專利名稱：一種永磁偏置型軸向磁懸浮軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種磁懸浮軸承，具體是一種永磁偏置型軸向磁懸浮軸承，屬于磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
早在1842年，英國物理學家Earnshaw就對磁懸浮軸承技術(shù)進行了研究和論述，磁懸浮軸承技術(shù)的基本原理是利用定子鐵心與轉(zhuǎn)子鐵心之間的磁場力來實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的無接觸支承。由于定、轉(zhuǎn)子之間沒有機械接觸，磁懸浮軸承具有以下優(yōu)點1.能夠承受極高的轉(zhuǎn)速。采用磁懸浮軸承支承的轉(zhuǎn)軸可以在超臨界、每分鐘數(shù)十萬轉(zhuǎn)的工況下運行，其圓周速度只受轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸能達到的轉(zhuǎn)速比采用滾動軸承支承的轉(zhuǎn)軸大約高2 倍，比采用滑動軸承支承的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速的乘積，約為2. 5 3 X 106mm · r/min，滑動軸承的dn值約為0. 8 2 X 106mm · r/min，磁懸浮軸承的dn值約為4 6X 106mm · r/min。2.摩擦功耗較小。在lOOOOr/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(jié)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(zhuǎn)軸，定、轉(zhuǎn)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(tǒng)的機械軸承。4.無需添加潤滑劑。由于定、轉(zhuǎn)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(huán)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(shè)備、超凈無菌室等場合，磁懸浮軸承有著無可比擬的優(yōu)勢。根據(jù)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(xiàn)轉(zhuǎn)軸的懸浮，其結(jié)構(gòu)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(chǎn)生了大小和方向都可以主動控制的磁場吸力，從而實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮，這種類型的磁懸浮軸承剛度大，可以精密控制，但產(chǎn)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(chǎn)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(shù)在航空航天、能量存儲以及能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)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(lǐng)域有著不可替代的優(yōu)勢，永磁偏置型磁懸浮軸承技術(shù)也成為磁懸浮軸承技術(shù)研究與發(fā)展的一個重要方向。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，能耗少的永磁偏置型軸向磁懸浮軸承。本實用新型包括定子套筒A，其內(nèi)左右兩側(cè)分別設(shè)置有定子圓盤A和定子圓盤B ；定子套筒B，其內(nèi)左右兩側(cè)分別設(shè)置有定子圓盤C和定子圓盤D ；控制繞組A，安裝在定子套筒A的內(nèi)壁上，位于定子圓盤A與定子圓盤B之間；控制繞組B，安裝在定子套筒B的內(nèi)壁上，位于定子圓盤A與定子圓盤B之間；永磁體，安裝在定子套筒A與定子套筒B之間；主軸，其上安裝有轉(zhuǎn)子鐵心A和轉(zhuǎn)子鐵心B，轉(zhuǎn)子鐵心A位于定子圓盤A和定子圓盤B之間，轉(zhuǎn)子鐵心B位于定子圓盤C和定子圓盤D之間。上述定子圓盤A內(nèi)端面與主軸外端面之間、定子圓盤A右端面與轉(zhuǎn)子鐵心A左端面之間、控制繞組A內(nèi)端面與轉(zhuǎn)子鐵心A外端面之間、定子圓盤B內(nèi)端面與主軸外端面之間、定子圓盤B左端面與轉(zhuǎn)子鐵心A右端面之間、定子圓盤C內(nèi)端面與主軸外端面之間、定子圓盤C右端面與轉(zhuǎn)子鐵心B左端面之間、控制繞組B內(nèi)端面與轉(zhuǎn)子鐵心B外端面之間、定子圓盤D內(nèi)端面與主軸外端面之間、定子圓盤D左端面與轉(zhuǎn)子鐵心B右端面之間均存在氣隙。定子圓盤A右端面與轉(zhuǎn)子鐵心A左端面之間、定子圓盤B左端面與轉(zhuǎn)子鐵心A右端面之間、定子圓盤C右端面與轉(zhuǎn)子鐵心B左端面之間、定子圓盤D左端面與轉(zhuǎn)子鐵心B右端面之間氣隙的作用主要是作為磁場能量存儲的介質(zhì)，其寬度優(yōu)選0. 3^1. 5mm。定子圓盤A內(nèi)端面與主軸外端面之間、控制繞組A內(nèi)端面與轉(zhuǎn)子鐵心A外端面之間、定子圓盤B內(nèi)端面與主軸外端面之間、定子圓盤C內(nèi)端面與主軸外端面之間、控制繞組B 內(nèi)端面與轉(zhuǎn)子鐵心B外端面之間、定子圓盤D內(nèi)端面與主軸外端面之間氣隙的作用主要是防止相關(guān)部件產(chǎn)生接觸，其寬度優(yōu)選廣3mm?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)，本實用新型的磁懸浮軸承具有以下優(yōu)點本實用新型利用永磁體在氣隙中建立偏置磁場，利用定子圓盤和轉(zhuǎn)子鐵心之間的相互作用實現(xiàn)轉(zhuǎn)子在軸向的穩(wěn)定懸浮，相對于傳統(tǒng)的永磁偏置型軸向磁懸浮軸承，本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、能量少等眾多優(yōu)點，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中標號名稱1、定子圓盤A。2、定子套筒A。3、定子圓盤B。4、定子圓盤C。 5、定子套筒B。6、定子圓盤D。7、主軸。8、轉(zhuǎn)子鐵心B。9、控制繞組B。10、永磁體。11、控制繞組A。12、轉(zhuǎn)子鐵心A。
具體實施方式
如圖1所示，定子圓盤Al、定子圓盤B3、控制繞組All均固定在定子套筒A2內(nèi)部，
4控制繞組All位于定子圓盤Al與定子圓盤B3之間。定子圓盤C4、定子圓盤D6、控制繞組B9均固定在定子套筒B5內(nèi)部，控制繞組B9 位于定子圓盤C4與定子圓盤D6之間。永磁體10位于定子套筒A2與定子套筒B5之間，永磁體10左端面與定子套筒A2 右端面接觸，永磁體10右端面與定子套筒B5左端面接觸。轉(zhuǎn)子鐵心A12、轉(zhuǎn)子鐵心B8均套裝在主軸7外部，其內(nèi)端面均與主軸7的外端面接觸。轉(zhuǎn)子鐵心A12位于定子圓盤Al和定子圓盤B3之間，，轉(zhuǎn)子鐵心B8位于定子圓盤C4和定子圓盤D6之間。定子圓盤Al內(nèi)端面與主軸7外端面之間、定子圓盤Al右端面與轉(zhuǎn)子鐵心A12左端面之間、控制繞組All內(nèi)端面與轉(zhuǎn)子鐵心A12外端面之間、定子圓盤B3內(nèi)端面與主軸7 外端面之間、定子圓盤B3左端面與轉(zhuǎn)子鐵心A12右端面之間、定子圓盤C4內(nèi)端面與主軸7 外端面之間、定子圓盤C4右端面與轉(zhuǎn)子鐵心B8左端面之間、控制繞組B9內(nèi)端面與轉(zhuǎn)子鐵 WBS外端面之間、定子圓盤D6內(nèi)端面與主軸7外端面之間、定子圓盤D6左端面與轉(zhuǎn)子鐵心B8右端面之間均存在氣隙。本實用新型利用永磁體10在定子圓盤Al右端面與轉(zhuǎn)子鐵心A12左端面之間、定子圓盤B3左端面與轉(zhuǎn)子鐵心A12右端面之間、定子圓盤C4右端面與轉(zhuǎn)子鐵心B8左端面之間、定子圓盤D6左端面與轉(zhuǎn)子鐵心B8右端面之間的氣隙中建立偏置磁場；利用控制繞組 All在定子圓盤Al右端面與轉(zhuǎn)子鐵心A12左端面之間、定子圓盤B3左端面與轉(zhuǎn)子鐵心A12 右端面之間的氣隙中建立控制磁場；利用控制繞組B9在定子圓盤C4右端面與轉(zhuǎn)子鐵心B8 左端面之間、定子圓盤D6左端面與轉(zhuǎn)子鐵心B8右端面之間的氣隙中建立控制磁場，利用定子圓盤Al、定子圓盤B3與轉(zhuǎn)子鐵心A12之間的相互作用，定子圓盤C4、定子圓盤D6與轉(zhuǎn)子鐵心B8之間的相互作用實現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸向自由度的主動懸浮。
權(quán)利要求1.一種永磁偏置型軸向磁懸浮軸承，其特征在于包括定子套筒A (2)，其內(nèi)左右兩側(cè)分別設(shè)置有定子圓盤A (1)和定子圓盤B (3)；定子套筒B (5)，其內(nèi)左右兩側(cè)分別設(shè)置有定子圓盤C (4)和定子圓盤D (6)；控制繞組A (11)，安裝在定子套筒A (2)的內(nèi)壁上，位于定子圓盤A (1)與定子圓盤B (3)之間；控制繞組B (9)，安裝在定子套筒B (5)的內(nèi)壁上，位于定子圓盤A (1)與定子圓盤B (3)之間；永磁體(10)，安裝在定子套筒A (2)與定子套筒B (5)之間；主軸(7)，其上安裝有轉(zhuǎn)子鐵心A (12)和轉(zhuǎn)子鐵心B (8)，轉(zhuǎn)子鐵心A (12)位于定子圓盤A (1)和定子圓盤B (3)之間，轉(zhuǎn)子鐵心B (8)位于定子圓盤C (4)和定子圓盤D (6) 之間。
2.如權(quán)利要求1所述的永磁偏置型軸向磁懸浮軸承，其特征在于定子圓盤A(1)內(nèi)端面與主軸(7)外端面之間、定子圓盤A (1)右端面與轉(zhuǎn)子鐵心A (12)左端面之間、控制繞組A (11)內(nèi)端面與轉(zhuǎn)子鐵心A (12)外端面之間、定子圓盤B (5)內(nèi)端面與主軸(7)外端面之間、定子圓盤B (5)左端面與轉(zhuǎn)子鐵心A (12)右端面之間、定子圓盤C (4)內(nèi)端面與主軸(7)外端面之間、定子圓盤C (4)右端面與轉(zhuǎn)子鐵心B (8)左端面之間、控制繞組B (9)內(nèi)端面與轉(zhuǎn)子鐵心B (8)外端面之間、定子圓盤D (6)內(nèi)端面與主軸(7)外端面之間、 定子圓盤D (6)左端面與轉(zhuǎn)子鐵心B (8)右端面之間均留有氣隙。
3.如權(quán)利要求2所述的永磁偏置型軸向磁懸浮軸承，其特征在于定子圓盤A(1)右端面與轉(zhuǎn)子鐵心A (12)左端面之間、定子圓盤B (5)左端面與轉(zhuǎn)子鐵心A (12)右端面之間、定子圓盤C (4)右端面與轉(zhuǎn)子鐵心B (8)左端面之間、定子圓盤D (6)左端面與轉(zhuǎn)子鐵心B (8)右端面之間氣隙的寬度在0. 3^1. 5mm之間。
4.如權(quán)利要求2所述的永磁偏置型軸向磁懸浮軸承，其特征在于定子圓盤A(1)內(nèi)端面與主軸(7)外端面之間、控制繞組A (11)內(nèi)端面與轉(zhuǎn)子鐵心A (12)外端面之間、定子圓盤B (5)內(nèi)端面與主軸(7)外端面之間、定子圓盤C (4)內(nèi)端面與主軸(7)外端面之間、 定子圓盤D (6)內(nèi)端面與主軸(7)外端面之間氣隙的寬度在廣3mm之間。
專利摘要本實用新型涉及一種永磁偏置型軸向磁懸浮軸承，包括定子套筒A，設(shè)置在其內(nèi)兩側(cè)的定子圓盤A和定子圓盤B；定子套筒B，設(shè)置在其內(nèi)兩側(cè)的定子圓盤C和定子圓盤D；安裝在定子套筒A的內(nèi)壁上的控制繞組A，安裝在定子套筒B的內(nèi)壁上的控制繞組B，安裝在定子套筒A與定子套筒B之間的永磁體，安裝在主軸上的轉(zhuǎn)子鐵心A和轉(zhuǎn)子鐵心B，轉(zhuǎn)子鐵心A位于定子圓盤A和定子圓盤B之間，轉(zhuǎn)子鐵心B位于定子圓盤C和定子圓盤D之間。本實用新型利用永磁體在氣隙中建立偏置磁場，利用定子圓盤和轉(zhuǎn)子鐵心之間的相互作用實現(xiàn)轉(zhuǎn)子在軸向的穩(wěn)定懸浮，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、能量少等眾多優(yōu)點。
文檔編號F16C32/04GK202158082SQ20112021653
公開日2012年3月7日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者張廣明, 梅磊, 葛彬 申請人:南京工業(yè)大學