[發(fā)明專利]磁懸浮軸承的軸向磁軸承結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2022-04-19
• 公開（公告）號: CN114857170B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉才勇;陸錦濤;秦成宇
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 徐美琳

本發(fā)明公開了磁懸浮軸承的軸向磁軸承結(jié)構(gòu)，屬于磁懸浮軸承技術(shù)領(lǐng)域。包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件，對于電勵磁磁阻式軸向磁軸承結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸及套裝在轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子軛；定子組件包括定子磁極、定子勵磁線圈以及隔磁環(huán)。定子磁極和轉(zhuǎn)子軛對應(yīng)位置均開有相同數(shù)量相同結(jié)構(gòu)的齒，并錯開一定位置。在定子磁極中插入永磁體可以構(gòu)成混合勵磁磁阻式軸向磁軸承結(jié)構(gòu)。合并中間兩個齒型結(jié)構(gòu)且取消掉隔磁環(huán)，整個圓筒分成四個定子磁極，可以構(gòu)成軸徑向磁軸承。本發(fā)明取消了傳統(tǒng)軸向磁軸承的推力盤結(jié)構(gòu)，有效解決了裝配與不易動平衡校準(zhǔn)的問題，軸向推力也與齒數(shù)成近似的正比關(guān)系，具有較好的承載能力。合理選擇齒間偏移位置，可以得到較好的位移剛度性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁懸浮軸承技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及磁懸浮軸承的軸向磁軸承結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

磁懸浮軸承技術(shù)是利用定、轉(zhuǎn)子之間的電磁力，將轉(zhuǎn)子懸浮于空間中，從而避免定轉(zhuǎn)子之間的機(jī)械接觸，是一種高性能的新型軸承。由于定轉(zhuǎn)子之間沒有機(jī)械摩擦，軸承轉(zhuǎn)子可以承受很高的轉(zhuǎn)速，具有壽命長、能耗低、無潤滑、無污染等優(yōu)點(diǎn)，在高速、真空及超潔凈等特殊的應(yīng)用場合具有無可替代的優(yōu)勢。

傳統(tǒng)的軸向磁軸承，利用推力盤結(jié)構(gòu)與電勵磁產(chǎn)生的磁場之間的電磁力來提供軸向承載力，然而該結(jié)構(gòu)中推力盤的存在使得軸向磁軸承軸向長度過大，存在安裝困難、拆卸不方便、動平衡校驗(yàn)不準(zhǔn)等問題，限制了其發(fā)展與應(yīng)用。而現(xiàn)有的一些采用氣隙磁導(dǎo)變化來解決該問題的磁軸承結(jié)構(gòu)，其軸向最大承載力較小，且具有較大的負(fù)位移剛度，控制性能較差。

在中國專利CN103939465B公開的一種單自由度軸向磁軸承中，通過軸向移動時，勵磁電流的改變，使得轉(zhuǎn)子軛兩端磁通變化，實(shí)現(xiàn)軸向懸浮力的改變，從而實(shí)現(xiàn)軸向平穩(wěn)控制。該專利取消了推力盤結(jié)構(gòu)，解決了部分推力盤引入的工程加工問題，但是該結(jié)構(gòu)僅僅依靠轉(zhuǎn)子軛兩端的磁通變化來產(chǎn)生電磁力，磁極有效的接觸面積不大，軸向承載力較小、易造成一邊極身過飽和，同時發(fā)生偏移時偏移處的氣隙磁導(dǎo)變小，電磁力變大，具有較差的位移剛度。此外，該結(jié)構(gòu)僅僅在轉(zhuǎn)子軛的兩端受力，易產(chǎn)生波動，受力不均勻。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供磁懸浮軸承的軸向磁軸承結(jié)構(gòu)，旨在取消推力盤結(jié)構(gòu)，同時發(fā)生軸向偏移時，氣隙不發(fā)生變化，使得軸向磁軸承的加工工藝變得簡單，解決了動平衡難以校準(zhǔn)、加工成本較高、不便于集成到系統(tǒng)中的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種磁懸浮軸承的軸向磁軸承結(jié)構(gòu)，所述軸向勵磁結(jié)構(gòu)為電勵磁磁阻式軸向磁軸承，包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件，所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸1及套裝在轉(zhuǎn)軸1上的轉(zhuǎn)子軛2；所述定子組件包括四個定子磁極301、302、303、304、被定子磁極301、302、303、304包圍空間內(nèi)的兩個定子勵磁線圈401、402，以及隔磁環(huán)5。隔磁環(huán)5頂部與定子磁極301、302、303、304頂部對齊，底部與定子磁極301、302、303、304齒底部對齊。定子磁極301、302、303、304最底端和轉(zhuǎn)子軛2的最頂部之間留有工作氣隙。定子磁極301、302、303、304和轉(zhuǎn)子軛2上均開有小齒。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的定子磁極301、302、303、304和轉(zhuǎn)子軛2上所開齒的數(shù)量和齒形結(jié)構(gòu)相同，且齒寬齒距比在0.2-0.8之間，齒距氣隙比在10-100之間，每極下的齒數(shù)N≥2。定子磁極301、302、303、304上的齒和轉(zhuǎn)子軛2上的齒之間錯開一定的距離。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的定子勵磁線圈401、402采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子軛2、定子磁極301、302、303、304和隔磁環(huán)5均采用圓筒結(jié)構(gòu)。定子磁極301、302、303、304和轉(zhuǎn)子軛2采用鐵磁材料，隔磁環(huán)5采用非鐵磁材料。