[實用新型]一種Halbach陣列磁懸浮軸承與轉子支撐系統

有效

• 申請號: 201420258899.2
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN203836075U
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 張鐵林
• 申請（專利權）人: 張鐵林
• 主分類號: F16F15/30
• 分類號: F16F15/30;F16C32/04
• 代理公司: 天津市宗欣專利商標代理有限公司 12103
• 代理人: 胡恩河

技術領域

本實用新型屬于一種磁懸浮軸承與轉子支撐裝置，具體涉及一種Halbach（海爾貝克）陣列磁懸浮軸承與轉子支撐系統。

背景技術

儲能技術在供電系統的節能、穩定與供電品質方面的應用越來越重要，儲能飛輪作為一項重要的儲能技術，受到世界各國的重視。美國、歐洲及日本均從國家戰略的角度出發，對儲能飛輪的研發提供政策與資金的支持，并獲得了長足的進步。我國在儲能飛輪技術研發方面已與國外先進水平拉開了明顯的差距。

由于儲能飛輪的技術瓶頸之一在于維持自身存儲能量時需要外部提供軸承磨耗、電力變換與氣體摩擦造成的能量損失，在使用機械軸承時，其機械磨耗占據了將近總能量損失的一半。據此極力降低儲能飛輪儲能運行期間的軸承磨耗，成為各國儲能飛輪工程師的重要任務。

以上各國儲能飛輪的轉子支撐技術研發路線以超導、電磁軸承為主，永磁軸承作為輔助手段。由于我國在超導塊體材料的實用化應用方面尚需時日，儲能飛輪走超導懸浮的技術路線很不現實。五自由度電磁軸承一般采取與永磁軸承相結合的方式，應用中技術復雜、成本高，還需要著陸輔助軸承進行保護，在市場的推進方面遇到較大的阻力。機械軸承由于損耗大，劣勢明顯，應用范圍狹窄。

如此一來，永磁懸浮技術成為國內儲能飛輪轉子支撐技術研發的一條重要途徑。

《機械設計與研究》第22卷第四期2006年8月錢坤喜文章《陀螺效應使永磁懸浮心臟泵穩定平衡》中研究了利用轉子達到一定轉速時的陀螺效應，實現了轉子穩定的永磁懸浮。

《International?Journal?of?Research?in?Mechanical?Engineering?and?Technology》Vol.1，Issue?1，Oct?2011中錢坤喜文章《關于陀螺效應對永磁懸浮從靜態到動態平衡穩定的Earnshaw理論拓展》再次論述了陀螺效應實現轉子穩定永磁懸浮現象，認為是關于Earnshaw永磁懸浮理論的拓展。

目前，由于常規的永磁懸浮軸承采用簡單的同極相斥或是異極相吸方式，浮力小，體積大，難于應用到大型轉子結構上，限制了永磁懸浮軸承的應用范圍。同時由于恩紹定理（Earnshaw’s?Theorem）的強制性限制，軸向穩定的磁軸承組合在徑向不穩定，反之亦然。

發明內容

本實用新型是為了克服現有技術中存在的缺點而提出的，其目的是提供一種Halbach陣列磁懸浮軸承與轉子支撐系統。

本實用新型的技術方案是：

一種Halbach陣列磁懸浮軸承與轉子支撐系統，包括飛輪軸，在飛輪軸上安裝有盤式儲能飛輪，在飛輪軸的上下兩端分別安裝有上部機械軸承和下部機械軸承，在上部機械軸承的外圍安裝有上部阻尼器，在下部機械軸承的外圍安裝有下部阻尼器，所述盤式儲能飛輪與上部機械軸承之間的飛輪軸上安裝有上部徑向永磁軸承內環，盤式儲能飛輪與下部機械軸承之間的飛輪軸上安裝有下部徑向永磁軸承內環，上部徑向阻尼器和下部徑向阻尼器分別固定于與上部徑向永磁軸承內環和下部徑向永磁軸承內環相對應的真空容器內壁上，上部徑向阻尼器和下部徑向阻尼器內側分別安裝有上部徑向永磁軸承外環和下部徑向永磁軸承外環；盤式儲能飛輪與下部徑向永磁軸承內環之間的飛輪軸上安裝有軸向永磁軸承內環，在真空容器內壁上對應軸向永磁軸承內環的位置設置有軸向永磁軸承外環；所述的上部徑向永磁軸承內環、上部徑向永磁軸承外環、軸向永磁軸承內環、軸向永磁軸承外環、下部徑向永磁軸承內環和下部徑向永磁軸承外環均是由多個充磁方向不同的環形永磁磁鋼構成的Halbach陣列。

所述的上部機械軸承和下部機械軸承均為具有脫離功能的機械軸承；上部阻尼器、下部阻尼器、上部徑向阻尼器和下部徑向阻尼器均為擠壓膜阻尼器。

所述的上部徑向永磁軸承外環的上端面比上部徑向永磁軸承內環的上端面低δmm、下部徑向永磁軸承外環的上端面比下部徑向永磁軸承內環的上端面低δmm。