[發明專利]一種五自由度永磁偏置磁懸浮軸承

有效

• 申請號: 201710006200.1
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106640965B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 梅磊;張廣明;歐陽慧珉;鄧歆;郝培華
• 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: 涂春春

本發明公開了一種五自由度永磁偏置磁懸浮軸承，所要解決的技術問題是：針對背景技術中提及的現有技術中的永磁型磁懸浮軸承、電磁偏置型磁懸浮軸承以及永磁偏置型磁懸浮軸承存在的缺點。采取的技術方案是：一種五自由度永磁偏置磁懸浮軸承，包括環形轉子，兩個環形徑向定子，兩個永磁體和環形軸向定子。本發明五自由度永磁偏置磁懸浮軸承，結構簡單、緊湊，能夠實現五自由度主動控制且徑向兩個自由度磁場的磁路無耦合。

技術領域

本發明涉及一種磁懸浮軸承，具體是一種永磁偏置五自由度磁懸浮軸承，屬于磁懸浮領域。

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心與轉子鐵心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。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對背景技術中提及的現有技術中的永磁型磁懸浮軸承、電磁偏置型磁懸浮軸承以及永磁偏置型磁懸浮軸承存在的缺點。

本發明的目的是提出一種結構簡單、緊湊，能夠實現五自由度主動控制且徑向兩個自由度磁場的磁路無耦合的永磁偏置五自由度磁懸浮軸承。

為解決上述技術問題，本發明采取的技術方案是：