CN109737139A - 一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构 - Google Patents

Abstract

一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，属于轴承制备技术领域，结构上由主轴、配重块、轴向磁气悬浮轴承机构、径向磁气悬浮轴承机构连接构成，轴向轴承骨架和径向轴承骨架均采用矽钢片层、微晶玻璃层、石墨片层等通气材料相互层叠，形成磁气混合轴承，减小了整体结构的体积，其结构新颖，通过径向磁气混合轴承和轴向磁气混合轴承气孔往气腔中通入恒压气体，气体经由石墨片层均匀排出，从而使主轴实现悬浮；改变径向轴承线圈上的电流大小，进而改变轴承基体产生的磁场大小，从而实现径向和轴向位置的调节，既可使其对于主轴位置的调节更加精确，又可达到平衡主轴所受外力的效果，从而使主轴可以更加平稳高效地进行工作。

Description

一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构

技术领域

本发明属于轴承制备技术领域，涉及一种磁气悬浮轴承结构，特别是涉及一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构。

背景技术

目前，轴承行业是制造业的基础行业，也是国家重大装备和精密装备制造业配套的重要组成部分。气磁悬浮技术在轴承领域有了巨大的发展，占有极其重要的市场份额上。普遍的高速轴承的优点是：精度高、表面粗糙度小、间隙小以及体积小；其不足是：高速轴承负荷大时工作温度高、故障率高、寿命短且功耗大；而相应气磁悬浮轴承因其噪音小，环保，转速高和摩擦小等一系列的特点具有很大的发展前景和经济价值，利用线圈通电产生磁场，主轴自动悬浮从实现平稳无摩擦运行，无需润滑就可以达到几十万转的速度。目前主轴磁气悬浮轴承采用独立的磁、气悬浮轴承来对电动机主轴进行约束或调节，调节精度、灵敏度不高，且结构尺寸较大。

发明内容

本发明的目的是针对目前磁气悬浮轴承结构尺寸较大，对电动机主轴调节精度及灵敏度低等不足，提出一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，采用相互层叠式结构，形成磁气混合轴承，大大减小了整体结构的体积，可对主轴位置调节更加精确、及时，可达到平衡主轴所受外力的效果，可使主轴更加平稳高效地进行工作。

本发明的技术方案：一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，包括连接电机的主轴；其特征在于：所述主轴的一端设有配重块，所述主轴的另一端设有推力盘，所述推力盘的两侧分别设有一组轴向磁气悬浮轴承机构，所述配重块与轴向磁气悬浮轴承机构之间的主轴上设有两组径向磁气悬浮轴承机构；

每组所述轴向磁气悬浮轴承机构由轴向轴承骨架、轴向轴承线圈、轴向轴承底座和轴向轴承气孔连接组成，所述轴向轴承气孔连接设置在所述轴向轴承底座的外侧面，所述轴向轴承骨架设置在轴向轴承底座的内侧面上，所述轴向轴承骨架由轴向矽钢片、第一轴向微晶玻璃层、轴向石墨片层和第二轴向微晶玻璃层叠加构成，所述轴向轴承线圈缠绕设置在所述轴向轴承骨架上，所述轴向轴承底座内部设有轴向轴承气腔，所述轴向轴承气孔与轴向轴承气腔、轴向轴承骨架连接相通，所述轴向轴承骨架与所述推力盘的两侧面形成间隙，所述轴向轴承骨架与主轴的外表面形成悬浮连接；

每组所述径向磁气悬浮轴承机构均由径向轴承衬套、径向轴承骨架、径向轴承线圈和径向轴承气孔构成；所述径向轴承气孔均布设置在所述径向轴承衬套的外侧面上，所述径向轴承骨架由径向轴承矽钢片、第一径向微晶玻璃层、径向石墨片层、第二径向微晶玻璃层叠加构成，所述径向轴承线圈缠绕设置在径向轴承骨架上，所述径向轴承衬套与所述径向轴承骨架之间设有径向轴承气孔，所述径向轴承气孔、径向轴承气腔、径向轴承骨架连接相通，所述径向轴承骨架与所述主轴的外表面形成悬浮连接。

所述配重块背面设有螺纹孔，主轴端部设有螺纹轴，配重块与主轴端部螺纹连接。

所述推力盘与主轴为一体式结构。

所述每组轴向磁气悬浮轴承机构中轴向轴承线圈的数量为8个，轴向轴承线圈均布缠绕在轴向轴承骨架上。

所述每组轴向磁气悬浮轴承机构中轴向轴承气孔的数量为4个，轴向轴承气孔均布设置在轴向轴承底座的外侧面上。

所述每组径向磁气悬浮轴承机构中径向轴承骨架均布设置在径向轴承衬套内侧，径向轴承线圈的数量为8个。

所述径向轴承气孔的数量为4个，径向轴承气孔均布设置在径向轴承衬套的外圆柱表面上。

本发明的有益效果为：本发明提出的一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，结构上由主轴、配重块、轴向磁气悬浮轴承机构、径向磁气悬浮轴承机构连接构成，其结构新颖，通过向两个径向磁气混合轴承中通入恒压气体，气体经石墨片层上的微孔最终均匀地作用于主轴之上，使主轴实现悬浮，传感器根据主轴当前的径向位置偏移量，对线圈产生的磁场进行调节，磁场对主轴产生力的作用，从而校正主轴径向位置；当主轴受到轴向作用力的时候，传感器收到信号，调节轴向磁气混合轴承上面线圈的电流大小，变化的磁场对主轴产生轴向的作用力，从而达到平衡主轴所受外力的效果，本发明中轴向轴承骨架和径向轴承骨架均采用矽钢片层、微晶玻璃层、石墨片层等通气材料相互层叠，形成磁气混合轴承，大大减小了整体结构的体积，既可使其对于主轴位置的调节更加精确，又可达到平衡主轴所受外力的效果，从而使主轴可以更加平稳高效地进行工作。

附图说明

图1 为本发明装置立体结构示意图。

图2 为本发明装置整体剖视结构示意图。

图3 为本发明装置中轴向磁气悬浮轴承机构的立体结构示意图。

图4 为本发明装置中轴向磁气悬浮轴承机构的剖视示意图。

图5 为本发明装置中径向磁气悬浮轴承机构的立体结构示意图。

图6 为本发明装置中径向磁气悬浮轴承机构的剖视示意图。

图7 为图6中A处的放大结构示意图。

图中：配重块1、径向磁气悬浮轴承机构2、主轴3、轴向磁气悬浮轴承机构4、推力盘5、轴向轴承骨架6、轴向轴承线圈7、轴向轴承底座8、轴向矽钢片9、第一轴向微晶玻璃层10、轴向石墨片层11、第二轴向微晶玻璃层12、轴向轴承气腔13、轴向轴承气孔14、径向轴承线圈15、径向轴承骨架16、径向轴承衬套17、径向轴承气孔18、径向轴承气腔19、第二径向微晶玻璃层20、径向石墨片层21、第一径向微晶玻璃层22、径向轴承矽钢片23。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-7所示，一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，包括连接电机的主轴3；主轴3的一端设有配重块1，主轴3的另一端设有推力盘5，推力盘5的两侧分别设有一组轴向磁气悬浮轴承机构4，配重块1与轴向磁气悬浮轴承机构4之间的主轴3上设有两组径向磁气悬浮轴承机构2。

如图3-4所示，一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，每组轴向磁气悬浮轴承机构4由轴向轴承骨架6、轴向轴承线圈7、轴向轴承底座8和轴向轴承气孔14连接组成，轴向轴承气孔14连接设置在轴向轴承底座8的外侧面，轴向轴承骨架6设置在轴向轴承底座8的内侧面上，轴向轴承骨架6由轴向矽钢片9、第一轴向微晶玻璃层10、轴向石墨片层11和第二轴向微晶玻璃层12叠加构成，轴向轴承线圈7缠绕设置在轴向轴承骨架6上，轴向轴承底座8内部设有轴向轴承气腔13，轴向轴承气孔14与轴向轴承气腔13、轴向轴承骨架6连接相通，轴向轴承骨架6与推力盘5的两侧面形成间隙，轴向轴承骨架6与主轴3的外表面形成悬浮连接。

如图5-7所示，一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，每组径向磁气悬浮轴承机构2均由径向轴承衬套17、径向轴承骨架16、径向轴承线圈15和径向轴承气孔18构成；径向轴承气孔18均布设置在径向轴承衬套17的外侧面上，径向轴承骨架16由径向轴承矽钢片23、第一径向微晶玻璃层22、径向石墨片层21、第二径向微晶玻璃层20叠加构成，径向轴承线圈15缠绕设置在径向轴承骨架16上，径向轴承衬套17与径向轴承骨架16之间设有径向轴承气孔18，径向轴承气孔18、径向轴承气腔19、径向轴承骨架16连接相通，径向轴承骨架16与主轴3的外表面形成悬浮连接。

如图1-7所示，一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，配重块1背面设有螺纹孔，主轴3端部设有螺纹轴，配重块1与主轴3端部螺纹连接；推力盘5与主轴3为一体式结构；每组轴向磁气悬浮轴承机构4中轴向轴承线圈7的数量为8个，轴向轴承线圈7均布缠绕在轴向轴承骨架6的内侧面上；每组轴向磁气悬浮轴承机构4中轴向轴承气孔14的数量为4个，轴向轴承气孔14均布设置在轴向轴承底座8的外侧面上；每组径向磁气悬浮轴承机构2中径向轴承骨架16均布设置在径向轴承衬套17内侧，径向轴承线圈15的数量为8个；径向轴承气孔14的数量为4个，径向轴承气孔14均布设置在径向轴承衬套17的外圆柱表面上。

如图1-7所示，一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构的工作原理如下：该装置由主轴、径向磁气混合轴承、轴向磁气混合轴承组成，一共限制了主轴的5个自由度。每个轴承均由骨架、气腔、线圈组成，但径向磁气混合轴承采用单绕组线圈，每组线圈均有不同的电流控制；轴向磁气混合轴承上线圈采用串联式绕组，由一个电流进行控制。通过径向磁气混合轴承气孔往气腔中通入恒压气体，气体经由石墨片层均匀排出，从而使主轴实现悬浮；径向磁气混合轴承上面每个线圈都有独立的电流控制，当主轴的径向位置发生偏差时，传感器接收到信号，通过计算x、y方向的位移，相应地改变特定径向轴承线圈上的电流大小，进而改变轴承基体产生的磁场大小，从而对主轴产生径向力的作用，主轴沿着径向移动，从而实现径向位置的调节。主轴正常工作时，同样地通过气孔向气腔中通入恒压气体，气体经过轴向磁气轴承基体中的石墨片层最终均匀地作用于主轴推力盘上，使主轴实现轴向静止；当主轴受到轴向传来的外力时，轴向磁气混合轴承上的传感器接收到信号，相应地改变特定轴向轴承线圈上的电流大小，进而改变轴承基体产生的磁场大小，从而给主轴轴向方向产生力的作用，达到平衡主轴所受外力的效果。

Claims (7)

1.一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，包括连接电机的主轴(3)；其特征在于：所述主轴(3)的一端设有配重块(1)，所述主轴(3)的另一端设有推力盘(5)，所述推力盘(5)的两侧分别设有一组轴向磁气悬浮轴承机构(4)，所述配重块(1)与轴向磁气悬浮轴承机构(4)之间的主轴(3)上设有两组径向磁气悬浮轴承机构(2)；

每组所述轴向磁气悬浮轴承机构(4)由轴向轴承骨架(6)、轴向轴承线圈(7)、轴向轴承底座(8)和轴向轴承气孔(14)连接组成，所述轴向轴承气孔(14)连接设置在所述轴向轴承底座(8)的外侧面，所述轴向轴承骨架(6)设置在轴向轴承底座(8)的内侧面上，所述轴向轴承骨架(6)由轴向矽钢片(9)、第一轴向微晶玻璃层(10)、轴向石墨片层(11)和第二轴向微晶玻璃层(12)叠加构成，所述轴向轴承线圈(7)缠绕设置在所述轴向轴承骨架(6)上，所述轴向轴承底座(8)内部设有轴向轴承气腔(13)，所述轴向轴承气孔(14)与轴向轴承气腔(13)、轴向轴承骨架(6)连接相通，所述轴向轴承骨架(6)与所述推力盘(5)的两侧面形成间隙，所述轴向轴承骨架(6)与主轴(3)的外表面形成悬浮连接；

每组所述径向磁气悬浮轴承机构(2)均由径向轴承衬套(17)、径向轴承骨架(16)、径向轴承线圈(15)和径向轴承气孔(18)构成；所述径向轴承气孔(18)均布设置在所述径向轴承衬套(17)的外侧面上，所述径向轴承骨架(16)由径向轴承矽钢片(23)、第一径向微晶玻璃层(22)、径向石墨片层(21)、第二径向微晶玻璃层(20)叠加构成，所述径向轴承线圈(15)缠绕设置在径向轴承骨架(16)上，所述径向轴承衬套(17)与所述径向轴承骨架(16)之间设有径向轴承气孔(18)，所述径向轴承气孔(18)、径向轴承气腔(19)、径向轴承骨架(16)连接相通，所述径向轴承骨架(16)与所述主轴(3)的外表面形成悬浮连接。

2.根据权利要求1所述的一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，其特征在于：所述配重块(1)背面设有螺纹孔，主轴(3)端部设有螺纹轴，配重块(1)与主轴(3)端部螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，其特征在于：所述推力盘(5)与主轴(3)为一体式结构。

4.根据权利要求1所述的一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，其特征在于：所述每组轴向磁气悬浮轴承机构(4)中轴向轴承线圈(7)的数量为8个，轴向轴承线圈(7)均布缠绕在轴向轴承骨架(6)上。

5.根据权利要求1所述的一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，其特征在于：所述每组轴向磁气悬浮轴承机构(4)中轴向轴承气孔(14)的数量为4个，轴向轴承气孔(14)均布设置在轴向轴承底座(8)的外侧面上。

6.根据权利要求1所述的一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，其特征在于：所述每组径向磁气悬浮轴承机构(2)中径向轴承骨架(16)均布设置在径向轴承衬套(17)内侧，径向轴承线圈(15)的数量为8个，径向轴承线圈(15)均布缠绕在径向轴承骨架(16)上。

7.根据权利要求1所述的一种电机主轴用交织嵌入式磁气悬浮轴承结构，其特征在于：所述径向轴承气孔(14)的数量为4个，径向轴承气孔(14)均布设置在径向轴承衬套(17)的外圆柱表面上。