子二的所述磁极位置包括所述压板二与所述推力盘相对的部分、和所述径向内侧部二与所述推力盘相对的部分，所述压板二与所述径向内侧部二之间具有第四间隙，所述推力盘通风孔与所述第四间隙在轴向方向相对，且所述第四间隙的径向方向的尺寸大于等于所述推力盘通风孔的径向尺寸。

在一些实施方式中，

在所述推力盘的每个径向截面内，所述轴向定子二的磁路流经位置截面积＝推力盘与所述轴向定子二相对部分的径向截面积-推力盘通风孔截面积≥所述轴向定子二的磁极位置截面积。

在一些实施方式中，

在所述线圈槽二的内部，所述线圈二的径向内侧与所述径向内侧部二之间具有第五间隙，形成第二气体流通路径，

所述轴向定子二还包括轴向外侧部二，所述轴向外侧部二在所述磁悬浮轴承的轴向方向相对于所述线圈二而远离所述推力盘设置，在所述线圈槽二的内部，所述轴向外侧部二与所述线圈二之间也具有第六间隙，形成轴承定子通风槽二；

所述轴向定子二的所述轴向外侧部二上设置有轴承定子通风孔二，所述轴承定子通风孔二从所述轴向外侧部二的轴向一端面贯穿至轴向另一端面，以与所述轴承定子通风槽二连通，进一步通过所述第二气体流通路径连通至所述推力盘通风孔。

在一些实施方式中，

所述推力盘通风孔在径向方向形成为多排，排数为N，所述线圈槽一的槽数为n，并有N≥n≥1，或者，所述线圈槽二(23)的槽数为n’，并有N≥n’≥1。

在一些实施方式中，

在所述推力盘上还设置有推力盘过风孔，所述推力盘过风孔也从所述推力盘的轴向一端面贯穿至轴向另一端面，并且所述推力盘过风孔位于与所述径向内侧部一的径向内周相对的位置，所述推力盘过风孔位于所述推力盘的内周壁的外侧且位于所述推力盘通风孔的径向内侧。

本发明还提供一种磁悬浮旋转机械，其包括前述的磁悬浮轴承。

本发明提供的一种磁悬浮轴承和磁悬浮旋转机械具有如下有益效果：

1.本发明通过在推力盘上开设的推力盘通风孔，通过高转速实现自身主动吸风换热，增加通入的气体流量，加速推动轴向磁轴承冷却，可主动冷却推力盘自身并增加冷却流量加速轴向线圈散热，提高对磁悬浮轴承的冷却散热效果，并且将推力盘通风孔与所述轴向定子一的磁极位置不相对，能够使得推力盘端面在正对磁极位置处不打孔，使得冷却空气不能直接到达磁极间隙位置，能够有效避免冷却气体和开孔对磁炉结构造成影响，从而避免磁悬浮轴向支承力不足，实现对磁悬浮轴承的提高散热冷却的同时还能避免对磁悬浮磁路造成影响，保证具有足够的磁悬浮支撑力，还能有效降低气体作用力对轴向力的影响；本发明还优选推力盘通风孔设置于轴向上下磁极间正对于线圈处，孔径大小≤轴向定子上下磁极径向间距，能够使得推力盘通风孔进一步有效避开磁极位置，进一步避免对磁路造成影响，并且推力盘通风孔与两端通风路径相连通无遮挡，还能使得推力盘两端气流阻力小，流通性好。

2.本发明还进一步通过在推力盘的任意径向截面内，设置关系：所述轴向定子一的磁路流经位置截面积＝推力盘与所述轴向定子一相对部分的径向截面积-推力盘通风孔截面积≥所述轴向定子一的磁极位置截面积，使得推力盘上的区别于磁极位置的其他磁路部分不会先于磁极位置出现磁场饱和，保证形成正常的磁通回路，保证磁悬浮支承力的持续有效的提供；本发明还通过将推力盘通风孔设置为从轴向一端面至轴向另一端面的延伸方向朝着第二旋转方向，且所述第二旋转方向与所述第一旋转方向(推力盘的旋转方向)相反，能够通过转子带动推力盘高速旋转时产生负压将一端热空气吸出排入外部，增加通入的气体流量，实现推力盘自身主动通风换热，加速气体流动，节省了能耗，提高散热性能的同时还提高了能效；同时配合轴向定子线圈槽内带的轴承定子通风孔和通风槽(多个气体流通路径)，能够进一步加速轴向定子线圈槽空腔气体流动，实现轴向线圈与推力盘的有效自主散热。

附图说明

图1是本发明的磁悬浮轴承的实施方式1的纵向剖视图；

图2是图1中的推力盘结构的平面结构图(具有右旋斜孔的推力盘通风孔)；

图3是本发明的磁悬浮轴承的实施方式2的纵向剖视图；

图4是图3中的推力盘结构的平面结构图(具有左旋斜孔的推力盘通风孔)；

图5是本发明的轴向定子一的立体结构图。

附图标记表示为：

1、轴向定子一；11、径向外侧部一；12、径向内侧部一；13、线圈槽一；14、轴向外侧部一；2、轴向定子二；21、径向外侧部二；22、径向内侧部二；23、线圈槽二；24、轴向外侧部二；3、推力盘；4、压板一；4’、压板二；5、线圈一；5’、线圈二；

01、推力盘通风孔；03、轴承定子通风孔一；03’、轴承定子通风孔二；04、轴承定子通风槽一；04’、轴承定子通风槽二；05、第一间隙；06、第一气体流通路径；07、第四间隙；08、第二气体流通路径。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-5所示，本发明提供了一种磁悬浮轴承，其包括：

轴向定子一1、轴向定子二2和推力盘3，所述磁悬浮轴承的轴向方向上，所述推力盘3设置于所述轴向定子一1和所述轴向定子二2之间，所述推力盘3上从其轴向一端面至轴向另一端面贯穿设置有推力盘通风孔01，所述轴向定子一1包括径向外侧部一11和径向内侧部一12，所述径向外侧部一11与所述径向内侧部一12在所述轴向定子一1的径向方向间隔设置，且二者之间形成线圈槽一13，所述线圈槽一13中设置线圈一5，所述推力盘通风孔01在轴向方向与所述线圈槽一13的位置相对，且所述推力盘通风孔01与所述轴向定子一1的磁极位置不相对。

本发明通过在推力盘上开设的推力盘通风孔，通过高转速实现自身主动吸风换热，增加通入的气体流量，加速推动轴向磁轴承冷却，可主动冷却推力盘自身并增加冷却流量加速轴向线圈散热，提高对磁悬浮轴承的冷却散热效果，并且将推力盘通风孔与所述轴向定子一的磁极位置不相对，能够使得推力盘端面在正对磁极位置处不打孔，使得冷却空气不能直接到达磁极间隙位置，能够有效避免冷却气体和开孔对磁炉结构造成影响，从而避免磁悬浮轴向支承力不足，实现对磁悬浮轴承的提高散热冷却的同时还能避免对磁悬浮磁路造成影响，保证具有足够的磁悬浮支撑力，还能有效降低气体作用力对轴向力的影响。

在一些实施方式中，

还包括压板一4，所述压板一4位于所述轴向定子一1与所述推力盘3之间，且所述压板一4的轴向一端面与所述轴向定子一1的所述径向外侧部一11相接，所述压板一4的轴向另一端面与所述推力盘3相对；

所述轴向定子一1的所述磁极位置包括所述压板一4与所述推力盘3相对的部分、和所述径向内侧部一12与所述推力盘3相对的部分，所述压板一4与所述径向内侧部一12之间具有第一间隙05，所述推力盘通风孔01与所述第一间隙05在轴向方向相对，且所述第一间隙05的径向方向的尺寸大于等于所述推力盘通风孔01的径向尺寸。

本发明还优选推力盘通风孔设置于轴向上下磁极间正对于线圈处，孔径大小≤轴向定子上下磁极径向间距，能够使得推力盘通风孔进一步有效避开磁极位置，进一步避免对磁路造成影响，并且推力盘通风孔与两端通风路径相连通无遮挡，还能使得推力盘两端气流阻力小，流通性好。

在一些实施方式中，

在所述推力盘3的任意径向截面内，所述轴向定子一1的磁路流经位置截面积＝推力盘与所述轴向定子一1相对部分的径向截面积-推力盘通风孔01截面积≥所述轴向定子一1的磁极位置截面积。

本发明还进一步通过在推力盘的任意径向截面内，设置关系：所述轴向定子一的磁路流经位置截面积＝推力盘与所述轴向定子一相对部分的径向截面积-推力盘通风孔截面积≥所述轴向定子一的磁极位置截面积，使得推力盘上的区别于磁极位置的其他磁路部分不会先于磁极位置出现磁场饱和，保证形成正常的磁通回路，保证磁悬浮支承力的持续有效的提供。

在一些实施方式中，

在所述线圈槽一13的内部，所述线圈一5的径向内侧与所述径向内侧部一12之间具有第二间隙，形成第一气体流通路径06，

所述轴向定子一1还包括轴向外侧部一14，所述轴向外侧部一14在所述磁悬浮轴承的轴向方向相对于所述线圈一5而远离所述推力盘3设置，在所述线圈槽一13的内部，所述轴向外侧部一14与所述线圈一5之间也具有第三间隙，形成轴承定子通风槽一04；

所述轴向定子一1的所述轴向外侧部一14上设置有轴承定子通风孔一03，所述轴承定子通风孔一03从所述轴向外侧部一14的轴向一端面贯穿至轴向另一端面，以与所述轴承定子通风槽一04连通，进一步通过所述第一气体流通路径06连通至所述推力盘通风孔01。

本发明还进一步通过在轴向定子线圈槽内设置的轴承定子通风孔和通风槽(多个气体流通路径)，能够进一步加速轴向定子线圈槽空腔气体流动，实现轴向线圈与推力盘的有效自主散热。

在一些实施方式中，

沿着所述推力盘3的轴向方向，所述推力盘通风孔01为其延伸方向与所述推力盘3的轴线并不平行的斜孔结构，从所述推力盘3的进气一侧轴向端面朝其出气一侧轴向端面的观察方向，所述推力盘3的旋转方向为朝第一旋转方向，所述推力盘通风孔01从所述推力盘的进气一侧轴向端面朝出气一侧轴向端面的延伸方向朝着第二旋转方向，且所述第二旋转方向与所述第一旋转方向相反。

本发明还通过将推力盘通风孔设置为从进气一侧轴向端面朝出气一侧轴向端面的延伸方向朝着第二旋转方向，且所述第二旋转方向与所述第一旋转方向(推力盘的旋转方向)相反，能够通过转子带动推力盘高速旋转时产生负压将一端热空气吸出排入外部，增加通入的气体流量，实现推力盘自身主动通风换热，加速气体流动，节省了能耗，提高散热性能的同时还提高了能效。

在一些实施方式中，

所述推力盘通风孔01为多个，多个所述推力盘通风孔01沿着所述推力盘3的周向方向间隔布置，且每个所述推力盘通风孔01从进气一侧轴向端面朝出气一侧轴向端面的延伸方向均朝着第二旋转方向，均与所述推力盘3的所述第一旋转方向相反。

本发明提出了一种主动高效散热的磁悬浮旋转机械(优选鼓风机)，推力盘采用斜孔方案通过高转速实现自身主动吸风换热，增加通入的气体流量，加速推动轴向磁轴承冷却，同时配合磁悬浮旋转机械整体主动式纯风冷散热，利用主叶轮另一端的同轴叶轮冷却或转子旋转负压冷却或主叶轮泄露冷却，由以往的外部被动散热变为内部主动散热，提高散热效率的同时降低了散热成本。此磁悬浮旋转机械冷却方案可有效为电机定子、电机转子、磁轴承等通风散热，同时也能更好为轴向磁轴承散热，提高磁悬浮系统的稳定性。

在一些实施方式中，

所述轴向定子二2包括径向外侧部二21和径向内侧部二22，所述径向外侧部二21与所述径向内侧部二22在所述轴向定子二2的径向方向间隔设置，且二者之间形成线圈槽二23，所述线圈槽二23中设置线圈二5’，所述推力盘通风孔01在轴向方向与所述线圈槽二23的位置相对，且所述推力盘通风孔01与所述轴向定子二2的磁极位置不相对。

本发明进一步通过将推力盘通风孔与所述轴向定子二的磁极位置不相对，能够使得推力盘端面在正对轴向定子二的磁极位置处不打孔，使得冷却空气不能直接到达轴向定子二的磁极间隙位置，能够进一步有效避免冷却气体和开孔对磁炉结构造成影响，进一步避免磁悬浮轴向支承力不足，进一步实现对磁悬浮轴承的提高散热冷却的同时还能避免对磁悬浮磁路造成影响，进一步提高磁悬浮支撑力，还能有效降低气体作用力对轴向力的影响。

在一些实施方式中，

还包括压板二4’，所述压板二4’位于所述轴向定子二2与所述推力盘3之间，且所述压板二4’的轴向一端面与所述轴向定子二2的所述径向外侧部二21相接，所述压板二4’的轴向另一端面与所述推力盘3相对；

所述轴向定子二2的所述磁极位置包括所述压板二4’与所述推力盘3相对的部分、和所述径向内侧部二22与所述推力盘3相对的部分，所述压板二4’与所述径向内侧部二22之间具有第四间隙07，所述推力盘通风孔01与所述第四间隙07在轴向方向相对，且所述第四间隙07的径向方向的尺寸大于等于所述推力盘通风孔01的径向尺寸。

在一些实施方式中，

在所述推力盘3的每个径向截面内，所述轴向定子二2的磁路流经位置截面积＝推力盘与所述轴向定子二2相对部分的径向截面积-推力盘通风孔01截面积≥所述轴向定子二2的磁极位置截面积。

本发明还进一步推力盘通风孔设置于轴向定子二的上下磁极间正对于线圈处，进一步使得推力盘通风孔的孔径大小≤轴向定子二的上下磁极径向间距，能够使得推力盘通风孔进一步有效避开轴向定子二的磁极位置，进一步避免对磁路造成影响，并且推力盘通风孔与两端通风路径相连通无遮挡，还能使得推力盘两端气流阻力小，流通性好。

在一些实施方式中，

在所述线圈槽二23的内部，所述线圈二5’的径向内侧与所述径向内侧部二22之间具有第五间隙，形成第二气体流通路径08，

所述轴向定子二2还包括轴向外侧部二24，所述轴向外侧部二24在所述磁悬浮轴承的轴向方向相对于所述线圈二5’而远离所述推力盘3设置，在所述线圈槽二23的内部，所述轴向外侧部二24与所述线圈二5’之间也具有第六间隙，形成轴承定子通风槽二04’；

所述轴向定子二2的所述轴向外侧部二24上设置有轴承定子通风孔二03’，所述轴承定子通风孔二03’从所述轴向外侧部二24的轴向一端面贯穿至轴向另一端面，以与所述轴承定子通风槽二04’连通，进一步通过所述第二气体流通路径08连通至所述推力盘通风孔01。

本发明还进一步通过在轴向定子二的线圈槽内设置的轴承定子通风孔和通风槽(多个气体流通路径)，能够进一步加速轴向定子二的线圈槽空腔气体流动，实现轴向线圈与推力盘的有效自主散热。

在一些实施方式中，

所述推力盘通风孔01在径向方向形成为多排，排数为N，所述线圈槽一13的槽数为n，并有N≥n≥1，或者，所述线圈槽二23的槽数为n’，并有N≥n’≥1。

本发明轴向磁轴承优选采用主动式通风冷却，推力盘安装于转子上，在推力盘两磁极间带斜孔，在推力盘周向开设数个斜孔，进气方向与转子旋转方向相反，通过转子带动推力盘高速旋转时产生负压将一端热空气吸出排入外部，增加通入的气体流量，实现推力盘自身主动通风换热，加速气体流动，同时配合轴向定子线圈槽内带通风孔和通风槽，加速轴向定子线圈槽空腔气体流动，实现轴向线圈与推力盘的有效自主散热。假定线圈槽数为n，径向方向上斜孔排数为N，推力盘斜孔排数N≥1，优选斜孔排数N≥n。

根据轴向磁悬浮轴承原理，推力盘与轴向磁极相对位置为出力位置，即推力盘端面正对磁极位置不可打孔，以避免轴向力不足，同时冷却空气不能直接到达磁极间隙位置，可以降低气体作用力对轴向力的影响。根据轴向磁路流通要求，为保证其余位置不会先于磁极位置出现磁场饱和，在径向圆周方向上，磁路流经位置截面积≥磁极位置截面积。若推力盘开孔位置开在磁路以内，在任意径向截面内，磁路流经位置截面积＝推力盘与轴承定子相对部分的径向圆周截面积-推力盘通风孔的截面积≥磁极位置截面积，优选位于轴向上下磁极间正对于线圈处，孔径大小≤轴向定子上下磁极径向间距，与两端通风路径相连通无遮挡，推力盘两端气流阻力小，流通性好。

在一些实施方式中，

在所述推力盘3上还设置有推力盘过风孔(未示出)，所述推力盘过风孔也从所述推力盘3的轴向一端面贯穿至轴向另一端面，并且所述推力盘过风孔位于与所述径向内侧部一12的径向内周相对的位置，所述推力盘过风孔位于所述推力盘3的内周壁的外侧且位于所述推力盘通风孔01的径向内侧。

本发明还通过在推力盘位于轴向定子内侧和转子之间的位置设置的推力盘过风孔，能够进一步增大气流流过推力盘的流通面积和流通量，使得推力盘进一步被冷却散热，能够进一步提高对推力盘、转子和轴向定子的冷却散热性能和冷却效果。

本发明整个系统散热优选采用主动式纯风冷散热系统，冷风利用主叶轮另一端的同轴叶轮驱动或转子旋转离心进气或主叶轮泄露进气，无需额外的散热驱动电机，散热冷风流量由电机转速调节，无需额外的控制器，整体内部流道布局，将冷风导向各部分组件针对性散热，整个散热系统结构简单，散热过程高效可靠。

本发明的有益效果如下：

1.本发明针对高发热部件在推力盘设置斜孔且配合轴向线圈通风槽，利用负压将热量通过斜孔流道吸出，可主动冷却推力盘自身并增加冷却流量加速轴向线圈散热，主动式纯风冷散热系统降低散热成本，对发热零部件针对性通风可有效加速冷却提高可靠性；

2.本发明还同时配合整机流道结构布置，发热部件上针对性通风散热，实现磁悬浮旋转机械整体发热零部件的有效通风冷却，提高磁悬浮系统的稳定性；实现一体式高效纯风冷散热系统，能保证磁悬浮旋转机械在各种工况下，都具有足够的散热风量，冷风由电机转子直驱，控制逻辑简单，散热系统可靠性高。

本发明还提供一种磁悬浮旋转机械(优选为电机、鼓风机、通风机或压缩机等旋转机械)，其包括前述的磁悬浮轴承。

图1、图3所示为本发明的磁悬浮机械(优选鼓风机)的内部轴向轴承冷却路径，轴向定子一/二上均设有轴承定子通风孔，线圈槽内开设有轴承定子通风槽，优选呈放射状或环状或螺旋状等，推力盘3上开设有斜孔(推力盘通风孔01)，推力盘斜孔位于轴向内外磁极间正对线圈处，对应线槽通风处，此冷却路径从轴承定子通风孔一03经过轴承定子通风槽一04、轴向线圈内圈、轴向内外磁极间，再通过推力盘斜孔、轴向内外磁极间、轴向线圈内圈、轴承定子通风槽二04’最后从轴承定子通风孔二03’排出。运行时，推力盘斜孔进气方向与转子旋转方向旋向相反，推力盘利用负压将散热气体吸出，增大气体流量，加速推力盘和轴向线圈换热，且配合整体方案冷却路径达到有效散热效果。为使推力盘负压进气，进气方向需始终与转子旋转方向相反，故推力盘斜孔旋转方向与推力盘进气方向、转子旋转方向有关，若推力盘左端进气转子旋转方向从右端看顺时针旋转则推力盘是右旋斜孔，若推力盘左端进气转子旋转方向从右端看逆时针旋转则为左旋斜孔，反之同理，如方向不匹配则减弱散热效果，降低散热效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种磁悬浮轴承，其特征在于：包括：

轴向定子一(1)、轴向定子二(2)和推力盘(3)，所述磁悬浮轴承的轴向方向上，所述推力盘(3)设置于所述轴向定子一(1)和所述轴向定子二(2)之间，所述推力盘(3)上从其轴向一端面至轴向另一端面贯穿设置有推力盘通风孔(01)，所述轴向定子一(1)包括径向外侧部一(11)和径向内侧部一(12)，所述径向外侧部一(11)与所述径向内侧部一(12)在所述轴向定子一(1)的径向方向间隔设置，且二者之间形成线圈槽一(13)，所述线圈槽一(13)中设置线圈一(5)，所述推力盘通风孔(01)在轴向方向与所述线圈槽一(13)的位置相对，且所述推力盘通风孔(01)与所述轴向定子一(1)的磁极位置不相对。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：

还包括压板一(4)，所述压板一(4)位于所述轴向定子一(1)与所述推力盘(3)之间，且所述压板一(4)的轴向一端面与所述轴向定子一(1)的所述径向外侧部一(11)相接，所述压板一(4)的轴向另一端面与所述推力盘(3)相对；

所述轴向定子一(1)的所述磁极位置包括所述压板一(4)与所述推力盘(3)相对的部分、和所述径向内侧部一(12)与所述推力盘(3)相对的部分，所述压板一(4)与所述径向内侧部一(12)之间具有第一间隙(05)，所述推力盘通风孔(01)与所述第一间隙(05)在轴向方向相对，且所述第一间隙(05)的径向方向的尺寸大于等于所述推力盘通风孔(01)的径向尺寸。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承，其特征在于：

在所述推力盘(3)的任意径向截面内，所述轴向定子一(1)的磁路流经位置截面积＝推力盘与所述轴向定子一(1)相对部分的径向截面积-推力盘通风孔(01)截面积≥所述轴向定子一(1)的磁极位置截面积。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：

在所述线圈槽一(13)的内部，所述线圈一(5)的径向内侧与所述径向内侧部一(12)之间具有第二间隙，形成第一气体流通路径(06)，

所述轴向定子一(1)还包括轴向外侧部一(14)，所述轴向外侧部一(14)在所述磁悬浮轴承的轴向方向相对于所述线圈一(5)而远离所述推力盘(3)设置，在所述线圈槽一(13)的内部，所述轴向外侧部一(14)与所述线圈一(5)之间也具有第三间隙，形成轴承定子通风槽一(04)；

所述轴向定子一(1)的所述轴向外侧部一(14)上设置有轴承定子通风孔一(03)，所述轴承定子通风孔一(03)从所述轴向外侧部一(14)的轴向一端面贯穿至轴向另一端面，以与所述轴承定子通风槽一(04)连通，进一步通过所述第一气体流通路径(06)连通至所述推力盘通风孔(01)。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：

沿着所述推力盘(3)的轴向方向，所述推力盘通风孔(01)为其延伸方向与所述推力盘(3)的轴线并不平行的斜孔结构，从所述推力盘(3)的进气一侧轴向端面朝其出气一侧轴向端面的观察方向，所述推力盘(3)的旋转方向为朝第一旋转方向，所述推力盘通风孔(01)从所述推力盘(3)的进气一侧轴向端面朝出气一侧轴向端面的延伸方向朝着第二旋转方向，且所述第二旋转方向与所述第一旋转方向相反。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承，其特征在于：

所述推力盘通风孔(01)为多个，多个所述推力盘通风孔(01)沿着所述推力盘(3)的周向方向间隔布置，且每个所述推力盘通风孔(01)从所述推力盘的进气一侧轴向端面朝出气一侧轴向端面的延伸方向均朝着第二旋转方向，均与所述推力盘(3)的所述第一旋转方向相反。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的磁悬浮轴承，其特征在于：

所述轴向定子二(2)包括径向外侧部二(21)和径向内侧部二(22)，所述径向外侧部二(21)与所述径向内侧部二(22)在所述轴向定子二(2)的径向方向间隔设置，且二者之间形成线圈槽二(23)，所述线圈槽二(23)中设置线圈二(5’)，所述推力盘通风孔(01)在轴向方向与所述线圈槽二(23)的位置相对，且所述推力盘通风孔(01)与所述轴向定子二(2)的磁极位置不相对。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮轴承，其特征在于：

还包括压板二(4’)，所述压板二(4’)位于所述轴向定子二(2)与所述推力盘(3)之间，且所述压板二(4’)的轴向一端面与所述轴向定子二(2)的所述径向外侧部二(21)相接，所述压板二(4’)的轴向另一端面与所述推力盘(3)相对；

所述轴向定子二(2)的所述磁极位置包括所述压板二(4’)与所述推力盘(3)相对的部分、和所述径向内侧部二(22)与所述推力盘(3)相对的部分，所述压板二(4’)与所述径向内侧部二(22)之间具有第四间隙(07)，所述推力盘通风孔(01)与所述第四间隙(07)在轴向方向相对，且所述第四间隙(07)的径向方向的尺寸大于等于所述推力盘通风孔(01)的径向尺寸。

9.根据权利要求8所述的磁悬浮轴承，其特征在于：

在所述推力盘(3)的每个径向截面内，所述轴向定子二(2)的磁路流经位置截面积＝推力盘与所述轴向定子二(2)相对部分的径向截面积-推力盘通风孔(01)截面积≥所述轴向定子二(2)的磁极位置截面积。

10.根据权利要求7所述的磁悬浮轴承，其特征在于：

在所述线圈槽二(23)的内部，所述线圈二(5’)的径向内侧与所述径向内侧部二(22)之间具有第五间隙，形成第二气体流通路径(08)，

所述轴向定子二(2)还包括轴向外侧部二(24)，所述轴向外侧部二(24)在所述磁悬浮轴承的轴向方向相对于所述线圈二(5’)而远离所述推力盘(3)设置，在所述线圈槽二(23)的内部，所述轴向外侧部二(24)与所述线圈二(5’)之间也具有第六间隙，形成轴承定子通风槽二(04’)；

所述轴向定子二(2)的所述轴向外侧部二(24)上设置有轴承定子通风孔二(03’)，所述轴承定子通风孔二(03’)从所述轴向外侧部二(24)的轴向一端面贯穿至轴向另一端面，以与所述轴承定子通风槽二(04’)连通，进一步通过所述第二气体流通路径(08)连通至所述推力盘通风孔(01)。

11.根据权利要求7所述的磁悬浮轴承，其特征在于：

所述推力盘通风孔(01)在径向方向形成为多排，排数为N，所述线圈槽一(13)的槽数为n，并有N≥n≥1，或者，所述线圈槽二(23)的槽数为n’，并有N≥n’≥1。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的磁悬浮轴承，其特征在于：

在所述推力盘(3)上还设置有推力盘过风孔，所述推力盘过风孔也从所述推力盘(3)的轴向一端面贯穿至轴向另一端面，并且所述推力盘过风孔位于与所述径向内侧部一(12)的径向内周相对的位置，所述推力盘过风孔位于所述推力盘(3)的内周壁的外侧且位于所述推力盘通风孔(01)的径向内侧。

13.一种磁悬浮旋转机械，其特征在于：包括权利要求1-12中任一项所述的磁悬浮轴承。