CN103244556A - 一种径轴向磁悬浮轴承与磁偏置减重方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个带有部分锥面内壁的电磁线圈设置于在角部开口的径轴向缩口式环形凹槽磁轭当中，所构成具有径轴向磁极的初级定子部，然后，使初级定子部上的径轴向磁极分别通过径轴向气隙与次级转子部上，具有径轴向磁极的铁心部件构成气隙相对，所述径轴向磁悬浮轴承既可以和径向磁悬浮轴承或轴向磁悬浮轴承轴向叠加使用，也可以和轴向磁悬浮轴承或径向磁悬浮轴承并列使用。

Description

一种径轴向磁悬浮轴承与磁偏置减重方法

技术领域：

本发明涉及径轴向磁悬浮轴承，它包含将径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承轴向叠加复合而成的径轴向磁悬浮轴承和将径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承径向并列复合而成的径轴向磁悬浮轴承；本发明还涉及构成复合径轴向磁悬浮轴承所用的电磁吸引型轴向磁悬浮轴承和永磁吸引型轴向磁悬浮轴承以及电磁吸引型径向磁悬浮轴承和永磁吸引型径向磁悬浮轴承；本发明还涉及水平轴用径向吸引型轴向磁悬浮轴承的磁偏置转子减重方法。

背景技术：

现有技术同时具备径轴向约束定位双向保持功能的径轴向磁悬浮轴承，均需通过至少一个轴向磁悬浮轴承和至少两个径向磁悬浮轴承构成的磁力支撑系统来实现，导致结构离散、体积较大，现有技术均无法形成细长型的径轴向磁悬浮轴承和扁平型的径轴向磁悬浮轴承，究其原因，是由于现有技术的轴向磁悬浮轴承特征和径向磁悬浮轴承的技术特征决定它们无法进行两者的轴向叠加或径向并列的缘故，所以，一旦在安装空间受限时，现有技术的径轴向磁悬浮轴承就显得无法实现就位安装，其实用性严重受损，另外，现有技术径轴向磁悬浮轴承在水平轴转子上使用时，还需另行加装磁悬浮转子的磁偏置减重装置。

发明内容：

本发明就是要提供可以将径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承轴向叠加构成细长型径轴向磁悬浮轴承或径向并列构成扁平型径轴向磁悬浮轴承的实用产品以及组成径轴向磁悬浮轴承所用的径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承轴单元。

以下将对解决以上技术问题和实现本发明目的所采用的技术方案与实施方式进行描述：

1、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将现有技术把一个电磁线圈的非工作气隙侧全部被内向型径向口环形凹槽磁轭所包围的初级定子铁心部通过气隙与具有外向型径向口环形浅槽的次级铁心部形成径向相对并保持初、次级铁心相对磁极面之间的高度对称，从而构成具有径向工作气隙的电磁吸引型轴向磁悬浮轴承；然后，轴向地叠加一个把电磁线圈设置在轴向缩口式内向型径向口环形凹槽磁轭当中使其成为具有轴向延伸磁极的初级铁心组件，所述初级铁心组件上的轴向延伸磁极通过气隙与具有轴向延伸磁极的次级铁心部件上的轴向延伸磁极形成轴向相对后得到的电磁吸引型径向磁悬浮轴承；所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承的初级定子铁心部和次级铁心部分别与轴向相邻的电磁吸引型径向磁悬浮轴承的初级铁心组件和次级铁心部件复合成一体，所述电磁吸引型径向磁悬浮轴承初级铁心组件当中的电磁线圈与次级铁心部件之间还留有径向间隙。

在本发明当中，所述电磁吸引型径向磁悬浮轴承当中的次级铁心部件可以具有一个轴向延伸磁极，也可以具有两个轴向延伸磁极，所述电磁吸引型径向磁悬浮轴承初级铁心组件上的轴向磁极可以是两个也可以是至一个，从而，使所述电磁吸引型径向磁悬浮当中至少有一组轴向相对的初、次级铁心磁极的极面是高度对称的，即：具有磁阻式关键尺寸的一组初、次级铁心相对磁极。

本发明所述电磁吸引型径向磁悬浮轴承还可以广泛地应用各种磁悬浮转子支撑系统当中，作为最基本的磁悬浮轴承径向位双向约束保持功能的磁力元件使用。

在本发明当中，所述电磁吸引型径向磁悬浮轴承，还可以被永磁引型径向磁悬浮轴承所替代，所述永磁引型径向磁悬浮轴承是将一个被内外单极性辐射取向充磁的环形永磁体部分地镶嵌在径向宽度小于环形永磁体径向宽度的内向型轴向口环形凹槽磁轭当中，并使固定环形永磁体的内向型轴向口环形凹槽磁轭上的两个径向磁极的极面与环形永磁体未镶嵌的突出部分保持轴向间隙，所述环形永磁体的自由面一侧设有导磁套，所述导磁套的轴向长度不小于所述环形永磁体的轴向长度，从而使所述环形永磁体具备轴向磁极和构成径轴向磁悬浮轴承的定子部组件，所述定子部组件上的两个径向磁极和两个轴向向磁极通过气隙分别与轴承内圈上的两个分别设有径轴向磁极的铁心部件的径轴向磁极构成气隙相对。所述永磁引型径向磁悬浮轴承还可以广泛的应用于各种磁悬浮转子支撑系统当中，作为最基本的磁力轴承元件使用。

2、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个电磁线圈的非工作气隙侧全部被轴向口环形凹槽磁轭所包围的初级定子铁心部通过气隙与具有轴向口环形浅槽的次级铁心部形成轴向相对并保持初、次级铁心相对磁极面之间的高度对称，从而构成具有轴向工作气隙的电磁吸引型径向磁悬浮轴承，然后，按照同心圆内外径向并列的方式，将一个由电磁线圈设置在径向缩口式轴向口环形凹槽磁轭当中，使其成为具有径向延伸磁极的初级铁心组件，所述初级铁心组件上的径向磁极通过气隙与次级铁心部件上设置的径向延伸磁极形成径向相对后得到的电磁吸引型轴向磁悬浮轴承，所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承的初级铁心组件和次级铁心部件分别与径向相邻的电磁吸引型径向磁悬浮轴承的初级定子铁心部和次级铁心部复合成一体，所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承初级铁心组件当中的电磁线圈与次级铁心部件之间还留有轴向间隙。

在本发明当中，所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承初级铁心组件上的径向延伸磁极，可以是一个，也可以是两个，所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承的次级铁心部件上的径向磁极可以是一个，也可以是两个，从而，导致在所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承当中至少有一组径向相对的初、次级铁心磁极的磁极面具有高度的对称性，即：具有磁阻式关键尺寸。

本发明所述的电磁吸引型轴向磁悬浮轴承还可以广泛地应用各种磁悬浮转子支撑系统当中，作为最基本的磁悬浮轴承轴向位约束和双向保持功能的磁力元件使用。

在本发明当中，所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承，还可以被永磁引型轴向磁悬浮轴承所替代，所述永磁引型轴向磁悬浮轴承，是将一个被轴向充磁的环形永磁体部分地镶嵌在轴向长度小于环形永磁体的轴向长度的轴向口环形凹槽磁轭当中，并使固定环形永磁体的轴向口环形凹槽磁轭上内外两个轴向磁极的极面与所述环形永磁体未镶嵌固定的突出部分保持径向间隙，所述环形永磁体的轴向自由端吸附着一个平板式环形导磁体，所述平板式环形导磁体的端平面宽度不小于所述环形永磁体的端平面宽度，从而使所述环形永磁体具备径向磁极和构成径轴向磁悬浮轴承的定子部组件，所述定子部组件上的两个径向磁极和轴向口环形凹槽磁轭上的两个轴向磁极通过气隙分别与盘式转子部上的内外两个分别设有径轴向磁极的铁心部件的径轴向磁极极面构成气隙相对。所述永磁吸引型轴向磁悬浮轴承还可以广泛的应用于各种磁悬浮转子支撑系统当中，作为最基本的磁力轴承元件使用。

在本发明当中，还可以将所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承初级铁心组件中间部位的轴杆孔给予全部或部分封闭后，将一个被轴向充磁的实心圆柱形永磁体或被轴向充磁的环形永磁体安置其中，然后，将另一个被轴向充磁的实心圆柱形永磁体或被轴向充磁的环形永磁体设置在连接固定次级铁心部件的转子轴杆的端部位置上，使两个永磁体通过轴向气隙形成轴向相对，所述永磁体的非工作气隙侧全部被软磁材料所包围，这种径轴向磁悬浮轴承可供无需轴输出的设备使用。

3、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个带有部分锥面内壁的电磁线圈设置于在角部开口的径轴向缩口式环形凹槽磁轭当中所构成具有径轴向两种磁极的初级定子部，然后，使初级定子部上的径轴向磁极分别通过径轴向气隙与次级转子部同时具有径轴向磁极的铁心部件构成气隙相对而成，所述径轴向磁悬浮轴承既可以和径向磁悬浮轴承或轴向磁悬浮轴承轴向叠加使用，也可以和轴向磁悬浮轴承或径向磁悬浮轴承并列使用，

4、一种水平轴用径向吸引型轴向磁悬浮轴承的磁偏置转子减重方法，把一个电磁线圈的非工作气隙侧全部被内向型径向口环形凹槽磁轭所包围的初级定子铁心部通过气隙与具有外向型径向口环形浅槽的次级铁心部形成径向相对并保持初、次级铁心相对磁极面之间的高度对称，所构成具有径向工作气隙的电磁吸引型轴向磁悬浮轴承当中的初级定子铁心部的内孔设置成与次级铁心外圆不同心的内孔，致使次级铁心部上部与初级定子铁心部之间所形成的气隙体积小于次级铁心部下部与初级定子铁心部之间所形成的气隙体积；也可以将初级定子铁心部的内孔与次级铁心外圆保持同心，而是将级定子铁心部的内孔设置成具有两个不同的内径，同样体现出次级铁心部上部与初级定子铁心部之间所形成的气隙体积要小于次级铁心部下部与初级定子铁心部之间所形成气隙体积的效果；但无论采用何种形式都需要保持初级定子铁心部的内孔与次级铁心外圆的铅垂线相互重合这一规则；所述水平轴用径向吸引型轴向磁悬浮轴承的磁偏置转子减重方法，就是要实现：磁悬浮转子的重力被磁偏置所产生的向上偏磁拉力部分或全部抵消的目的。

在本发明水平轴用径向吸引型轴向磁悬浮轴承的磁偏置转子减重方法当中，所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承也可以被现有技术具有径向气隙的永磁吸引型轴向磁悬浮轴承所替代。

综上所述，本发明的径轴向磁悬浮轴承分为两种类型，即：具有细长型特征的径轴向磁悬浮轴承和具有扁平型特征的径轴向磁悬浮轴承，他们可以满足在细长型狭小空间使用和在扁平型狭小空间的使用，而且，可以只用一个轴向磁悬浮轴承和一个径向磁悬浮轴承即可实现，这在现有技术当中是没有先例的。从而使本发明径轴向磁悬浮轴承的体积大为减小以及制造成本的降低，在本发明由两个电磁吸引型磁悬浮轴承所构成的复合型径轴向磁悬浮轴承当中，推荐采用使相邻线圈之间的通电极性互为相反，但不意味着通电电流极性相同就无法实现。

通过阅读本文件与技术方案的导引，本领域技术人员还可以得出多种实施方式，如：将磁悬浮轴承单元的定转子组件相互易位，功能不变或将轴承的转子部固定而使所述的定子部旋转，从而使内转子轴承变为外转子轴承以及对电磁线圈的有效铁心磁路之外的部分采用非导磁轻型材料做基体等无需创造性劳动而得以实现的行为，本发明均可包含。

Claims (9)

1.一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个电磁线圈的非工作气隙侧全部被内向型径向口环形凹槽磁轭所包围的初级定子铁心部通过气隙与具有外向型径向口环形浅槽的次级铁心部形成径向相对并保持初、次级铁心相对磁极面之间的高度对称，从而构成具有径向工作气隙的电磁吸引型轴向磁悬浮轴承；然后，轴向地叠加一个将电磁线圈设置在轴向缩口式内向型径向口环形凹槽磁轭当中，使其成为具有轴向延伸磁极的初级铁心组件，所述初级铁心组件上的轴向延伸磁极通过气隙与具有轴向延伸磁极的次级铁心部件上的轴向延伸磁极形成轴向相对后得到的电磁吸引型径向磁悬浮轴承；所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承的初级定子铁心部和次级铁心部分别与轴向相邻的电磁吸引型径向磁悬浮轴承的初级铁心组件和次级铁心部件复合成一体，所述电磁吸引型径向磁悬浮轴承初级铁心组件当中的电磁线圈与次级铁心部件之间还留有径向间隙。

2.按照权利要求1所述的径轴向磁悬浮轴承，其特征还在于：所述电磁吸引型径向磁悬浮轴承当中的次级铁心部件可以具有一个轴向延伸磁极，也可以具有两个轴向延伸磁极，所述电磁吸引型径向磁悬浮轴承初级铁心组件上的轴向磁极可以是两个也可以是一个，从而，使所述电磁吸引型径向磁悬浮当中至少有一组轴向相对的初、次级铁心磁极的极面是高度对称的，即：具有磁阻式关键尺寸，所述电磁吸引型径向磁悬浮轴承还可以广泛地应用各种磁悬浮转子支撑系统当中，作为最基本的磁悬浮轴承径向位约束双向保持功能的磁力元件使用。

3.按照权利要求1所述的径轴向磁悬浮轴承，其特征还在于：所述电磁吸引型径向磁悬浮轴承，还可以被永磁引型径向磁悬浮轴承所替代，所述永磁引型径向磁悬浮轴承是将一个被内外单极型辐射取向充磁的环形永磁体部分地镶嵌在径向宽度小于环形永磁体径向宽度的内向型径向口环形凹槽磁轭当中，并使固定环形永磁体的内向型径向口环形凹槽磁轭上的两个径向磁极的极面与环形永磁体未镶嵌的突出部分保持轴向间隙，所述环形永磁体的内壁自由面一侧设有导磁套，所述导磁套的轴向长度不小于所述环形永磁体的轴向长度，从而使所述环形永磁体具备轴向磁极和构成径轴向磁悬浮轴承的定子部组件，所述定子部组件上的两个径向磁极和两个轴向磁极通过气隙分别与轴承内圈上的两个各自带有径轴向磁极的铁心部件的径轴向磁极构成气隙相对，所述永磁引型径向磁悬浮轴承还可以广泛地应用于各种磁悬浮转子支撑系统当中，作为最基本的磁力轴承元件使用。

4.一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个电磁线圈的非工作气隙侧全部被轴向口环形凹槽磁轭所包围的初级定子铁心部通过气隙与具有轴向口环形浅槽的次级铁心部形成轴向相对并保持初、次级铁心相对磁极面之间的高度对称，从而构成具有轴向工作气隙的电磁吸引型径向磁悬浮轴承，然后，按照同心圆内外径向并列的方式，将一个由电磁线圈设置在径向缩口式轴向口环形凹槽磁轭当中，使其成为具有径向延伸磁极的初级铁心组件，所述初级铁心组件上的径向磁极通过气隙与次级铁心部件上设置的径向延伸磁极形成径向相对后得到的电磁吸引型轴向磁悬浮轴承，所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承的初级铁心组件和次级铁心部件分别与径向相邻的电磁吸引型径向磁悬浮轴承的初级定子铁心部和次级铁心部复合成一体，所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承初级铁心组件当中的电磁线圈与次级铁心部件之间还留有轴向间隙。

5.按照权利要求4所述的径轴向磁悬浮轴承，其特征还在于：所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承初级铁心组件上的径向延伸磁极，可以是一个，也可以是两个，所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承的次级铁心部件上的径向磁极可以是一个，也可以是两个，从而，导致在所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承当中至少有一组径向相对的初、次级铁心磁极的磁极面具有高度的对称性，即：具有磁阻式关键尺寸，所述的电磁吸引型轴向磁悬浮轴承还可以广泛地应用于各种磁悬浮转子支撑系统当中，作为最基本的磁悬浮轴承轴向约束定位和双向保持功能的磁力元件使用。

6.按照权利要求4所述的径轴向磁悬浮轴承，其特征还在于：所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承，还可以被永磁引型轴向磁悬浮轴承所替代，所述永磁引型轴向磁悬浮轴承，是将一个被轴向充磁的环形永磁体部分地镶嵌在轴向长度小于环形永磁体的轴向长度的轴向口环形凹槽磁轭当中，并使固定环形永磁体的轴向口环形凹槽磁轭上内外两个轴向磁极的极面与所述环形永磁体未镶嵌固定的突出部分保持径向间隙，所述环形永磁体的轴向自由端吸附着一个平板式环形导磁体，所述平板式环形导磁体的端平面宽度不小于所述环形永磁体的端平面宽度，从而使所述环形永磁体具备径向磁极和构成径轴向磁悬浮轴承的定子部组件，所述定子部组件上的两个径向磁极和轴向口环形凹槽磁轭上的两个轴向磁极通过气隙分别与盘式转子部上的两个分别设有径轴向磁极的铁心部件的径轴向磁极极面构成气隙相对，所述永磁吸引型轴向磁悬浮轴承还可以广泛地应用于各种磁悬浮转子支撑系统当中，作为最基本的磁力轴承元件使用。

7.按照权利要求4、5所述的任一径轴向磁悬浮轴承，其特征还在于：将所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承初级铁心组件中间部位的轴杆孔给予部分或全部封闭后，将一个被轴向充磁的实心圆柱形永磁体或被轴向充磁的环形永磁体安置其中，然后，将另一个被轴向充磁的实心圆柱形永磁体或被轴向充磁的环形永磁体设置在连接固定次级铁心部件的转子轴杆的端部位置上，使两个永磁体通过轴向气隙形成轴向相对，所述永磁体的非工作气隙侧全部被软磁材料所包围，这种径轴向磁悬浮轴承可供无需轴输出的设备使用。

8.一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个带有部分锥面内壁的电磁线圈设置于在角部开口的径轴向缩口式环形凹槽磁轭当中所构成具有径轴向两种磁极的初级定子部，然后，使初级定子部上的径轴向磁极分别通过径轴向气隙与次级转子部同时具有径轴向磁极的铁心部件构成气隙相对而成。

9.一种水平轴用径向吸引型轴向磁悬浮轴承的磁偏置转子减重方法，其特征是：它是把一个电磁线圈的非工作气隙侧全部被内向型径向口环形凹槽磁轭所包围的初级定子铁心部通过气隙与具有外向型径向口环形浅槽的次级铁心部形成径向相对并保持初、次级铁心相对磁极面之间的高度对称，所构成具有径向工作气隙的电磁吸引型轴向磁悬浮轴承当中的初级定子铁心部的内孔设置成与次级铁心外圆不同心的内孔，致使次级铁心部上部与初级定子铁心部之间所形成的气隙体积小于次级铁心部下部与初级定子铁心部之间所形成的气隙体积；或者是将初级定子铁心部的内孔与次级铁心外圆保持同心，而是将级定子铁心部的内孔设置成具有两个不同内径的内孔，同样要体现出次级铁心部上部与初级定子铁心部之间所形成的气隙体积要小于次级铁心部下部与初级定子铁心部之间所形成气隙体积的技术效果；但无论采用何种形式都需要保持初级定子铁心部的内孔与次级铁心外圆的铅垂线相互重合这一规则；所述水平轴用径向吸引型轴向磁悬浮轴承的磁偏置转子减重方法，就是要实现：磁悬浮转子的重力被磁偏置所产生的向上偏磁拉力部分或全部抵消的目的；所述电磁吸引型轴向磁悬浮轴承也可以被现有技术具有径向气隙的永磁吸引型轴向磁悬浮轴承所替代。