[發(fā)明專利]一種永磁偏置型軸向磁懸浮軸承

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201210505603.8
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN102927128A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張廣明;朱劍;張申;梅磊
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁懸浮軸承，具體是一種永磁偏置型軸向磁懸浮軸承，屬于磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

早在1842年，英國物理學(xué)家Earnshaw就對磁懸浮軸承技術(shù)進(jìn)行了研究和論述，磁懸浮軸承技術(shù)的基本原理是利用定子鐵心與轉(zhuǎn)子鐵心之間的磁場力來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的無接觸支承。由于定、轉(zhuǎn)子之間沒有機(jī)械接觸，磁懸浮軸承具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.能夠承受極高的轉(zhuǎn)速。采用磁懸浮軸承支承的轉(zhuǎn)軸可以在超臨界、每分鐘數(shù)十萬轉(zhuǎn)的工況下運(yùn)行，其圓周速度只受轉(zhuǎn)軸材料強(qiáng)度的限制。通常來說，在軸頸直徑相同的情況下，采用磁懸浮軸承支承的轉(zhuǎn)軸能達(dá)到的轉(zhuǎn)速比采用滾動軸承支承的轉(zhuǎn)軸大約高2倍，比采用滑動軸承支承的轉(zhuǎn)軸大約高3倍。德國FAG公司通過試驗(yàn)得出：滾動軸承的dn值，即軸承平均直徑與主軸極限轉(zhuǎn)速的乘積，約為2.5~3×10⁶mm·r/min，滑動軸承的dn值約為0.8~2×10⁶mm·r/min，磁懸浮軸承的dn值約為4~6×10⁶mm·r/min。

2.摩擦功耗較小。在10000r/min時(shí)，磁懸浮軸承的功耗大約只有流體動壓潤滑支承的6%，只有滾動支承的17%，節(jié)能效果明顯。

3.壽命長，維護(hù)成本低。由于磁懸浮軸承依靠磁場力懸浮轉(zhuǎn)軸，定、轉(zhuǎn)子之間無機(jī)械接觸，因此不存在由磨擦、磨損和接觸疲勞所帶來的壽命問題，所以磁懸浮軸承的壽命與可靠性均遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的機(jī)械軸承。

4.無需添加潤滑劑。由于定、轉(zhuǎn)子之間不存在機(jī)械摩擦，工作時(shí)不需要添加潤滑劑，因此不存在潤滑劑對環(huán)境所造成的污染問題，在禁止使用潤滑劑和禁止污染的場合，如真空設(shè)備、超凈無菌室等場合，磁懸浮軸承有著無可比擬的優(yōu)勢。

根據(jù)磁場建立方式的不同，磁懸浮軸承可分為永磁型、電磁偏置型和永磁偏置型三種類型。

永磁型磁懸浮軸承主要利用磁性材料之間固有的斥力或吸力（如永磁材料之間，永磁材料與軟磁材料之間）來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的懸浮，其結(jié)構(gòu)簡單，能量損耗少，但剛度和阻尼也都比較小。

電磁偏置型磁懸浮軸承由通入直流電的偏磁繞組在氣隙中建立偏置磁場，由通入大小和方向都受到實(shí)時(shí)控制的交變電流的控制繞組來在氣隙中建立控制磁場，這兩個磁場在氣隙中的疊加和抵消產(chǎn)生了大小和方向都可以主動控制的磁場吸力，從而實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮，這種類型的磁懸浮軸承剛度大，可以精密控制，但產(chǎn)生單位承載力所需的體積、重量和功耗也都比較大。

永磁偏置型磁懸浮軸承采用永磁材料替代偏磁線圈來產(chǎn)生所需的偏置磁場，能夠較大程度地降低磁懸浮軸承的能量損耗，隨著磁懸浮軸承技術(shù)在航空航天、能量存儲以及能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對磁懸浮軸承的功耗、體積、性能等方面提出了越來越高的要求，永磁偏置型磁懸浮軸承的特點(diǎn)使它在這些領(lǐng)域有著不可替代的優(yōu)勢，永磁偏置型磁懸浮軸承技術(shù)也成為磁懸浮軸承技術(shù)研究與發(fā)展的一個重要方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種更為結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，能耗少的永磁偏置型軸向磁懸浮軸承。

本發(fā)明包括：

定子套筒，其內(nèi)側(cè)從左到右分別設(shè)置有定子圓盤A、定子圓盤B、定子圓盤C；

控制繞組A，安裝在定子套筒的內(nèi)壁上，位于定子圓盤A與定子圓盤B之間；

控制繞組B，安裝在定子套筒的內(nèi)壁上，位于定子圓盤B與定子圓盤C之間；

主軸A，其上安裝有轉(zhuǎn)子鐵心A，轉(zhuǎn)子鐵心A位于定子圓盤A和定子圓盤B之間，;

主軸B，其上安裝有轉(zhuǎn)子鐵心B，轉(zhuǎn)子鐵心B位于定子圓盤B和定子圓盤C之間；

永磁體，安裝在主軸A和主軸B之間。

上述定子圓盤A內(nèi)端面與主軸A外端面之間、定子圓盤A右端面與轉(zhuǎn)子鐵心A左端面之間、控制繞組A內(nèi)端面與轉(zhuǎn)子鐵心A外端面之間、定子圓盤B內(nèi)端面與永磁體外端面之間、定子圓盤B左端面與轉(zhuǎn)子鐵心A右端面之間、定子圓盤B右端面與轉(zhuǎn)子鐵心B左端面之間、控制繞組B內(nèi)端面與轉(zhuǎn)子鐵心B外端面之間、定子圓盤C內(nèi)端面與主軸B外端面之間、定子圓盤C左端面與轉(zhuǎn)子鐵心B右端面之間均存在氣隙。

定子圓盤A右端面與轉(zhuǎn)子鐵心A左端面之間、定子圓盤B左端面與轉(zhuǎn)子鐵心A右端面之間、定子圓盤B右端面與轉(zhuǎn)子鐵心B左端面之間、定子圓盤C左端面與轉(zhuǎn)子鐵心B右端面之間氣隙的作用主要是作為磁場能量存儲的介質(zhì)，其寬度優(yōu)選0.3~1.5mm。