[發明專利]一種可調剛度徑向永磁軸承

有效

• 申請號: 201410291061.8
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104019130A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 張云鵬;薛博文
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種軸承，尤其涉及一種可調剛度徑向永磁軸承。

背景技術

磁軸承的理論研究最早從永磁軸承開始，Earnshaw等人發現，僅由永磁軸承不能實現所有自由度的穩定懸浮。Yonnet等提出了多種結構的徑向和軸向永磁軸承，并建立模型對其承載力和剛度進行了計算。Dellinger，譚慶昌等人利用等效磁荷法，對軸向磁化的徑向永磁軸承進行了數學建模和求解。田錄林等人利用磁路模型和虛位移法對多種永磁軸承的剛度和承載力進行了計算。以上研究都集中在求解永磁軸承的承載力和剛度與永磁體尺寸、懸浮間隙之間的關系，剛度由系統的結構參數決定，一旦設計加工完成后，無法進行調節，缺乏可調剛度永磁軸承的理論與應用研究。

徑向永磁磁懸浮軸承利用永磁體之間的磁力，實現轉子懸浮于徑向設定位置。目前的徑向永磁軸承多采用雙環狀，或者多環狀結構，轉子部分由一個或者多個磁環軸向并排裝配，定子部分也由一個或者多個磁環軸向并排裝配，兩者無物理接觸。當轉子在徑向偏移平衡位置時，定子磁環對轉子磁環會產生一個指向平衡位置的徑向力，使轉子回到平衡位置，從而實現徑向的被動懸浮。剛度是表征徑向永磁軸承特性的主要指標和參數。

永磁軸承在應用中常常要面臨可變負載，因此剛度不可調節往往影響永磁軸承的被動懸浮特性。另外，剛度調節在高速旋轉機械過臨界轉速和振動抑制方面都有重要的作用。傳統永磁軸承剛度不可調，從而限制了永磁軸承的應用。實現永磁軸承剛度的調節，將拓寬永磁軸承的應用。

目前的徑向永磁軸承的缺點是，剛度由系統的結構參數決定，具體包括永磁體的磁性能、結構尺寸、充磁方向等參數，一旦設計加工完成后，轉子在空間某一位置時，徑向永磁軸承的剛度是確定的，無法進行調節。

徑向永磁軸承的剛度無法調節，會導致一系列的系統問題：

1)系統的支撐性能無法調節，無法適應可變負載。

2)系統的臨界轉速由剛度確定，當工作轉速在臨界轉速附近時，將發生共振，導致系統不穩定。

3)與電磁軸承相比，不具備承載力可調、剛度可調的特性，限制了徑向永磁軸承應用。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種可調剛度徑向永磁軸承，該徑向永磁軸承的剛度可以根據實際工程需求進行調節，能夠適應不同負載的需要。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種可調剛度徑向永磁軸承，包括：定子、定子永磁磁環、定子磁環調節裝置、轉子、轉子永磁磁環；

在定子和轉子的內周面相對應位置處分別設置數量相同的定子永磁磁環和轉子永磁磁環；

所述定子永磁磁環上連接有用于調節定子磁環軸向間距的定子磁環調節裝置，定子磁環調節裝置能夠在外力下帶動定子永磁磁環沿軸向移動，所述定子永磁磁環與轉子永磁磁環之間留有用于形成徑向氣隙的間隙。

所述定子磁環調節裝置一端設有用于與定子永磁磁環連接的連接頭、另一端設有用于帶動定子磁環調節裝置旋轉的旋轉頭，定子磁環調節裝置的中間部分與定子接觸的一面設有用于與定子進行配合連接的螺紋結構；所述旋轉頭位于定子外側，由外部驅動裝置驅動旋轉，進而通過改變定子磁環調節裝置旋進定子的距離控制定子磁環調節裝置軸向位置的改變。

所述外部驅動裝置驅動為外部步進電機，由電機控制定子磁環調節裝置軸向位置的改變。

所述定子磁環調節裝置由非磁性材料制成。

所述定子磁環調節裝置與定子永磁磁環之間通過粘接或者機械配合方式緊固連接；定子磁環調節裝置能夠由外力驅動沿軸向移動。

所述轉子設置在定子內部或者轉子設置在定子外部。

所述定子永磁磁環由兩個軸向充磁且充磁方向相對的定子磁環組成，每一個定子磁環均連接用于調節定子磁環軸向間距的定子磁環調節裝置。

所述轉子永磁磁環由兩個軸向充磁且充磁方向相對的轉子磁環組成。

所述定子永磁磁環和轉子永磁磁環分別在定子和轉子的內周面上均勻布置。

本發明的有益效果：

1)與傳統徑向永磁軸承相比，當轉子處于某一位置時，可以通過調節定子磁環的軸向位置和軸向間距，調節定子轉子之間徑向力和徑向懸浮剛度，傳統徑向永磁軸承無法調節。

2)本發明結構簡單，傳統的剛度可調的徑向電磁軸承需要傳感器、控制器、功率放大器等硬件，本發明省略的這些硬件。

3)本結構通過徑向剛度調節，可以改變轉子的臨界轉速，可以適應不同的工作環境。

附圖說明

圖1為可調剛度徑向永磁軸承轉子在內的結構示意圖；