带有集成电子设备的磁性推力轴承制造技术

技术编号:4931105 阅读:194 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
确定的实施方式可提供一种机器,该机器包括:磁性推力轴承,该磁性推力轴承包括:转子部分;定子部分;以及实质上围绕所述定子部分和所述转子部分的罩;所述转子部分包括适应于环绕地附接到转子并随该转子旋转的推力盘,所述推力盘限定推力盘第一侧和推力盘第二侧,所述第一侧与所述第二侧相对。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有集成电子设备的磁性推力轴承相关申请的交叉引用本申请要求于2008年4月18日递交的序列号为61/046,171 (代理人案号1024-017)的未决的美国临时专利申请。附图的简要描述通过某些示例性实施方式的以下详细的描述,参考示例性的附图,可更易于理 解可能实用的和有用的多种实施方式,在附图中附图说明图1是系统1000的示例性实施方式的框图;图2是系统2000的示例性实施方式的框图;图3是系统3000的示例性实施方式的透视图;图4是系统4000的示例性实施方式的透视图;图5是在图3的A-A截面所取的系统3000的示例性实施方式的剖视图;图6是在图3的A-A截面所取的系统4000的示例性实施方式的剖视图;图7是系统7000的示例性实施方式的分解图;以及图8是信息设备8000的示例性实施方式的框图。详细描述某些示例性实施方式可提供用于带有旋转轴的机械的紧凑的、高性能、低成本 的磁性推力轴承。通过新颖的设计,用于磁性推力轴承的包括传感器调节、数字处理和/ 或功率放大的电子设备可封装在其定子结构中。这可大大简化磁性轴承的适应性和/或 可简化磁性轴承向机器中的集成。磁性轴承中可包括在磁性轴承被断电和/或失效时可 支撑轴的触接面(touchdown surface)。磁性轴承可用于支撑和/或安置旋转机械以用于应用,在该应用中轴承具有一 个或多个以下的要求没有机械磨损没有润滑高旋转速度(在大约3,600和大约100,OOOrpm之间)在恶劣环境中操作低摩擦损失 如图1中所示,某些示例性磁性轴承系统1000可包括可位于机器1900中的电磁 体和传感器以及可位于独立的围绕物1220中的电子控制器1200。围绕物1220和磁性轴 承1700、1800之间的布线可承载分别用于电磁体的电流和/或发向传感器的信号,这两 者可位于定子1500中。可沿着横向的方向支撑旋转轴1400的径向轴承1700可包括4个 电磁体1720和4个传感器。可沿着纵向(轴向)的方向支撑旋转轴1400的推力轴承1800 可包括2个电磁体1820和2个传感器。完整的5轴系统可包括用于全部10个电磁体和 10个传感器的2个径向轴承1700和推力轴承1800。每个电磁体可需要两条线,且根据 传感器的类型和设置,每个传感器可需要两条另外的线,总数为16条线1320、1340。如 图1中所示,对于沿着5个轴的旋转轴1400的定位,在机器1900和电子控制器1200之间可需要总数为40的线1220、1240。 机器1900和电子控制器1200之间的距离可对于每次安装而不同,且可多达几百 英尺(例如,300英尺)。因为传感器和放大器的性能可取决于磁性轴承1700、1800和数 字控制器1200之间的导线的长度,每次安装可需要安装说明、现场调节、校准和/或最 优化。在某些情况下,该现场调节、校准和/或最优化可能是不方便的和/或昂贵的。电功率可从电源1100流向放大器1240 (其可位于电子控制器1200中)、流向接 线盒1300和/或磁性轴承1700、1800。放大器1240可以是可能非常有效的开关类型、 脉冲宽度调制(PWM)放大器。因为磁性轴承1700、1800中的每个线圈可作为与小电阻 串联的大电感器,无功功率可以是高的,但是流向磁性轴承1700、1800的实际功率可能 非常小,即使是对于磁性轴承1700、1800中的大电流电平也是如此。因为小的功率可消 散在放大器1240和线圈中,对于每个线圈,在电源1100和放大器1240之间流动的电流 可能是线圈中流动的电流的一小部分。线圈中流动的电流一般高于流向放大器1240的电 流的大约10倍。因为放大器和线圈之间流动的电流可能比电源和放大器之间的电流大得多,将 放大器和/或先前保持得尽可能地靠近以减小布线的成本和复杂性是有益的。在某些示 例性实施方式中,电子控制器可被集成到磁性轴承中以及/或放大器的位置可非常接近 线圈。这在图2中示出,其中每个示例性磁性轴承2700、2800可只需要2个(低电流) 功率引线2320、2340。接线盒2300可连接每个轴承2700、2800的正引线和负引线,这 反过来可连接到电源2100的正端和负端。对于某些示例性实施方式,不再需要可发射电磁干扰(EMI)的引线。在某些示 例性实施方式中,放大器和线圈之间的引线可能短且/或完全在轴承2700、2800中,因 此所产生的EMI的量是常规的磁性轴承的一小部分。图3示出了示例性磁性推力轴承系统3000的示例性转子3100和定子3500,且 图4示出了示例性推力转子系统4000。可包括推力盘(thrastdisk) 4300的转子3100可通 过例如干涉配合安装在套管4200上,其可通过例如干涉配合安装在机器的旋转轴4100的 外部直径上,并可绕轴4100旋转。推力盘4300可由高强度钢合金例如AISI 4340制造。 定子3500可包括可位于推力盘4300的任一侧上和/或可由隔离环3400轴向分隔开的两 个推力磁体3300。一个或多个旋转传感器3260可位于定子3500内以感测转子3100的旋 转位置、旋转速度和/或旋转方向。定子3500可包括用于磁性推力轴承系统3000的所 有电子设备。如图3中所示,在定子3500的一端可以是盖板3200,其可包括通信连接 器3220和/或电源连接器3240。例如,通信协议可以是以太网以使得磁性推力轴承系统 3000可以是以太网网络的一部分且/或其可容易地连接到其他设备。也可能是很多其他 的通信协议例如CAN、MODBUS和/或其他的串行协议。图5中示出了示例性磁性推力轴承系统5000的可能的操作原理。推力盘5500可 位于两个推力磁体5300之间的轴5100上,其可在盘5500上建立双向轴向力。所示出的 是位于每个推力磁体5300中的槽中的线圈5200,其可用于控制推力盘5500和磁体之间的 吸引力的大小。环绕每个线圈5200的磁通量5400的强度一般与每个线圈5200中的电流 成比例。每个推力磁体5300和推力盘5500之间的磁力一般与线圈电流的平方成比例。 如果推力盘5500不在两个推力磁体5300间的中心,则电流可在一个磁体中增加且在另一个磁体中减小,以在推力盘5500上施加力,其倾向于使推力盘5500在磁体5300间的中 心。推力磁体5300可由低碳钢例如AISI 1018制造。 图6示出了示例性磁体推力轴承系统6000的剖视图。推力盘6440的轴向位置 可由六个轴向传感器6600检测,该六个轴向传感器可通过例如涡流、光学和/或电容技 术来感测。如果推力盘6440不在两个推力磁体6300之间的中心,则电流可在一个磁体 中增加且在另一个磁体中减小以在推力盘6440上施加力,其可倾向于使推力盘6440在磁 体6300间的中心。通过使六个轴向传感器6600的被测量位置平均,可改进信噪比,且 推力盘6440的倾斜和径向移动对所测轴向位置的影响可被最小化。除了轴向传感器6600外,定子6900可包括两个旋转传感器6500,该两个旋转传 感器可在轴6950旋转时检测该轴表面上的阶梯。每转一次的信号可用于测量轴6950的 旋转速度和/或可提供信号,由该信号可评估出轴6950的角位置。通过包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器,包括:  磁性推力轴承,包括:  转子部分;  定子部分;以及  罩,该罩实质上围绕所述定子部分和所述转子部分;  所述转子部分包括适于环绕地附接到转子并随所述转子旋转的推力盘,所述推力盘限定推力盘第一侧和推力盘第二侧,所述第一侧与所述第二侧相对;  所述定子部分包括:  第一推力电磁体和相对的第二推力电磁体,所述第一推力电磁体适于与所述推力盘第一侧分隔开第一空隙,所述第二推力电磁体适于与所述推力盘第二侧分隔开第二空隙;  第一触接面,该第一触接面适于防止所述第一推力电磁体和所述转子部分的任何旋转部件之间的接触;  第二触接面,该第二触接面适于防止所述第二推力电磁体和所述转子部分的任何旋转部件之间的接触;  电子控制器,该电子控制器适于控制所述第一推力电磁体和所述相对的第二推力电磁体;所述电子控制器包括放大器,该放大器适于增加被提供到所述定子部分所包括的电磁线圈的视在功率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-4-18 61/046,1711.一种机器,包括磁性推力轴承,包括转子部分;定子部分;以及罩,该罩实质上围绕所述定子部分和所述转子部分;所述转子部分包括适于环绕地附接到转子并随所述转子旋转的推力盘,所述推力盘 限定推力盘第一侧和推力盘第二侧,所述第一侧与所述第二侧相对;所述定子部分包括第一推力电磁体和相对的第二推力电磁体,所述第一推力电磁体适于与所述推力 盘第一侧分隔开第一空隙,所述第二推力电磁体适于与所述推力盘第二侧分隔开第二空 隙;第一触接面,该第一触接面适于防止所述第一推力电磁体和所述转子部分的任何旋 转部件之间的接触;第二触接面,该第二触接面适于防止所述第二推力电磁体和所述转子部分的任何旋 转部件之间的接触;电子控制器,该电子控制器适于控制所述第一推力电磁体和所述相对的第二推力电 磁体;所述电子控制器包括放大器,该放大器适于增加被提供到所述定子部分所包括的 电磁线圈的视在功率。2.如权利要求1所述的机器,还包括轴向传感器,该轴向传感器定位成与所述触接面中的一个触接面相邻接,所述轴向 传感器适于提供指示所述转子的相对于所述磁性推力轴承的大概的轴向位置的信号。3.如权利要求1所述的机器,还包括多个轴向传感器,该多个轴向传感器定位成与所述触接面中的一个触接面相邻接且 围绕所述转子部分的旋转轴径向分布,所述轴向传感器中的每个适于提供指示所述转子 的相对于所述磁性推力轴承的大概的轴向位置的信号。4.如权利要求1所述的机器,还包括第一旋转传感器,该第一旋转传感器实质上由所述罩围绕且适于与所述转子分隔开 一旋转感测空隙,所述第一旋转传感器适于检测所述转子的相对于所述定子部分的大概 的旋转速度。5.如权利要求1所述的机器,其中所述放大器是所述定子部分所包括的多个开关类型脉冲宽度调制放大器中的一个, 所述放大器中的每个适于增加被提供到所述定子部分所包括的对应的电磁线圈的视在功 率,所述多个放大器和所述多个电磁线圈实质上位于所述罩内。6.如权利要求1所述的机器,其中所述电子控制器适于使所述转子实质上位于所述第一推力电磁体和所述相对的第二 推力电磁体之间的中心。7.如权利要求1所述的机器,其中所述电子控制器适于控制输入到放大器的脉冲宽度信号,该放大器提供被提供到所 述第一推力电磁体和所述相对的第二推力电磁体的电流,所述电流适于产生使所述转子实质上位于所述第一推力电磁体和所述相对的第二推力电磁体之间的中心的净力。8.如权利要求1所述的机器,其中所述电子控制器适于控制所述转子的位置以响应于接收到的转子位置信号。9.如权利要求1所述的机器,其中所述电子控制器适于通过网络连接从所述机器外部的发送者接收控制编程调整以及/ 或向所述机器外部的接收者发送控制报告。10.如权利要求1所述的机器,其中所述电子控制器适于通过以太网连接从所述机器外部的发送者接收控制编程调整以 及/或向所述机器外部的接收者发送控制报告。11.如权利要求1所述的机器,其中所述电子控制器包括定位成与所述推力电磁体中的一个推力电磁体相邻接的环形电 路板。12.如权利要求1所述的机器,还包括所述定子部分所包括的环形处理器电路板,所述处理器电路板包括适于确定到放大 器的脉冲宽度输入信号的数字信号处理器,该放大器产生被提供到所述第一推力电磁体 的电流,所述电流适于控制所述第一推力电磁体的磁通量水平。13.如权利要求1所述的机器,还包括所述定子部分所包括的环形处理器电路板,所述处理器电路板包括适于确定到放大 器的脉冲宽度输入信号的数字信号处理器,该放...

【专利技术属性】
技术研发人员:加里S拉姆齐克里斯多佛K索托莱罗伯特J菲尔德维克托伊安娜洛柯克J特尤贝特马克E汉森
申请(专利权)人:森克罗尼公司
类型:发明
国别省市:US

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