本发明涉及磁悬浮设备技术领域，尤其涉及一种转子可轴向移动的磁悬浮电机及制冷设备。
背景技术：
至2015年以来，从国务院转发的《绿色建筑行动方案》到住建部公布的《“十二五”绿色建筑和绿色生态城区发展规划》，再到国务院印发的《关于发展节能环保产业的意见》，都对公共建筑节能提出了具体目标和任务。二十世纪结束后，美国工程院曾组织了三十多个美国职业工程学会，历时半年认真评选出了二十项对人类社会影响最大的工程技术成就，其中“空调和制冷技术”排名第十。
据估算，公共建筑能耗约占公共机构总能耗的70%，而中央空调能耗约占公共建筑能耗的50%，超过了照明、电梯、办公设备的总能耗。因此，中央空调的节能是公共建筑节能达标的关键。行业专家论证认为，尽管目前传统的中央空调系统有多种方式，但采用磁悬浮技术的中央空调在节能、静音、舒适等方面的优势有可能成为传统中央空调的替代型产品。这种替代过程将会为国家节省大量能源，并带来巨大的经济收益。磁悬浮技术的应用，可以使中央空调产业步入高能效、低运行费用的时代。
磁悬浮无油运转技术可以实现完全无摩擦，消除了机械摩擦损失，比常规轴承更持久耐用，使机组运行寿命达到25年，大大延长了机组的使用寿命；机组无需润滑，从而减少了油路系统、油泵等零件的故障，可靠性提高30%~50%，极大减少了检修的费用；冷媒中没有润滑油，机组的能效可以提高8%。
在相关技术中，磁悬浮空调采用变频技术，可以通过变速驱动实现超高部分负荷的高能效。但对小型制冷系统，当低至10%的部分负荷，由于无法有效调节冷媒压缩机的能量输出，冷媒压缩机会出现比较严重的喘振现象。磁悬浮冷媒压缩机为涡轮离心式压缩机，喘振是离心压缩机的致命缺点，是制冷工程需要解决的核心问题。
在另一些相关技术中，为了灵活调节冷媒压缩机的能量输出、解决喘振问题，提出一种模块化多机并联作业的方式，即通过采用多个冷水机组形成制冷模块，通过控制参与工作的冷水机组的数量来调节冷媒压缩机的能量输出。上述方案虽然可以调节能量输出、在一定程度上解决喘振的问题，但是模块化的设计形式占用的装配空间较大，而且能量输出的调节范围较小，无法满足实际的使用需求。
此外，在一些相关技术中，还提出通过改变换热器参数、在冷媒进口处设置节流阀以及在出口处设置冷媒旁路等方式，虽然均可以实现调节能量输出的效果，但是仍存在冷媒压缩机能量输出调节范围较小、调节不够精确、实际操作难度大等问题。
技术实现要素：
本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的磁悬浮电机及制冷设备。具体地，本发明提供能够有效解决喘振问题、可灵活调节冷媒压缩机能量输出的磁悬浮电机及制冷设备。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种转子可轴向移动的磁悬浮电机，包括电机壳、转子、定子、径向磁轴承和轴向磁轴承，所述磁悬浮电机还包括驱动机构；所述转子位于所述电机壳的安装空间内，所述定子套设在所述转子中部，在所述转子上、所述定子的轴向两侧各套设有一个所述径向磁轴承；所述轴向磁轴承套设在所述转子的一端；所述驱动机构与所述轴向磁轴承传动连接，所述驱动机构驱动所述轴向磁轴承带动所述转子沿轴向移动。
其中，所述转子包括转子本体和套设在所述转子本体上、且与所述转子本体同轴固定的推力盘，所述轴向磁轴承套设在所述推力盘上。
其中，所述轴向磁轴承包括滑座和一对分别位于所述推力盘轴向两侧的电磁控制机构，所述电磁控制机构与所述滑座固定连接，所述滑座与所述驱动机构传动连接。
其中，所述磁悬浮电机还包括辅助轴承和辅助轴承座，所述辅助轴承设置在所述辅助轴承座的内圈、且套设在所述转子的端部，所述辅助轴承座与所述电机壳固定连接，且所述辅助轴承座与所述轴向磁轴承之间留有预设间隔。
其中，所述驱动机构的输出端穿过所述辅助轴承座、与所述轴向磁轴承传动连接。
其中，所述磁悬浮电机还包括与所述电机壳的一端固定连接的固定法兰和位置传感器，所述轴向磁轴承可沿所述固定法兰的内壁滑动，所述位置传感器固定在所述固定法兰的径向内侧，以检测所述轴向磁轴承的位移。
其中，所述磁悬浮电机还包括电控模块，所述位置传感器和所述驱动机构均与所述电控模块信号连接。
其中，所述驱动机构为滚珠丝杆机构。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种制冷设备，所述制冷设备包括如上所述的转子可轴向移动的磁悬浮电机，还包括冷媒压缩机，冷媒压缩机包括涡轮、蜗壳，所述涡轮与所述磁悬浮电机的所述转子的一端固定连接，所述蜗壳罩设在所述涡轮的外部、且与所述磁悬浮电机的所述电机壳固定连接。
其中，所述制冷设备为冰箱或空调器。
本发明利用驱动机构调节轴向磁轴承的位置实现转子的轴向移动，从而调节制冷设备的涡轮与蜗壳之间的间隙，有效避免喘振现象的发生，同时满足冷媒压缩机能量输出的调节需求，扩大冷媒压缩机能量输出的调节范围和提高调节灵活度。
参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示例性地示出了本发明的磁悬浮电机的结构示意图；
图2为图1的a部放大图；
图3示出了本发明的制冷设备的一种结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在冷媒压缩机工作时，冷媒产生的涡流损失会导致转子在其轴向上产生受热膨胀，由此带动涡轮相对蜗壳产生位移，从而使得冷媒压缩机的能量输出发生变化；当室内温度达到设定温度值时，需要冷媒压缩机的输出能量较小，而此时若涡轮与蜗壳之间的间隙较大，则会导致喘振现象的发生。发明人在磁悬浮电机上增设驱动机构以调节轴向磁轴承在转子轴向上的位置，进而通过轴向磁轴承推动推力盘来带动转子沿其轴向移动，实现涡轮位置的调节，即调节涡轮与蜗壳的内壁之间的间隙，有效避免喘振现象的产生，同时扩大冷媒压缩机的能量输出调节范围，提高调节精度。具体地，还对轴向磁轴承的结构进行了改进，以便于与驱动机构连接来调节轴向磁轴承的位置，同时不会影响轴向磁轴承的磁场等，保证轴向磁轴承的使用寿命。
下面结合附图，对根据本发明所提供的转子可轴向移动的磁悬浮电机及制冷设备进行详细说明。
图1示出了本发明的转子可轴向移动的磁悬浮电机的一种具体实施例的结构示意图，参照图1所示，该磁悬浮电机100包括电机壳1、转子2、定子3、径向磁轴承6和轴向磁轴承7，还包括驱动机构8。其中，转子2位于电机壳1的安装空间内，定子3套设在转子2的中部，在定子3的径向内侧壁上设置有沿其轴向分布的定子线圈31，向定子线圈31通电时，定子线圈31产生的磁场可驱动转子2高速旋转。在转子2上、定子3的轴向两侧各套设有一个径向磁轴承6，用以控制转子2的径向位移。当向径向磁轴承6通电，转子2在径向磁轴承6产生的磁场作用下悬空。在磁悬浮电机100工作时，先向径向磁轴承6通电，令转子2悬浮；然后再向定子线圈31通电，驱动转子2高速旋转，由此可以减小转子2的机械摩擦，延长磁悬浮电机100的使用寿命。
轴向磁轴承7套设在转子2的一端，用以控制转子2的轴向移位。驱动机构8与轴向磁轴承7传动连接，用以调节轴向磁轴承7沿转子2轴向方向的位移。此处驱动机构8为双向驱动机构，即可以控制轴向磁轴承7沿转子2的轴向向左或向右移动（如图1所示的左右方向）。驱动机构8驱动轴向磁轴承7带动转子2沿轴向移动，进而调节冷媒压缩机的涡轮与蜗壳的内壁之间的间隙，从而达到调节冷媒压缩机输出能量的目的，同时避免喘振现象的发生。具体地，当室内温度将要达到设定温度值时，启动驱动机构8控制轴向磁轴承7带动转子2移动以适当减小涡轮与蜗壳之间的间隙；当室内温度与设定温度值之间的差值较大时，可以启动驱动机构8控制轴向磁轴承7带动转子2移动以增大涡轮与蜗壳之间的间隙。
该磁悬浮电机100还包括叶轮4和后壳5，用以在磁悬浮电机100的运行过程中对磁悬浮电机100进行实时冷却。具体地，叶轮4固定在转子2的轴向一端，与转子2同轴设置，由转子2转动带动叶轮4同步转动，实现磁悬浮电机100的稳定运行；后壳5罩设在叶轮4的外部、且与电机壳1固定连接，在后壳5上设置有空气入口和空气出口。在磁悬浮电机100工作过程中，叶轮4随着转子2同步转动，以加快空气的流通速度，空气由后壳5的空气入口进入磁悬浮电机100内部循环后再经空气出口流出，对磁悬浮电机100内的结构进行冷却。
在一个具体的实施例中，该磁悬浮电机100应用在冷媒压缩机中，转子2的输出端（如图1所示的左端）与冷媒压缩机的涡轮固定连接，冷媒压缩机的蜗壳罩设在涡轮的外部、且与磁悬浮电机100的电机壳1固定连接，蜗壳上设有介质入口和介质出口。具体地，在冷媒压缩机工作时，首先对磁悬浮电机100的径向磁轴承6通电以使得转子2悬空；然后对定子线圈31通电以驱动转子2进行高速旋转，转子2在转动时同时带动叶轮4和涡轮转动，其中，叶轮4的转动可以对磁悬浮电机100进行冷却，冷媒通过介质入口进入蜗壳内，涡轮的转动实现冷媒压缩，压缩完成后的冷媒通过介质出口排出；冷媒产生的涡流损失会导致转子2在其轴向上产生受热膨胀，进而带动涡轮相对蜗壳产生移动，导致冷媒压缩机的能量输出量发生变化。
在本发明中，转子2包括转子本体21和套设在转子本体21上、且与转子本体21同轴固定的推力盘22，轴向磁轴承7套设在推力盘22上。驱动机构8调节轴向磁轴承7的轴向位移时，轴向磁轴承7通过推动推力盘22移动而实现对转子2的轴向移位，进而带动冷媒压缩机的涡轮沿转子2的轴向移动，实现涡轮与蜗壳的内壁之间的间隙调节，从而达到精确调节冷媒压缩机输出能量的目的，扩大冷媒压缩机的输出能量可调节范围，进一步节能降耗。
图2示出了图1中的a部放大图，如图1和图2所示，在本实施例中，轴向磁轴承7包括滑座71和一对分别位于推力盘22轴向两侧的电磁控制机构72，电磁控制机构72与滑座71固定连接，滑座71与驱动机构8传动连接。驱动机构8通过驱动滑座71带动电磁控制机构72移动，从而推动推力盘22移动，使得转子2沿轴向移动。
示例性地，驱动机构8可以选用滚珠丝杆机构。滚珠丝杠机构具有运行稳定性高、精确性好的优点，可以大大提升转子2的位置调节精度，进而可以实现冷媒压缩机的能量输出的精确控制。
在一个优选的实施例中，磁悬浮电机100还包括辅助轴承9和辅助轴承座91，其中，辅助轴承9设置在辅助轴承座91的内圈、且套设在转子2的端部，用以限定转子2在不运行时的位置，避免由于停机而导致转子2下沉而砸伤其它结构件，保证磁悬浮电机100的使用寿命。辅助轴承座91与电机壳1固定连接，并且辅助轴承座91与轴向磁轴承7之间留有预设间隔l。此预设间隔l用以充分保障轴向磁轴承7的移动空间，便于调节转子2沿其轴向的位移。
具体地，后壳5与辅助轴承座91固定连接，即后壳5通过辅助轴承座91与电机壳1固定连接。驱动机构8位于辅助轴承座91的外侧，并且驱动机构8的输出端穿过辅助轴承座91、与轴向磁轴承7传动连接，即驱动机构8可转动地设置在辅助轴承座91上，提高驱动机构8的装配灵活性，有效降低装配难度。同时，驱动机构8位于辅助轴承座91的外侧，即位于磁悬浮电机100的外表面，便于调节控制、以及检修和维护。需要指出的是，驱动机构8的设置方式并不限于此，可以根据实际的装配需求和安装空间的大小而选择设置，例如，在辅助轴承座91外表面设置有沉槽或沉孔，驱动机构8位于该沉槽或沉孔内，但这种设置方式与上述设置方式相同的是，驱动机构8与轴向磁轴承7沿转子2的轴向分布设置。在另外的实施例中，也可以将驱动机构8与轴向磁轴承7沿转子2的径向分布设置，只要能够驱动滑座71沿转子2的轴向移动即可。
在本发明中，磁悬浮电机100还可以包括与电机壳1的一端固定连接的固定法兰11和位置传感器10，轴向磁轴承7可沿固定法兰11的内壁滑动。在图1所示的实施例中，固定法兰11位于电机壳1与辅助轴承座91之间，起到连接辅助轴承座91与电机壳1的作用，以提升磁悬浮电机100的整体稳定性和连接强度。位置传感器10固定在固定法兰11的径向内侧，位于固定法兰11与转子本体21之间与轴向磁轴承7相对应的位置，以检测轴向磁轴承7的位移，实现转子2位移控制的自动检测。
进一步地，该磁悬浮电机100还可以包括电控模块（图中未示出），位置传感器10和驱动机构8均与电控模块信号连接。例如，电控模块可以是带有信号收发、识别、处理以及数据处理和存储功能、且可以根据预设参数和程序进行自动控制的控制器的控制主板。相应的，驱动机构8也可以为电控机构，例如由电机驱动控制的滚珠丝杆机构，此电机与电控模块电连接，由电控模块控制电机启停和正反转来控制驱动机构8的启停和运行方向，从而实现转子2沿轴向移动的自动化控制。
在实际运行中，该电控模块可以根据冷媒压缩机的能量输出需求、依据预设程序和参数来自动计算冷媒压缩机的涡轮与蜗壳之间的间隙，再结合当前转子2的位置（或位置传感器10检测到的轴向磁轴承7的位置），进而计算出需要控制转子2沿其轴向移动的位移以及移动方向，然后电控模块控制驱动机构8按目标方向启动；位置传感器10实时检测轴向磁轴承7的位置以作为转子2的实时位移情况，并将检测结果实时发送至电控模块，电控模块将检测结果与计算结果做对比、判断；当位置传感器10检测到轴向磁轴承7（或者说是转子2）移动至需要的位置时，即电控主板将检测结果与计算结果误差为0时，电控主板控制驱动机构8停止运行，由此大大提升转子2沿其轴向的位置控制精度。
相适应于上述转子可轴向移动的磁悬浮电机100，本发明还提供了一种制冷设备，图3示出了该制冷设备的一种具体实施例的结构示意图，参照图3所示，该制冷设备包括如上所述的转子可轴向移动的磁悬浮电机100，作为制冷设备的动力装置；还包括冷媒压缩机200，冷媒压缩机200包括涡轮201、蜗壳202，涡轮201与磁悬浮电机100的转子2的一端固定连接，蜗壳202罩设在涡轮201的外部、且与磁悬浮电机100的电机壳1固定连接。在运行过程中，磁悬浮电机100的转子2带动涡轮201旋转，通过驱动机构8驱动轴向磁轴承7沿转子2的轴向移动，带动转子2沿其轴向移动，进而调节冷媒压缩机200的涡轮201与蜗壳202的内壁之间的间隙，实现制冷设备的能量输出调节，同时避免喘振现象的发生。示例性地，该制冷设备可以为冰箱、空调器等任一家用或工业用制冷设备。
此制冷设备通过设置上述转子可轴向移动的磁悬浮电机100，根据此制冷设备的冷媒压缩机200的实际能量输出需求，利用其驱动机构8调节轴向磁轴承7带动转子2沿其轴向精确移动，进而精确调节涡轮与蜗壳之间的间隙，达到灵活调节冷媒压缩机200能量输出的目的，有效解决制冷设备中冷媒压缩机200调节范围小、精度不够以及喘振的问题。
最后需要指出的是，本发明的转子可轴向移动的磁悬浮电机不仅可以用于冷媒压缩机，还可以应用于空气压缩机、真空泵等具有介质压缩系统的设备中，本发明对此不作具体限制，可以根据实际的使用需求选择设置。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
1.一种转子可轴向移动的磁悬浮电机（100），包括电机壳（1）、转子（2）、定子（3）、径向磁轴承（6）和轴向磁轴承（7），其特征在于，所述磁悬浮电机（100）还包括驱动机构（8）；
所述转子（2）位于所述电机壳（1）的安装空间内，所述定子（3）套设在所述转子（2）中部，在所述转子（2）上、所述定子（3）的轴向两侧各套设有一个所述径向磁轴承（6）；
所述轴向磁轴承（7）套设在所述转子（2）的一端；所述驱动机构（8）与所述轴向磁轴承（7）传动连接，所述驱动机构（8）驱动所述轴向磁轴承（7）带动所述转子（2）沿轴向移动。
2.如权利要求1所述的磁悬浮电机（100），其特征在于，所述转子（2）包括转子本体（21）和套设在所述转子本体（21）上、且与所述转子本体（21）同轴固定的推力盘（22），所述轴向磁轴承（7）套设在所述推力盘（22）上。
3.如权利要求2所述的磁悬浮电机（100），其特征在于，所述轴向磁轴承（7）包括滑座（71）和一对分别位于所述推力盘（22）轴向两侧的电磁控制机构（72），所述电磁控制机构（72）与所述滑座（71）固定连接，所述滑座（71）与所述驱动机构（8）传动连接。
4.如权利要求1所述的磁悬浮电机（100），其特征在于，所述磁悬浮电机（100）还包括辅助轴承（9）和辅助轴承座（91），所述辅助轴承（9）设置在所述辅助轴承座（91）的内圈、且套设在所述转子（2）的端部，所述辅助轴承座（91）与所述电机壳（1）固定连接，且所述辅助轴承座（91）与所述轴向磁轴承（7）之间留有预设间隔。
5.如权利要求4所述的磁悬浮电机（100），其特征在于，所述驱动机构（8）的输出端穿过所述辅助轴承座（91）、与所述轴向磁轴承（7）传动连接。
6.如权利要求1所述的磁悬浮电机（100），其特征在于，所述磁悬浮电机（100）还包括与所述电机壳（1）的一端固定连接的固定法兰（11）和位置传感器（10），所述轴向磁轴承（7）可沿所述固定法兰（11）的内壁滑动，所述位置传感器（10）固定在所述固定法兰（11）的径向内侧，以检测所述轴向磁轴承（7）的位移。
7.如权利要求6所述的磁悬浮电机（100），其特征在于，所述磁悬浮电机（100）还包括电控模块，所述位置传感器（10）和所述驱动机构（8）均与所述电控模块信号连接。
8.如权利要求1所述的磁悬浮电机（100），其特征在于，所述驱动机构（8）为滚珠丝杆机构。
9.一种制冷设备，其特征在于，所述制冷设备包括如权利要求1~8中任一项所述的转子可轴向移动的磁悬浮电机（100）。
10.如权利要求9所述的制冷设备，其特征在于，所述制冷设备为冰箱或空调器。
技术总结