[實用新型]一種新型永磁偏置軸向磁懸浮軸承

有效

• 申請號: 201320779604.1
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN203585088U
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 梅磊;龔飛;張廣明;王德明
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 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任公司 32112
• 代理人: 蔣家華;查俊奎

技術領域

本實用新型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；屬于磁懸浮技術領域。

背景技術

早在1842年，英國物理學家Earnshaw就對磁懸浮軸承技術進行了研究和論述，磁懸浮軸承技術的基本原理是利用定子鐵芯與轉子鐵芯之間的磁場力來實現轉軸的無接觸支承。由于定、轉子之間沒有機械接觸，磁懸浮軸承具有以下優點：

1.能夠承受極高的轉速。采用磁懸浮軸承支承的轉軸可以在超臨界、每分鐘數十萬轉的工況下運行，其圓周速度只受轉軸材料強度的限制。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軸能達到的轉速比采用滾動軸承支承的轉軸大約高2倍，比采用滑動軸承支承的轉軸大約高3倍。德國FAG公司通過試驗得出：滾動軸承的dn值，即軸承平均直徑與主軸極限轉速的乘積，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，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%，節能效果明顯。

3.壽命長，維護成本低。由于磁懸浮軸承依靠磁場力懸浮轉軸，定、轉子之間無機械接觸，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高于傳統的機械軸承。

4.無需添加潤滑劑。由于定、轉子之間不存在機械摩擦，工作時不需要添加潤滑劑，因此不存在潤滑劑對環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，如真空設備、超凈無菌室等場合，磁懸浮軸承有著無可比擬的優勢。

根據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）來實現轉軸的懸浮，其結構簡單，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時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生了大小和方向都可以主動控制的磁場吸力，從而實現了轉子的穩定懸浮，這種類型的磁懸浮軸承剛度大，可以精密控制，但產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在航空航天、能量存儲以及能量轉換等領域的廣泛應用，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使它在這些領域有著不可替代的優勢，永磁偏置型磁懸浮軸承技術也成為磁懸浮軸承技術研究與發展的一個重要方向。

目前現有技術中的軸向磁懸浮軸承存在下述不足之處：

1、中國專利申請號200510011272.2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、中國專利申請號200910030777.1給出的永磁體位于轉子上的混合型軸向磁軸承，其內外軸向定子磁極和半徑差別較大，導致漏磁系數差別較大，很難保證軸向氣隙中偏置磁場相同；

3、中國專利申請號200710098751.1給出的一種具有冗余結構的低功耗軸向磁軸承，其漏磁較大，利用率不高；

4、中國專利申請號201120216533.5給出的一種新型永磁偏置型軸向磁懸浮軸承，其結構較復雜，體積較大，能耗較大。

發明內容

本實用新型的目的在于提出一種更為結構簡單，體積小，重量輕，能耗少的永磁偏置型軸向磁懸浮軸承。

為了解決上述技術問題，本實用新型采取的技術方案是：

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、定子圓盤A、定子圓盤B、定子圓盤C、定子圓盤D、控制繞組A、控制繞組B、主軸和轉子鐵芯；

永磁體環設置在定子套筒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和永磁體環的截面厚度均相等；

定子圓盤A和定子圓盤B分別設置在定子套筒A內壁的兩端；控制繞組A設置在定子圓盤A和定子圓盤B之間；

定子圓盤C和定子圓盤D分別設置在定子套筒B內壁的兩端；控制繞組B設置在定子圓盤C和定子圓盤D之間；

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