CN103307104B - 一种磁悬浮轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮轴承，包括转子以及与之适配的定子组件，两者间构成悬浮配合关系；所述定子组件包括位于其上的用于形成转子悬浮动力的磁极单元，所述磁极单元的N、S极布置方向与定子轴长方向同向设置。本发明摒弃了将磁极单元的N、S极沿定子径向布置的传统安置方式，而突破反常的采用其N、S极与定子组件轴长方向同向设置的布置结构，从而巧妙的起到了避免转子工作时频繁转化磁极的独特效果。

Description

一种磁悬浮轴承

技术领域

本发明属于机械磁悬浮领域，具体涉及一种磁悬浮轴承。

背景技术

磁悬浮轴承(MagneticBearing)是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触的一种装置结构。与传统的滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。目前的磁悬浮轴承，至今都仍然沿用如图1所示，也即定子内壁处沿其周向均布多根绕制有线圈的衔铁结构，从而依靠多组环绕转子设置的N、S极沿转子径向布置的结构方式，来实现对于转子的电磁吸附悬浮作用，上述结构固然具备了基于转子的磁悬浮功能，但其存在的缺陷仍不可小视，主要在于：一方面，每当转子旋转一圈时，每当转子的各区域均必然会多次频繁的经过如图1所示的各组N、S极（图1中虚线部分为其磁力线流动路径示意图），其上相应感应区域也就会对应加以磁极转化，也即不断进行充放电操作，方才能保证各对N、S极对于转子的吸附作用，然而，转子在工作时必然是不断转动的，上述转子各区域再不断经过各组N、S极而不断发生频繁的充放电现象，进而不可避免使其产生涡流损耗并引发电发热效应，最终导致转子产生过热现象，轻则影响其正常使用效果，重则产生设备的过热损坏现象；另一方面，N、S极的形成都为依靠衔铁和线圈共同组成，传统结构的衔铁或为整体与定子一体形成，线圈整体绕制，且一旦轴承加工完成就无法进行更改，如需遇到需增大悬浮力等特殊场合时，只能通过更换轴承的方式进行，更换繁琐且成本高，又或为先期制作衔铁并绕制线圈后再行固接于转子内壁上，该方式不但因各种安装误差等而致使各衔铁顶端无法形成准确圆周面，也即出现转子外壁与定子内壁的不同心现象，从而导致两者根本无法正常适配极工作，从而给实际操作人员带来极大困扰。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单的磁悬浮轴承，可有效减少转子工作时的磁极转化次数，其涡流损耗低而发热小，工作效率可得到极大提高。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种磁悬浮轴承，包括转子以及与之适配的定子组件，两者间构成悬浮配合关系；所述定子组件包括位于其上的用于形成转子悬浮动力的磁极单元，所述磁极单元的N、S极布置方向与定子轴长方向同向设置。

本发明的主要优点在于：摒弃了将磁极单元的N、S极沿定子径向布置的传统安置方式，而突破反常的采用其N、S极与定子组件轴长方向同向设置的布置结构，从而巧妙的起到了避免转子工作时频繁转化磁极的独特效果；实际操作时，一方面由于磁极单元的存在，依靠其磁力作用，也就实现了传统结构所都能实现的对于转子的磁悬浮效果，另一方面，由于本发明的上述独特N、S极布置方式，无论转子如何在外来动力下实现转动操作，在转动一圈时，其上各区域在周向动作时都只会存在单个极性的变化过程，也即如果转子的某部分区域处于磁极单元的N极磁化范围内，此时该区域如何周向转动，由于N极的影响范围为沿定子组件周向方向的影响，此时转子的该区域也就始终处于单极性的磁化状态，也就避免了传统N、S极安置方式上的各极性相异的磁极单元沿定子周向布置所导致的转子频繁被动磁化现象，其结构简单易用，可极大的减少转子工作时的涡流损耗量及发热量，工作效率可得到极大提高。

附图说明

图1为传统磁悬浮轴承的工作原理剖视图；

图2为本发明的装配状态主视图；

图3为图2去除转子后的结构剖视图；

图4为定子组件的立体结构图；

图5为图4的爆炸分解图；

图6-7为本发明工作原理图。

具体实施方式

一种磁悬浮轴承，包括转子以及与之适配的定子组件，两者间构成悬浮配合关系；所述定子组件包括位于其上的用于形成转子悬浮动力的磁极单元10，所述磁极单元10的N、S极布置方向与定子组件轴长方向同向设置。

本发明实际结构如图2-6所示，从而通过摒弃了将磁极单元10的N、S极均沿定子组件径向布置的传统安置方式，以突破反常的采用其N、S极与定子组件轴长方向同向设置的布置结构，从而巧妙的起到了避免转子工作时频繁转化磁极的独特效果；实际操作时，一方面由于磁极单元10的存在，依靠其磁力作用，也就实现了传统结构所都能实现的对于转子的磁悬浮效果，另一方面，由于本发明的上述独特N、S极布置方式，无论转子如何在外来动力下实现转动操作，在转动一圈时，其上各区域在周向动作时都只会存在单个极性的变化过程，举个例子：如果转子的最前端区域处于磁极单元10的N极磁化范围内，此时该区域如何周向转动，由于N极的影响范围笼罩了定子组件的周向方向，此时转子的该区域也就始终处于单极性的磁化状态，也就避免了传统N、S极安置方式上的各极性相异的磁极单元10沿定子周向布置所导致的转子频繁被动磁化现象。实际工作时，可考虑将所述定子组件设置为如图2-5所示的外形呈半圆状，至少包括两个板面彼此平行的半圆形压板11以及布置于两压板11板面间的电磁铁部12，所述电磁铁部12的N、S极布置方向垂直压板11板面布置；这样，一方面半圆状压板11无论是采用直接切割或其他的整体成型方式，在其两压板11形成装配配合后所构成的定子组件的内壁均都能保证相对于转子外壁的间隙度，也即可精确满足定子组件内壁与转子外壁的同心度要求，从而避免传统的电磁铁与定子的分开制作及后期安装所可能导致的定子与转子间同心度偏差现象，另一方面，半圆状压板11所构成的也就是如图4所示的半圆状定子组件，此时，无论转子转动圈数如何，此时转子上的指定磁化区域亦仍为单极磁化，也即或为N极——无极性——N极的极性转变，或为S极——无极性——S极的极性转变，转子上的同一块磁化区域在其转动一圈时永远只会磁极转变一次，该独特的极性布置方式可极大的减少转子工作时的涡流损耗量及发热量，工作效率可得到极大提高。

作为本发明的进一步优选方案：如图4所示，定子组件呈半圆状对称结构；所述电磁铁部12为四个且于压板11板体上沿其弧线方向均布；所述每两个彼此配合的压板11及位于其间的电磁铁部12构成一组所述磁极单元10；所述磁极单元10为多组且沿定子组件轴向依次布置，各磁极单元10上的两配合压板11间面贴合且该两压板11极性同极设置。上述电磁铁部12与压板间的紧密配合结构，实际上也即将电磁铁部12上的衔铁与压板11的板体间整体形成了用于供磁力线通过的渠道，由于转子位于压板11内壁处，而各相邻磁极单元10间的两临近压板11为贴合布置，以本发明图4-7所示的三组磁极单元10为例，此时各压板11的各内壁面也即沿其轴向方向依次形成N极——S极——S极——N极——N极——S极的极性构造，以最终保证其工作有效性；另一方面，由于电磁铁部12上的衔铁本身构成的即为方便磁力线流过的通道，也即可以视作供水流动的“水渠”而存在，而多大的“水渠”可以流经多少的水，多厚的衔铁自然可以产生相应大的作用力，但是，传统电磁铁往往通过单组单个的电磁铁单元就想达到极大的磁力吸附效果，这显然是错误的，一旦实际使用，不但会因衔铁厚度的无谓增厚而导致定子过厚的状况，同时由于转子与定子的适配性，也就导致转子本身厚度的过厚现象；本发明通过采用分散式设计，也即多排布置多组磁极单元10，从而通过将定子组件沿其轴向方向不断延伸并填置满足指定要求的若干组磁极单元10，从而通过降低衔铁厚度而增加磁极单元10个数的方式来同样达到对于转子的高磁力吸附作用，如想产生多大的磁力，则可相应填设多少组磁极单元10，使用方便而快捷，成效也极为明显；这在如图6-7中可显然看出转子的厚度变化，最终为转子的转动稳定性和能耗性提供极大保证。同时，每组磁极单元10上的多个电磁铁部12的布置方式，则是考虑到如果直接每组外形呈半圆形状的磁极单元10上仅布置一个电磁铁部12，而该电磁铁部12的衔铁所指方向也即其N、S极方向又满足与定子组件轴线同向设置等一系列要求，那么该电磁铁部12的线圈绕制也就必然是难以甚至说是无法实现的；本发明通过多方实验，采用以多个电磁铁线包以直代曲的方式，换句话说，通过一根曲线理论上由无限的直线构成这一理论，通过布置呈正常绕制的多个电磁铁部12来构成呈半圆形状的定子组件，从而减小加工难度；同时，通过其与压板11的压合配合结构，实际使用时压板可以直接外界整体加工完，且线包独立绕制后，再另行模块化组装即可，其结构简单而极为适用，市场前景广阔。

进一步的，如图2-3所示，所述磁悬浮轴承包括作为其基座的基座部，所述定子组件内侧弧面朝下的布置于基座部上。换句话说，本发明的整个轴承外圈部位为采用定子组件扣设于基座部上构成，以最终保证对于转子的空间限定效果。

本发明实际使用时，采用各组磁极单元10上的最上部的两个电磁铁部12来实现转子的稳定悬浮，这两组电磁铁部12产生的竖直方向的合力用于抵消转子的重力，而位于其两侧对称布置的两个电磁铁部12彼此产生的侧向分力相互平衡，确保转子的侧向稳定性。其整个机构相对于传统轴承机构而言，具有无摩擦、低噪声、转速快等优点，极其适用于高速、真空、超净等特殊环境中。

Claims (4)

1.一种磁悬浮轴承，包括转子以及与之适配的定子组件，两者间构成悬浮配合关系；所述定子组件包括位于其上的用于形成转子悬浮动力的磁极单元（10），其特征在于：所述磁极单元（10）的N、S极布置方向与定子组件轴长方向同向设置，所述定子组件外形呈半圆状，至少包括两个板面彼此平行的半圆形压板（11）以及布置于两压板（11）板面间的电磁铁部（12），所述电磁铁部（12）的N、S极布置方向垂直压板（11）板面布置。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：定子组件呈半圆状对称结构；所述电磁铁部（12）为四个且于压板（11）板体上沿其弧线方向均布。

3.根据权利要求1或2所述的磁悬浮轴承，其特征在于：每两个彼此配合的所述压板（11）及位于其间的电磁铁部（12）构成一组所述磁极单元（10）；所述磁极单元（10）为多组且沿定子组件轴向依次布置，各磁极单元（10）上的两配合压板（11）间面贴合且该两压板（11）极性同极设置。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述磁悬浮轴承包括作为其基座的基座部，所述定子组件内侧弧面朝下的布置于基座部上。