[發(fā)明專利]一種新型永磁偏置軸向磁懸浮軸承

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310626711.5
• 申請(qǐng)日: 2013-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103615465A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梅磊;龔飛;張廣明;王德明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F16C32/04
• 分類號(hào): 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: 蔣家華;查俊奎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁懸浮軸承，具體是一種新型永磁偏置軸向磁懸浮軸承；屬于磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

早在1842年，英國(guó)物理學(xué)家Earnshaw就對(duì)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芯與轉(zhuǎn)子鐵芯之間的磁場(chǎng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的無(wú)接觸支承。由于定、轉(zhuǎn)子之間沒(méi)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(wàn)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(lái)說(shuō)，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(dòng)軸承支承的轉(zhuǎn)軸大約高2倍，比采用滑動(dòng)軸承支承的轉(zhuǎn)軸大約高3倍。德國(guó)FAG公司通過(guò)試驗(yàn)得出：滾動(dòng)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(dòng)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(dòng)壓潤(rùn)滑支承的6%，只有滾動(dòng)支承的17%，節(jié)能效果明顯。

3.壽命長(zhǎng)，維護(hù)成本低。由于磁懸浮軸承依靠磁場(chǎng)力懸浮轉(zhuǎn)軸，定、轉(zhuǎn)子之間無(wú)機(jī)械接觸，因此不存在由磨擦、磨損和接觸疲勞所帶來(lái)的壽命問(wèn)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(wú)需添加潤(rùn)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(rùn)滑劑，因此不存在潤(rùn)滑劑對(duì)環(huán)境所造成的污染問(wèn)題，在禁止使用潤(rùn)滑劑和禁止污染的場(chǎng)合，如真空設(shè)備、超凈無(wú)菌室等場(chǎng)合，磁懸浮軸承有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)磁場(chǎng)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(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的懸浮，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)，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(lái)在氣隙中建立控制磁場(chǎng)，這兩個(gè)磁場(chǎng)在氣隙中的疊加和抵消產(chǎn)生了大小和方向都可以主動(dòng)控制的磁場(chǎng)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(lái)產(chǎn)生所需的偏置磁場(chǎng)，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(chǔ)以及能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)磁懸浮軸承的功耗、體積、性能等方面提出了越來(lái)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(shì)，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(gè)重要方向。

目前現(xiàn)有技術(shù)中的軸向磁懸浮軸承存在下述不足之處：

1、中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00510011272.2給出的一種永磁偏置軸向磁軸承，其漏磁較大，利用率不高；

2、中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00910030777.1給出的永磁體位于轉(zhuǎn)子上的混合型軸向磁軸承，其內(nèi)外軸向定子磁極和半徑差別較大，導(dǎo)致漏磁系數(shù)差別較大，很難保證軸向氣隙中偏置磁場(chǎng)相同；

3、中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00710098751.1給出的一種具有冗余結(jié)構(gòu)的低功耗軸向磁軸承，其漏磁較大，利用率不高；

4、中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01120216533.5給出的一種新型永磁偏置型軸向磁懸浮軸承，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積較大，能耗較大。

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(jiǎn)單，體積小，重量輕，能耗少的永磁偏置型軸向磁懸浮軸承。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種新型永磁偏置軸向磁懸浮軸承，包括定子套筒A、定子套筒B、永磁體環(huán)、定子圓盤(pán)A、定子圓盤(pán)B、定子圓盤(pán)C、定子圓盤(pán)D、控制繞組A、控制繞組B、主軸和轉(zhuǎn)子鐵芯；

永磁體環(huán)設(shè)置在定子套筒A和定子套筒B之間，連接定子套筒A和定子套筒B；所述定子套筒A、定子套筒B和永磁體環(huán)的截面厚度均相等；

定子圓盤(pán)A和定子圓盤(pán)B分別設(shè)置在定子套筒A內(nèi)壁的兩端；控制繞組A設(shè)置在定子圓盤(pán)A和定子圓盤(pán)B之間；

定子圓盤(pán)C和定子圓盤(pán)D分別設(shè)置在定子套筒B內(nèi)壁的兩端；控制繞組B設(shè)置在定子圓盤(pán)C和定子圓盤(pán)D之間；

所述定子套筒A和定子圓盤(pán)D的兩個(gè)端面之間連同控制繞組A的內(nèi)壁、控制繞組B的內(nèi)壁、定子圓盤(pán)B的內(nèi)壁以及定子圓盤(pán)C的內(nèi)壁之間形成一個(gè)空氣腔；