一種磁懸浮軸承的制作方法

本實用新型涉及磁懸浮技術領域，特別涉及一種磁懸浮軸承。

（二）

背景技術：

目前，隨著人民生活水平的提高，家用空調的使用量越來越大，耗能巨大，且目前的磁懸浮技術只應用于離心式壓縮機等高速機，針對家用渦旋式壓縮機這種低速機還沒有應用，在傳統的制冷壓縮機中，機械軸承是必需的部件，并且需要有潤滑油以及潤滑油循環系統來保證機械軸承的工作。在所有燒毀的壓縮機中，實際上有90%是由于潤滑的失效而引起的。

（三）

技術實現要素：

本實用新型為了彌補現有技術的不足，提供了一種磁懸浮軸承。

本實用新型是通過如下技術方案實現的：

一種磁懸浮軸承，包括主軸以及驅動控制系統，其特征在于：主軸上設有兩個對稱的保護軸承，該軸承之間設有對稱的兩個徑向永磁軸承；所述徑向永磁軸承之間設有對稱的兩個軸向永磁軸承，該軸向永磁軸承之間設有推動盤；所述徑向永磁軸承與軸向永磁軸承之間設有偏心軸。

上述徑向永磁軸承包括永磁內環和永磁外環；所述兩個徑向永磁軸承用于實現電動機主軸在徑向的穩定懸浮；徑向永磁軸承利用磁環間產生的永磁力來懸浮主軸，它具有一定的穩定特性，無需控制系統。

上述軸向永磁軸承軸向電磁軸承通過軸承定子中的線圈產生磁場，將推力盤懸浮在平衡位置，限制主軸軸向方向自由度。

上述保護軸承為機械軸承；所述保護軸承與主軸之間的氣隙小于徑向永磁軸承與主軸之間的氣隙。

磁懸浮軸承的驅動控制系統，包括用于檢測軸向位置的電渦流位移傳感器，該電渦流位移傳感器將信號通過A/D轉換器裝換后發送給單片機；所述單片機經運算后通過D/A轉換器和功率放大器控制軸向電磁軸承內線圈中的電流。所述單片機采用的算法為FPGA算法。

一種滾動轉子無油壓縮機，包括所述的磁懸浮軸承。

本實用新型中分置的兩個徑向磁軸承、軸向磁軸承均對主軸產生電磁力作用，其中軸向磁軸承用于實現主軸在軸向的穩定懸浮，兩個徑向磁軸承用于實現主軸在徑向的穩定懸浮。主軸兩端裝有保護軸承，用于主軸系統失控或者突然斷電時，起臨時支承旋轉的主軸的保護作用。

主軸軸向和徑向的位置精度靠電渦流位移傳感器保證，實現穩定懸浮的主軸在定子的帶動下平穩運行。FPGA控制算法使用增量式離散FPGA算法，在STM32F103單片機這一硬件平臺上實現。增量式離散FPGA算法相比于位置式離散FPGA算法，具有累積誤差小、誤動作影響較小的特點，因此穩定性高于位置式FPGA算法。

a.軸向位置的檢測

軸向位置的檢測使用電渦流位移傳感器，其基于電磁感應原理，可以精確地測量出軸在軸向方向上的位移。由于其輸出量是模擬量，而單片機等處理器只能識別數字量，因此還需要經過模擬-數字轉換（A/D轉換），才能輸入處理器。

b. 控制方法及處理器

控制算法采用經典的FPGA算法，利用FPGA控制方法，可將軸在軸向方向位置精確地控制在給定位置。

電渦流位移傳感器輸出的與軸在軸向方向上呈線性關系的電壓模擬量，通過A/D轉換后，轉換成為數字量，輸入到處理器中，處理器對其與給定值作差得到誤差量，進行FPGA運算，得到控制量，經過數字-模擬轉換（D/A轉換）后，轉換成為模擬量，輸入到功率放大器中，由功率放大器控制線圈中的電流，對磁場進行控制以改變軸在軸向方向上的位置。

目前我國大型公共建筑中空調主機能耗占空調系統的總能耗的25%-40%，而空調能耗在建筑能耗中占比達到一半。根據預測，至2020年我國還要建設大約100億平方米的公共建筑。假定平均每年建設6-7億平方米，其中20%采用磁懸浮變頻離心式冷水機組，那么與現在的建筑能耗相比，每年可節省的電能總計為18億度，綜合經濟效益可節約資金16億元，新增產值83億元。而如果將現有15%建筑的空調主機改造為磁懸浮變頻冷水機組，那么可以節約電能14億度，綜合經濟效益可節約資金13億元，新增產值64億元以上。

本實用新型的有益效果是：本實用新型解決了磁懸浮在低速壓縮機應用問題以及磁力計算以及永磁體的尺寸設計，從而克服了機械軸承噪音大、耗能高，潤滑系統增加耗能等缺點；研究并設計了新型無油家用空調壓縮機，使得空調耗能減少，使用壽命增長。因此，本實用新型可有效地利用磁懸浮技術，達到節約電能、保護環境、提高空調耐久性的目的。

（四）附圖說明

下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。

圖1為本實用新型的結構示意圖。

圖2為本實用新型的徑向永磁軸承結構示意圖。

圖3為本實用新型的軸向永磁軸承結構示意圖。

圖4為本實用新型的驅動控制系統示意圖。

圖中，主軸1，保護軸承2，徑向永磁軸承3，軸向永磁軸承4，推動盤5，偏心軸6，永磁內環7，永磁外環8，電渦流位移傳感器9。

（五）具體實施方式

實施例1

包括主軸1以及驅動控制系統，主軸1上設有兩個對稱的保護軸承2，該保護軸承2之間設有對稱的兩個徑向永磁軸承3；所述徑向永磁軸承3之間設有對稱的兩個軸向永磁軸承4，該軸向永磁軸承4之間設有推動盤5；所述徑向永磁軸承3與軸向永磁軸承4之間設有偏心軸6。

上述徑向永磁軸承3包括永磁內環7和永磁外環8；所述兩個徑向永磁軸承3用于實現電動機主軸1在徑向的穩定懸浮；徑向永磁軸承利用磁環間產生的永磁力來懸浮主軸1，它具有一定的穩定特性，無需控制系統。

上述軸向永磁軸承軸4向電磁軸承通過軸承定子中的線圈產生磁場，將推力盤懸浮在平衡位置，限制主軸軸向方向自由度。

上述保護軸承2為機械軸承；所述保護軸承2與主軸1之間的氣隙小于徑向永磁軸承3與主軸1之間的氣隙。

根據Earnshaw定理，單單使用永磁體是無法實現穩定的磁懸浮的。因此在實際的被動磁懸浮軸承中，除了使用永磁體，還必須使用磁場大小可控的電磁線圈，并通過一定的方式檢測軸的位置進行閉環控制，才能實現真正意義上的磁懸浮。本裝置中，徑向磁軸承采用軸向充磁的環形永磁體，而在軸向方向上則使用電磁軸承以穩定軸在軸向方向上的位置。本裝置通過電渦流位移傳感器對主軸軸向位置進行檢測，傳輸到處理器后，處理器對轉子當前位置與給定位置進行比較作差，經過FPGA運算后，輸出控制信號給功率放大電路，由功率放大電路根據處理器輸出的信號，以差動控制的方式驅動一對線圈中的兩個線圈，進而改變施加與軸上的力，以穩定軸在軸向方向上的位置。

上面以舉例方式對本實用新型進行了說明，但本實用新型不限于上述具體實施例，凡基于本實用新型所做的任何改動或變型均屬于本實用新型要求保護的范圍。