CN108591256A - 带阻尼功能的永磁轴承 - Google Patents

Abstract

本发明尤其涉及一种带阻尼功能的永磁轴承，包括壳体、轴承座、磁环座、细鼠笼条和粗鼠笼条，轴承座内设置有轴承，轴承与转轴固定连接，磁环座套设在轴承座上，轴承座上固定套设有与转轴同轴线的内环永磁体，磁环座内固定设置有外环永磁体，内环永磁体和外环永磁体均轴向充磁且充磁方向相同，内环永磁体和外环永磁体均相应的从上至下设置有两个，两个内环永磁体之间固定有阻尼圆环片，两个外环永磁体之间具有磁场间隙，阻尼圆环片的边缘位于磁场间隙内；细鼠笼条的两端分别与壳体和磁环座固定连接，粗鼠笼条的两端分别与壳体和轴承座固定连接，磁环座和壳体之间设置有弹性元件，弹性元件的弹力方向与内环永磁体和外环永磁体的排斥方向一致。

Description

带阻尼功能的永磁轴承

技术领域

本发明属于轴承支承技术领域，尤其涉及一种带阻尼功能的永磁轴承。

背景技术

目前，为了确保轴系能安全稳定地运转，在离心机、涡轮机、储能飞轮等各种高速立式旋转机械中，常在转子中采用挤压油膜阻尼器对系统进行支承与减振，如专利文件201310151715.2中涉及的一种永磁轴承挤压油膜阻尼器，但这种阻尼器的不足之处是：1)阻尼器的刚度与阻尼系数随着转子偏心率的增大，而呈现出很强的非线性特性，这种强非线性特性会引起转子系统的双稳态响应和低频进动等问题，从而使转子—轴承系统遭到损坏；2)环境不友好，工作中强烈振荡的润滑油给工作场所的维护、清理带来困难。

发明内容

为解决现有技术存在的挤压油膜阻尼器使用环境不友好的润滑油且刚度与阻尼具有很强的非线性特征的问题，本发明提供一种带阻尼功能的永磁轴承，利用位于变化磁场中的导体产生的感应电流发热进行阻尼，不仅改善了传统挤压油膜阻尼器刚度与阻尼的强非线性特征，且工作环境友好。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种带阻尼功能的永磁轴承，包括壳体、轴承座、磁环座、细鼠笼条和粗鼠笼条，所述轴承座内设置有轴承，所述轴承与转轴固定连接，所述磁环座套设在轴承座上，所述轴承座上固定套设有与转轴同轴线的内环永磁体，所述磁环座内固定设置有与内环永磁体相对的外环永磁体，所述内环永磁体和外环永磁体均轴向充磁且充磁方向相同，所述内环永磁体和外环永磁体均相应的从上至下设置有两个，两个所述内环永磁体之间固定有阻尼圆环片，两个所述外环永磁体之间具有磁场间隙，所述阻尼圆环片的边缘位于磁场间隙内，所述阻尼圆环片的边缘与磁场间隙的重叠面积的大小随阻尼圆环片的左右振动而变化；

所述细鼠笼条的顶端与壳体固定连接，其底端与磁环座固定连接，所述粗鼠笼条的顶端与壳体固定连接，其底端与轴承座固定连接，所述磁环座和壳体之间设置有弹性元件，所述弹性元件的弹力方向与内环永磁体和外环永磁体的排斥方向一致。

作为优选，两个所述内环永磁体之间的距离和两个所述外环永磁体之间的距离相等，所述阻尼圆环片采用绝磁导电材料制成，所述阻尼圆环片的径向具有台阶，其中间的厚度大于边缘的厚度，所述阻尼圆环片的中间固定于两个所述内环永磁体之间，所述阻尼圆环片的边缘与两个所述外环永磁体之间均具有间隙。两个所述内环永磁体之间的距离和两个所述外环永磁体之间的距离相等，提高内环永磁体和外环永磁体相斥的稳定性，阻尼圆环片的径向具有台阶，使其固定简便，并且对两个内环永磁体起到隔离作用，提高结构的稳定性。

作为优选，所述内环永磁体和外环永磁体之间距离相等。提高内环永磁体和外环永磁体相斥的稳定性，提高结构的稳定性。

作为优选，所述内环永磁体和外环永磁体均采用稀土永磁材料制成。如采用稀土永磁材中磁性强的Nd-Fe-B材料制成，牌号为N40，该零件可在专业厂家定做，因工作中内环永磁体和外环永磁体只是摆动无转动，故采用整体环形结构，增强内环永磁体和外环永磁体的磁性和相斥的稳定性，提高本发明减振的效果，提高本发明支承的稳定性。

进一步地，所述弹性元件选用螺旋弹簧，所述壳体内开设有第一弹簧腔，所述磁环座上开设有第二弹簧腔，所述螺旋弹簧的两端分别抵靠在第一弹簧腔和第二弹簧腔内。螺旋弹簧可直接从市场购买获得，成本较低，螺旋弹簧的安装结构简单可靠。

进一步地，所述弹性元件的数量为四个，四个所述弹性元件沿磁环座的圆周方向均匀分布。弹性元件的数量不局限于四个，但必需大于三个，四个弹性元件沿磁环座的圆周方向均匀分布，提高减振效率，结构稳定，成本较低。

进一步地，所述细鼠笼条设置有四根并沿磁环座的圆周方向均匀分布，所述粗鼠笼条设置有四根并沿轴承座的圆周方向均匀分布。细鼠笼条和粗鼠笼条的数量均不局限于四个，但必需均大于三个，数量选为四个，结构稳定，成本较低。

进一步地，所述细鼠笼条和粗鼠笼条均由不锈钢材料制成。选用弹性较好的不锈钢材料，轴承座和磁环座摆动时分别将摆动传递给细鼠笼条和粗鼠笼，弹性好的不锈钢材料不易变形或折断，提高本发明的减振效果和延长使用寿命。

进一步地，所述磁环座的顶端开设有环形安装口，所述环形安装口内可拆卸设置有圆环盖板。方便外环永磁体的装配，结构简单可靠，缩短装配时间，降低成本。

进一步地，所述磁环座、圆环盖板和轴承座均由导磁材料制成。如导磁材料采用45号钢，起到引导磁力线的作用，成本较低，性能稳定可靠，方便加工制造。

有益效果：

(1)本发明的带阻尼功能的永磁轴承的转轴在工作中，比如在越过临界转速时，转轴振幅增大，使内环永磁体偏离中心线摆动，引起内环永磁体和外环永磁体间气隙不在均布，气隙小的地方会受到一个斥力，推动外环永磁体摆动，进而压缩所在方向上的螺旋弹簧，螺旋弹簧会给磁环座一个反力，迫使磁环座和外环永磁体向相反的方向运动，这是一个反复的作用过程，振幅会逐渐减小。在两个外环永磁体摆动过程中，引起阻尼圆环片所在位置磁场强度的变化，在阻尼圆环片上引起感应电流—发热—耗散能量的过程，振幅会逐渐减小，使该永磁轴承能够起到阻尼作用，达到径向减振的良好效果，结构简单，减振效果稳定，工作环境良好；

(2)本发明的带阻尼功能的永磁轴承的内环永磁体靠近外环永磁体时，由于外环永磁体受到斥力会沿着与内环永磁体相同的运动的方向移动，从而使得该轴承提供刚度的强非线性特征得以缓解。

附图说明

图1是本发明带阻尼功能的永磁轴承的内部结构示意图；

图2是图1的阶梯剖视示意图；

图1中箭头代表磁化方向；

图中1、壳体，2、轴承座，3、磁环座，4、细鼠笼条，5、粗鼠笼条，6、轴承，7、转轴，8、内环永磁体，9、外环永磁体，10、阻尼圆环片，11、螺旋弹簧，12、第一弹簧腔，13、第二弹簧腔，14、圆环盖板。

具体实施方式

实施例

如图1～2所示，一种带阻尼功能的永磁轴承，包括壳体1、轴承座2、磁环座3、细鼠笼条4和粗鼠笼条5，所述轴承座2内设置有轴承6，轴承6选用角接触球轴承6，可以直接在市场购买，也可采用其他类型轴承6，比如动压螺旋槽轴承6、宝石球轴承6等，所述轴承6与转轴7固定连接，所述磁环座3套设在轴承座2上，所述轴承座2上固定套设有与转轴7同轴线的内环永磁体8，所述磁环座3内固定设置有与内环永磁体8相对的外环永磁体9，内环永磁体8和外环永磁体9均通过胶粘方式固定，所述内环永磁体8和外环永磁体9均轴向充磁且充磁方向相同，所述内环永磁体8和外环永磁体9均相应的从上至下设置有两个，两个所述内环永磁体8之间固定有阻尼圆环片10，所述阻尼圆环片10采用绝磁导电材料制成，如绝磁导电材料选用黄铜，两个所述外环永磁体9之间具有磁场间隙，所述阻尼圆环片10的边缘位于磁场间隙内，所述阻尼圆环片10的边缘与磁场间隙的重叠面积的大小随阻尼圆环片10的左右振动而变化；

所述细鼠笼条4的顶端与壳体1固定连接，其底端与磁环座3固定连接，所述粗鼠笼条5的顶端与壳体1固定连接，其底端与轴承座2固定连接，为了提高结构的稳定性和减振的效率，所述细鼠笼条4设置有四根并沿磁环座3的圆周方向均匀分布，所述粗鼠笼条5设置有四根并沿轴承座2的圆周方向均匀分布，当然粗鼠笼条5的数量不局限于四个，但必需大于三个，所述细鼠笼条4和粗鼠笼条5均由不锈钢材料制成。

所述磁环座3和壳体1之间设置有弹性元件，所述弹性元件的弹力方向与内环永磁体8和外环永磁体9的排斥方向一致。为了提高结构的稳定性和减振的效率，所述弹性元件的数量为四个，四个所述弹性元件沿磁环座3的圆周方向均匀分布，当然弹性元件和细鼠笼条4的数量均不局限于四个，但必需均大于三个，可根据结构参数确定，确保在内环永磁体8、外环永磁体9、弹性元件和细鼠笼条4的共同作用下，磁环座3能够来回自如振荡。为方便装配和降低成本，所述弹性元件选用螺旋弹簧11，所述壳体1内开设有第一弹簧腔12，所述磁环座3上开设有第二弹簧腔13，所述螺旋弹簧11的两端分别抵靠在第一弹簧腔12和第二弹簧腔13内。螺旋弹簧11，采用弹簧钢制成，该零件可在专业厂家定做。

为了提高内环永磁体8和外环永磁体9相斥的稳定性，提高本发明的减振效果和支承稳定性，所述内环永磁体8和外环永磁体9之间形成气隙且距离相等，两个所述内环永磁体8之间的距离和两个所述外环永磁体9之间的距离相等，所述阻尼圆环片10的径向具有台阶，其中间的厚度大于边缘的厚度，所述阻尼圆环片10的中间固定于两个所述内环永磁体8之间，对两个内环永磁体8起到隔离作用，所述阻尼圆环片10的边缘与两个所述外环永磁体9之间均具有间隙。所述内环永磁体8和外环永磁体9均采用稀土永磁材料制成，如采用稀土永磁材中磁性强的Nd-Fe-B材料制成，牌号为N40，该零件可在专业厂家定做，因工作中内环永磁体8和外环永磁体9只是摆动无转动，故采用整体环形结构，增强内环永磁体8和外环永磁体9的磁性和相斥的效率和稳定性。为了方便外环永磁体9的装配，所述磁环座3的顶端开设有环形安装口，所述环形安装口内可拆卸设置有圆环盖板14。为了起到引导磁力线的作用，所述磁环座3、圆环盖板14和轴承座2均由导磁材料制成，如导磁材料采用45号钢。

工作原理如下：

如图1和图2所示，转轴7在工作中，比如在越过临界转速时，转轴7振幅增大，其带动轴承座2振幅增大，使轴承座2上的内环永磁体8偏离中心线摆动，引起内环永磁体8和外环永磁体9间气隙不在均布，气隙小的地方会受到一个斥力，推动外环永磁体9摆动，进而压缩所在方向上的螺旋弹簧11，螺旋弹簧11会给磁环座3一个反力，迫使磁环座3和外环永磁体9向相反的方向运动，这是一个反复的作用过程，振幅会逐渐减小。在两个外环永磁体9摆动过程中，引起阻尼圆环片10所在位置磁场强度的变化，在阻尼圆环片10上引起感应电流—发热—耗散能量的过程，振幅会逐渐减小，使该永磁轴承6能够起到阻尼作用，达到径向减振的良好效果；

另外，当内环永磁体8靠近外环永磁体9时，由于外环永磁体9受到斥力会沿着与内环永磁体8相同的运动的方向移动，从而使得该轴承6提供刚度的强非线性特征得以缓解。

Claims (10)

1.一种带阻尼功能的永磁轴承，其特征在于：包括壳体(1)、轴承座(2)、磁环座(3)、细鼠笼条(4)和粗鼠笼条(5)，所述轴承座(2)内设置有轴承(6)，所述轴承(6)与转轴(7)固定连接，所述磁环座(3)套设在轴承座(2)上，所述轴承座(2)上固定套设有与转轴(7)同轴线的内环永磁体(8)，所述磁环座(3)内固定设置有与内环永磁体(8)相对的外环永磁体(9)，所述内环永磁体(8)和外环永磁体(9)均轴向充磁且充磁方向相同，所述内环永磁体(8)和外环永磁体(9)均相应的从上至下设置有两个，两个所述内环永磁体(8)之间固定有阻尼圆环片(10)，两个所述外环永磁体(9)之间具有磁场间隙，所述阻尼圆环片(10)的边缘位于磁场间隙内，所述阻尼圆环片(10)的边缘与磁场间隙的重叠面积的大小随阻尼圆环片(10)的左右振动而变化；

所述细鼠笼条(4)的顶端与壳体(1)固定连接，其底端与磁环座(3)固定连接，所述粗鼠笼条(5)的顶端与壳体(1)固定连接，其底端与轴承座(2)固定连接，所述磁环座(3)和壳体(1)之间设置有弹性元件，所述弹性元件的弹力方向与内环永磁体(8)和外环永磁体(9)的排斥方向一致。

2.根据权利要求1所述的带阻尼功能的永磁轴承，其特征在于：两个所述内环永磁体(8)之间的距离和两个所述外环永磁体(9)之间的距离相等，所述阻尼圆环片(10)采用绝磁导电材料制成，所述阻尼圆环片(10)的径向具有台阶，其中间的厚度大于边缘的厚度，所述阻尼圆环片(10)的中间固定于两个所述内环永磁体(8)之间，所述阻尼圆环片(10)的边缘与两个所述外环永磁体(9)之间均具有间隙。

3.根据权利要求1或2所述的带阻尼功能的永磁轴承，其特征在于：所述内环永磁体(8)和外环永磁体(9)之间距离相等。

4.根据权利要求1所述的带阻尼功能的永磁轴承，其特征在于：所述内环永磁体(8)和外环永磁体(9)均采用稀土永磁材料制成。

5.根据权利要求1所述的带阻尼功能的永磁轴承，其特征在于：所述弹性元件选用螺旋弹簧(11)，所述壳体(1)内开设有第一弹簧腔(12)，所述磁环座(3)上开设有第二弹簧腔(13)，所述螺旋弹簧(11)的两端分别抵靠在第一弹簧腔(12)和第二弹簧腔(13)内。

6.根据权利要求1或5所述的带阻尼功能的永磁轴承，其特征在于：所述弹性元件的数量为四个，四个所述弹性元件沿磁环座(3)的圆周方向均匀分布。

7.根据权利要求1所述的带阻尼功能的永磁轴承，其特征在于：所述细鼠笼条(4)设置有四根并沿磁环座(3)的圆周方向均匀分布，所述粗鼠笼条(5)设置有四根并沿轴承座(2)的圆周方向均匀分布。

8.根据权利要求1或7所述的带阻尼功能的永磁轴承，其特征在于：所述细鼠笼条(4)和粗鼠笼条(5)均由不锈钢材料制成。

9.根据权利要求1所述的带阻尼功能的永磁轴承，其特征在于：所述磁环座(3)的顶端开设有环形安装口，所述环形安装口内可拆卸设置有圆环盖板(14)。

10.根据权利要求9所述的带阻尼功能的永磁轴承，其特征在于：所述磁环座(3)、圆环盖板(14)和轴承座(2)均由导磁材料制成。