[發(fā)明專利]具有被動(dòng)阻尼作用的永磁被動(dòng)式軸向磁懸浮軸承

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110276772.4
• 申請(qǐng)日: 2011-09-19
• 公開（公告）號(hào): CN102434587A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 房建成;樂韻;孫津濟(jì)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): F16C32/04
• 分類號(hào): F16C32/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，特別是一種具有被動(dòng)阻尼作用的永磁被動(dòng)式軸向磁懸浮軸承，可作為電機(jī)、機(jī)床等機(jī)械設(shè)備中旋轉(zhuǎn)部件的無接觸支撐。

背景技術(shù)

磁懸浮軸承分為主動(dòng)式和被動(dòng)式，主動(dòng)式磁懸浮軸承是在永磁偏置基礎(chǔ)上疊加控制線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)而成的磁懸浮軸承，被動(dòng)式磁懸浮軸承是只有永磁磁場(chǎng)而成的磁懸浮軸承。主動(dòng)式磁懸浮軸承能夠提供可變剛度和阻尼的懸浮支撐，因此可以承受較大的動(dòng)載荷，有較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。但它也有幾個(gè)方面的不足，其一是必須安裝多個(gè)對(duì)精度要求較高的傳感器，一旦一個(gè)傳感器時(shí)效，就不能正常支撐，從而降低了系統(tǒng)的可靠性；其二時(shí)需要高品質(zhì)的控制器和高性能的功率放大器，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性及系統(tǒng)失效的可能，同時(shí)也導(dǎo)致支承系統(tǒng)體積較大。被動(dòng)式磁軸承則不需要激磁電流，不需傳感器及控制器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。但被動(dòng)式磁懸浮軸承在被支撐件發(fā)生軸向位移時(shí)容易產(chǎn)生位移震蕩，影響了系統(tǒng)的可靠性，目前采用的方法是在被動(dòng)式磁懸浮軸承的基礎(chǔ)上，在軸向或徑向處加一個(gè)主動(dòng)控制線圈，該方法可以消除位移震蕩，但這將增加了控制主動(dòng)線圈電流所增加的控制器，同時(shí)在系統(tǒng)的軸向要設(shè)置軸向傳感器。Halbach磁場(chǎng)具有一邊磁場(chǎng)削弱、一邊磁場(chǎng)加強(qiáng)的特點(diǎn)。所以，采用Halbach磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的被動(dòng)阻尼器，在使用的永磁材料體積相同的情況下能獲得最大的阻尼。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有被動(dòng)阻尼作用的永磁被動(dòng)式軸向磁懸浮軸承，這種軸承無功耗、體積小、重量輕、加工制造方便、提高了系統(tǒng)的可靠性。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：具有被動(dòng)阻尼作用的永磁被動(dòng)式軸向磁懸浮軸承，其特征在于：該磁軸承為分裝式，由靜止部分和可動(dòng)部分組成，靜止部分與設(shè)備的固定部分相連，可動(dòng)部分與設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)部分相連。靜止部分包括定子軸承安裝套、定子阻尼安裝套、定子導(dǎo)磁環(huán)、定子永磁體、定子阻尼永磁；可動(dòng)部分包括轉(zhuǎn)子軸、空心杯轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子齒、阻尼銅套，在靜止部分中，定子永磁體與定子導(dǎo)磁環(huán)沿軸向交叉依次排列，共同安裝在定子軸承安裝套上，定子永磁體為軸向充磁，以同極相對(duì)的形式排列，定子阻尼永磁體位于軸承安裝套內(nèi)側(cè)，按Halbach充磁方式組成，安裝在定子阻尼安裝套上，定子阻尼安裝套與定子軸承安裝套在一端相連，并共同安裝在定子上，在轉(zhuǎn)動(dòng)部分中，空心杯轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)為阻尼銅套，空心杯轉(zhuǎn)子外側(cè)為轉(zhuǎn)子齒，轉(zhuǎn)子齒的數(shù)量與定子導(dǎo)磁環(huán)的數(shù)量一致，且每個(gè)轉(zhuǎn)子齒的軸向長(zhǎng)度與其對(duì)應(yīng)的定子導(dǎo)磁環(huán)的軸向長(zhǎng)度一致，兩者在軸向位置上對(duì)齊，轉(zhuǎn)子齒外側(cè)為定子導(dǎo)磁環(huán)，兩者留有一定的間隙，形成氣隙，阻尼銅套內(nèi)側(cè)為定子阻尼永磁體，兩者也留有一定的間隙，形成阻尼氣隙。其特征在于：定子導(dǎo)磁環(huán)每塊厚度不同，位于相鄰定子永磁體之間的定子導(dǎo)磁環(huán)厚度為2～6mm，而位于與定子軸承安裝套相連的定子導(dǎo)磁環(huán)的厚度為相鄰定子永磁體之間定子導(dǎo)磁環(huán)厚度的一半。阻尼銅套的厚度為1～2mm，采用普通純銅經(jīng)鈍化處理制成。定子永磁體與定子阻尼永磁體為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，采用稀土永磁材料或鐵氧體永磁材料制成。定子導(dǎo)磁環(huán)采用導(dǎo)磁性能良好的材料，如電工純鐵制成。定子阻尼安裝套、定子軸承安裝套采用強(qiáng)度較高的不導(dǎo)磁材料，如1Cr18Ni9Ti制成。轉(zhuǎn)子軸、空心杯轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子齒采用強(qiáng)度較高的導(dǎo)磁材料，如40Cr制成。

本發(fā)明的原理是：具有被動(dòng)阻尼作用的永磁被動(dòng)式軸向磁懸浮軸承，利用永磁體磁阻力提供軸向剛度，利用置于磁場(chǎng)中銅片的渦流提供阻尼力。每塊定子永磁體3經(jīng)其兩側(cè)的定子導(dǎo)磁環(huán)2、氣隙4及定子導(dǎo)磁環(huán)2對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子齒10形成閉合回路，如圖2所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子受到外部干擾而產(chǎn)生軸向偏移時(shí)，每環(huán)定子導(dǎo)磁環(huán)2與其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子齒10出現(xiàn)軸向偏移從而在氣隙4中產(chǎn)生與外部干擾力方向相反的軸向回復(fù)力，使得轉(zhuǎn)子保持軸向穩(wěn)定。定子阻尼永磁體6為Halbach排列，經(jīng)過阻尼氣隙7、阻尼銅套8及空心杯轉(zhuǎn)子9形成閉合回路，如圖2所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向出現(xiàn)震蕩時(shí)，定子阻尼永磁體6將在阻尼銅套8上產(chǎn)生磁通變化，并產(chǎn)生阻尼電流，阻止轉(zhuǎn)子的震蕩，使轉(zhuǎn)子恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：與現(xiàn)有主動(dòng)式軸向磁懸浮軸承相比，節(jié)省軸向傳感器、控制線圈以及控制線圈所需要的控制器，縮小了體積、減輕了重量、消除了損耗、提高了系統(tǒng)的可靠性；與現(xiàn)有被動(dòng)式軸向磁懸浮軸承相比，本發(fā)明轉(zhuǎn)子采用杯形結(jié)構(gòu)，使得阻尼銅套可以安裝于杯形轉(zhuǎn)子的內(nèi)壁上，能為系統(tǒng)提供較大的阻尼，省去了主動(dòng)控制線圈，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，保持了系統(tǒng)的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的具有被動(dòng)阻尼作用的永磁被動(dòng)式軸向磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的具有被動(dòng)阻尼作用的永磁被動(dòng)式軸向磁懸浮軸承磁路圖。

具體實(shí)施方式