[發明專利]具有單向高承載力密度的非對稱軸向磁軸承裝置

有效

• 申請號: 202110996140.9
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113719540B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 蘇振中;姜豪;吳超;李志;劉奇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 武漢卓越志誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42266
• 代理人: 董夢娟

本發明提供了一種具有單向高承載力密度的非對稱軸向磁軸承裝置，其包括轉軸、非對稱軸向磁軸承本體、控制器、位移傳感器、功率放大器以及輔助軸承。所述非對稱軸向磁軸承本體包括對稱布置的差動磁軸承定子、單向推力磁軸承定子以及轉子推力盤。所述單向推力磁軸承定子獨立工作在磁性材料的飽和區，用于克服單向的大靜態載荷；所述差動磁軸承定子工作在磁性材料的線性區，用于支承剩余載荷。控制器包含差動控制模塊、前饋控制模塊和靜差電流抑制模塊和求和模塊，可以實現非對稱軸向磁軸承的穩定懸浮以及突加突卸負載工況下的系統快速響應。本發明提供的裝置具有單向承載力密度高、集成化程度高等特點，在軸流式渦輪機械等領域具有廣泛應用前景。

技術領域

本發明涉及磁軸承技術領域，尤其涉及一種具有單向高承載力密度的非對稱軸向磁軸承裝置。

背景技術

磁軸承的工作原理是利用定子與轉子推力盤之間的磁力作用將轉子推力盤懸浮，是一種無接觸支撐的高性能軸承，具有無摩擦、無磨損、無需潤滑的特點，有利于提高渦輪機械的轉速。軸流式渦輪機械在實際工作中，流體沿軸向流入葉片，當葉輪在電機的驅動下旋轉時，會在軸向上產生一個較大的轉子推力。因此，為控制轉子的軸向懸浮，軸向磁軸承必須具備足夠的承載能力克服外界推力的影響。

一般而言，受工作點限制，磁軸承承載力的增加往往伴隨軸承體積的增加，這對于特定結構和尺寸的電機是十分不利的。因此提高軸向磁軸承的單向承載力密度和集成化程度對于拓展軸向磁軸承在軸流式渦輪機械的應用具有重要意義。

申請號為CN201510585671.3的發明專利公開了一種非對稱永磁偏置軸向磁軸承。該非對稱永磁偏置軸向磁軸承由定子鐵芯、帶有推力盤的轉子鐵芯、永磁體和激磁線圈組成。雙E型定子鐵芯組成了磁軸承Z正負方向上的4個定子磁極，Z正和Z負方向各兩個定子磁極。Z正方向和Z負方向的兩個定子磁極之間是兩個磁動勢不同的環形永磁體，可以在提供偏置磁密的時候，同時產生軸向兩個方向不同的靜態承載力。

申請號為CN201310139793.0的發明專利公開了一種單邊混合型軸向磁軸承。該軸向磁軸承由定子組件和轉子組件組成，上述定子組件由環形內磁極、環形永磁體、環形外磁極從內到外依次裝配組成，其中，環形外磁極上開有圓形槽，控制繞組繞制在所述圓形槽內；轉子組件包括轉子推力盤及轉軸，所述轉子推力盤熱套在轉軸上。

但是，上述裝置存在承載力密度低的問題，在應用于具有軸向單向大推力特征的渦輪機械中，體積相對較大。

有鑒于此，有必要設計一種改進的集成化程度高、具有單向高承載力密度的非對稱軸向磁軸承裝置，以解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于對軸向磁軸承的拓撲和結構布置方式進行組合和優化，提供一種集成化程度高、單向承載力密度高的非對稱軸向磁軸承裝置。

為實現上述發明目的，本發明提供了一種具有單向高承載力密度的非對稱軸向磁軸承裝置，其包括轉軸、對轉軸進行軸向懸浮的非對稱軸向磁軸承本體、控制器、位移傳感器以及功率放大器；所述非對稱軸向磁軸承本體包括對稱布置的差動磁軸承定子、單向推力磁軸承定子以及轉子推力盤；

所述單向推力磁軸承定子鐵芯和差動磁軸承定子鐵芯分別采用磁性材料，所述單向推力磁軸承定子鐵芯獨立工作在磁性材料的飽和區，通常工作磁密在1.2T以上；所述差動磁軸承定子鐵芯工作在磁性材料的線性區，通常最大工作磁密在1.2T以下。

作為本發明的進一步改進，所述差動磁軸承定子和所述單向推力磁軸承定子共用一個轉子推力盤。

作為本發明的進一步改進，所述單向推力磁軸承定子設置在所述轉子推力盤的外側，兩個所述差動磁軸承定子對稱布置在所述轉子推力盤的兩側，且沿推力盤的徑向外側放置。

作為本發明的進一步改進，所述差動磁軸承定子與所述單向推力磁軸承定子的最小徑向間隔距離不小于5mm。