[發明專利]一種磁懸浮轉子支撐系統與磁懸浮軸承及偏磁減重裝置

有效

• 申請號: 200910138020.4
• 申請日: 2009-04-26
• 公開（公告）號: CN101771308A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 張玉寶
• 申請（專利權）人: 張玉寶
• 主分類號: H02K7/09
• 分類號: H02K7/09;H02N15/00;F16C32/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及磁懸浮領域的單自由度磁懸浮轉子支撐系統。尤其是涉及一種 采用吸引型軸向磁懸浮軸承和吸引型徑向磁懸浮軸承組合而成的單自由度磁懸 浮轉子支撐系統。本發明還涉及更具體的吸引型軸向磁懸浮軸承和吸引型徑向 磁懸浮軸承。本發明還涉及減少旋轉體重力作用的偏磁減重裝置以及針對徑、 軸向磁懸浮軸承氣隙的限位保護裝置。

背景技術：

為適應超高速電機和真空潔凈技術、高精度機械加工技術與太空技術的發 展需要，一種無機械接觸的磁懸浮轉子支撐系統，引起了人們的廣泛關注，它 是繼油潤滑和氣潤滑軸承之后，在行業內的又一次技術革命。這種新興的支撐 方式，通過軸向磁懸浮軸承和徑向磁懸浮軸承的協同作用而得以實現。其具有 “無機械摩擦、能耗少，噪音小，壽命長，不需要潤滑介質與密封、并允許轉 子有極高的轉速和適應在高低溫、真空環境下工作”等傳統技術無法替代的突 出優點，而成為國內外許多企業和科研單位的熱門課題之一。近年來，有關磁 懸浮軸承的科研論文與專利成果大量涌現。但就現有技術來說，實用磁懸浮軸 承的關鍵技術仍未突破。在各種技術方案中，都帶有不同程度的技術缺陷。如： 在永磁型磁懸浮軸承當中，采用“同性相斥”的懸浮機制，會導致不確定軸向 力或徑向力的產生。在電磁型磁懸浮軸承當中，則采用多個向心型設置的電磁 鐵和復雜的反饋控制技術，但最終不能保證在360度的任意方向上，實現轉子 的自動調心以及現有技術在磁路設計方面還存在著大量的非工作氣隙，造成現 有技術的實用性降低。

發明內容：

本發明就是要提供一種全部由吸引型軸向磁懸浮軸承和吸引型徑向磁懸浮 軸承組合而成，并消除了電磁線圈或永磁體存在非工作氣隙技術缺陷，同時， 還可以使轉子在360度的任意方向上獲得自動調心功能的單自由度磁懸浮轉子 支撐系統。

為了實現上述發明的目的，本發明采用如下的技術方案：就是將至少一個 吸引型軸向磁懸浮軸承與至少兩個吸引型徑向磁懸浮軸承設置在同一運動機構 當中，并使它們之間的分布規律具有對稱性。每個磁懸浮軸承的動子部和定子 部，分別固定在系統當中的旋轉體和旋轉體的承托部上，并通過氣隙構成非機 械接觸的可轉動連接。具有徑向氣隙的軸向磁懸浮軸承，用來約束旋轉體的軸 向移動。具有軸向氣隙的徑向磁懸浮軸承，用來約束旋轉體的徑向錯位移動， 為了避免產生單邊拉力，徑向磁懸浮軸承在系統內均以雙邊型結構的形式出現。 在本發明的單自由度磁懸浮轉子支撐系統當中，具有徑向氣隙的電動機或發電 機，可視為吸引型軸向磁懸浮軸承，它們包含了電工領域中所有的交直流電動 機或交直流發電機。具有軸向氣隙的電動機或發電機，可視為吸引型徑向磁懸 浮軸承。但基于同樣的理由，被視為吸引型徑向磁懸浮軸承的電動機或發電機， 也只允許以雙邊型結構出現在系統之內。在本發明的單自由度磁懸浮轉子支撐 系統當中，無論何種類型的磁懸浮軸承，只要功能相同，就可以根據設計空間 的需要，進行相互間的替代和置換。

在本發明中，禁止使用平面配合的相斥型永磁磁懸浮軸承，但具有錐面配 合的預應力磁懸浮軸承也可以疊加在系統之內，但它屬于不必要的技術特征。

在本發明中，吸引型軸向磁懸浮軸承，包含：電磁型、永磁型和具有永磁 與電磁兩種特征的混合型軸向磁懸浮軸承。下面將分別述及：

(1)電磁型軸向磁懸浮軸承，為具有徑向氣隙的軸向磁懸浮軸承。它是由 設置在旋轉體承托部上，并具有徑向開口的環形凹槽及被該環形凹槽所界定出 的前后環形磁軛和在環形凹槽內設置的電磁線圈所構成具有環形凸極的初級鐵 心，它與設置在旋轉體上并具有徑向開口的環形凹槽及被該環形凹槽所界定出 的前后環形磁軛所構成具有淺槽型環形凸極的次級鐵心所組成。具有環形凸極 的初級鐵心與具有淺槽型環形凸極的次級鐵心通過氣隙相互對正，并使氣隙兩 側相互對應著的磁軛極面的寬度相等。