CN102042302A - 高速混合磁悬浮轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明的高速混合磁悬浮轴承是由轴向充磁大磁环(1)、轴向充磁大磁环(2)、轴向充磁小磁环(3)、轴向充磁小磁环(4)、大环形干扰波(5)、小环形干扰波(6)、线圈(7)、导磁体(8)、轴向悬浮磁环(9)、主轴(10)及外壳(11)等组成；大磁环(1)与大磁环(2)同极磁场相对，相互干扰，产生环形干扰波(5)，小磁环(3)与小磁环(4)同极端面相对，磁场相互干扰，产生小环形干扰波(6)；将小环形干扰波(6)安装在大环形干扰波(5)的内侧，两个小磁环就会自动处于两个大磁环的中心位置，实现径向悬浮；小磁环(3)、(4)与轴向悬浮环(9)共同安装在主轴(10)上，导磁体(8)与轴向悬浮磁环(9)对应，线圈(7)安装在导磁体(8)内。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种高速混合磁悬浮轴承，该磁悬浮轴承是由径向永磁悬浮结构与轴向电磁悬浮结构混合组成的磁悬浮轴承。其中两个轴向充磁磁环同极相对，使两个同极端面磁场相互干扰，产生向内环形干扰波，两个小磁环同极相对，同极磁场相互干扰，此时接触端面外侧会产生一个高密度环形干扰波，把小环形高密度干扰波安装在大环形高密度干扰波的内侧，利用上述两个高密度的环形干扰波相互挤压，就能够实现大磁环组对小磁环组的径向悬浮；小磁环组安装在主轴上，主轴上还安装轴向悬浮磁环，在轴向悬浮磁环的一侧安装一个导磁体，与大磁环共同固定在外壳上，导磁体的内侧有线圈。这成为一种能够适应高转速要求的磁悬浮轴承。属于磁悬浮技术领域。
背景技术
前面，我们通过试验获得了一种高密度干扰波，这种干扰波适用于对称挤压，带动悬浮环实现径向磁悬浮。但是完全依靠永磁轴向对称悬浮会影响主轴的径向悬浮力，所以我们需要利用成熟的主动电控轴向磁悬浮技术，实现转子的轴向悬浮。同时由于电磁铁对高速旋转铁环产生吸引时，会在铁环上产生感应磁场，导致吸力改变，致使高速设备烧毁，所以我们用弱磁环替代传统导磁环，这样可以阻止感应磁场对电磁铁悬浮力产生影响，以适应高速旋转设备的要求。
发明内容
本发明的原理是利用两个大磁环极性相对排列，使两个大磁环安装在外壳上，同极磁场相互干扰，此时两个磁环内侧就会产生一个环形的高密度干扰波；再把两个小直径磁环共同安装在主轴上，使其同极磁场相互干扰，此时接触端面外侧会产生一个与大磁环干扰波同极的小磁环高密度干扰波，磁环之间能够有间隙；用上述两个高密度垂直于轴向的环形干扰波相互挤压，就能够实现大磁环环组对小磁环组的径向悬浮；在主轴上还安装有轴向悬浮磁环，与固定在外壳上的导磁体对应，导磁体内有线圈，通电之后对轴向悬浮磁环产生吸引力。这样就可以实现主轴径向、轴向悬浮，同时又能够克服高转速状态下感应磁场的产生，以适应电机的高转速要求。
现在主动磁悬浮轴承很流行，国内许多著名大学都在做，但是为什么没有产品出来？因为就是电磁铁在对圆柱形导磁体进行吸引时，在静止状态下，非常牢固。但是当导磁圆柱高速旋转之后，电磁铁对导磁圆柱的吸引力就会降低。产生这种现象的原因我们推测应该是导磁圆柱旋转之后产生了感应电流，进而产生一种不可控制的感应磁场，最后导致10万转/分电机烧毁。
而如果我们不吸取这种教训，使用无磁的导磁体作为轴向悬浮盘，那么在高速旋转时也会产生感应电流，进而产生感应磁场，这种磁场会导致吸力改变。如果我们把轴向悬浮盘改成带有磁性的磁环，根据需要调整磁场强度。此时感应电流产生的磁场不会大于磁环本身的磁场。这样高速旋转后，电磁铁对轴向悬浮环的吸力就不会改变。
附图说明
图1是本发明的高速混合磁悬浮轴承的径向剖面构造图。
图2是本发明的复杂电磁铁高速混合磁悬浮轴承的径向剖面构造图。
图3是本发明的铁盘混合磁悬浮轴承的径向剖面构造图。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1中，轴向充磁大磁环(1)、轴向充磁大磁环(2)、轴向充磁小磁环(3)、轴向充磁小磁环(4)、大环形干扰波(5)、小环形干扰波(6)、线圈(7)、导磁体(8)、轴向悬浮磁环(9)、主轴(10)及外壳(11)等组成；大磁环(1)与大磁环(2)同极磁场相对，相互干扰，产生环形干扰波(5)，小磁环(3)与小磁环(4)同极端面相对，磁场相互干扰，产生小环形干扰波(6)；将小环形干扰波(6)安装在大环形干扰波(5)的内侧，两个小磁环就会自动处于两个大磁环的中心位置；小磁环(3)、(4)与轴向悬浮环(9)共同安装在主轴(10)上，导磁体(8)与轴向悬浮磁环(9)对应，线圈(7)安装在导磁体(8)内。
图2中，轴向充磁大磁环(1)与轴向充磁大磁环(2)极性相对安装在外壳(12)内，同极磁场相互干扰，产生高密度大环形干扰波(5)，两个磁环之间有间隙；轴向充磁小磁环(3)和轴向充磁小磁环(4)安装在主轴(11)上，同极相对，产生高密度小环形干扰波(6)，两个磁环之间也有间隙；小环形干扰波(6)安装在大环形干扰波(5)的内侧，带动两个小磁环自动位于大磁环的中心；轴向悬浮磁环(9)也安装在主轴(11)上，导磁体(7)安装在外壳(12)内，与轴向悬浮磁环(9)对应，线圈(8)安装在导磁体(7)内；同时导磁体(7)内还安装了磁环(10)。
图3中，轴向充磁大磁环(1)与轴向充磁大磁环(2)同极磁场相对，相互干扰，产生环形干扰波(5)，轴向充磁小磁环(3)与轴向充磁小磁环(4)同极端面相对，磁场相互干扰，产生小环形干扰波(6)；将小环形干扰波(6)安装在大环形干扰波(5)的内侧，两个小磁环就会自动处于两个大磁环的中心位置；导磁推力盘(9)与两个轴向充磁小磁环共同安装在主轴(10)上，两个导磁体(8)安装在推力盘(9)的两侧，两个线圈(7)安装在导磁体(8)内；两个导磁体(8)和两个轴向充磁大磁环共同安装在外壳(11)内。
由于电磁铁在吸引导磁体时，导磁体端面未离开电磁铁端面，当导磁体轴向高速旋转之后，理论上导磁体内不会产生感应电流，也不会产生感应磁场。但是转速在超过一定范围之后，感应磁场会不会产生还有待于试验和研究。
上述三种设计中是只有N极干扰波径向磁悬浮结构的混合磁悬浮轴承，为了提高径向悬浮力，能够采用串联的方式，在其中一个磁环的S极端外侧，再安装一个磁环同极相对，产生S极干扰波；同样小磁环S端也能够串联产生S极干扰波，与大磁环S极干扰波对应，形成两级径向悬浮，以提高主轴的径向悬浮力。这种串联方式能够无限延伸下去，直到径向悬浮力足够为止。
当磁块的机械结构变化时，例如磁块呈现锥形、梯形、内外凹槽和不规则锥形等，只要排列方式没有改变，就不影响N极干扰波和S极干扰波的产生。
Claims (5)
1.一种高速混合磁悬浮轴承，其特征是：轴向充磁大磁环(1)轴向充磁与大磁环(2)同极磁场相对，产生环形干扰波(5)，轴向充磁小磁环(3)与轴向充磁小磁环(4)同极端面相对，产生小环形干扰波(6)；将小环形干扰波(6)安装在大环形干扰波(5)的内侧，两个小磁环就会自动处于两个大磁环的中心位置；小磁环(3)、(4)与轴向悬浮环(9)共同安装在主轴(10)上，导磁体(8)与轴向悬浮磁环(9)对应，线圈(7)安装在导磁体(8)内。
2.根据权利要求1所述的高速混合磁悬浮轴承，其特征是：同一磁环的N极和S极能够同时产生径向干扰波；这种干扰波能够以串联的方式存在。
3.根据权利要求1所述的高速混合磁悬浮轴承，其特征是：主轴上用于轴向悬浮的磁环能够用导磁环取得。
4.根据权利要求1所述的高速混合磁悬浮轴承，其特征是：电磁铁内能够安装一个永磁环。
5.根据权利要求1所述的高速混合磁悬浮轴承，其特征是：当磁环出现机械结构变化或磁环之间存在间隙时，只要排列方式没有改变，就不影响N极干扰波和S极干扰波的产生。
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Country Status (1)
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2009
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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