CN110242670A - 磁悬浮轴承系统及具有其的工装 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁悬浮轴承系统及具有其的工装。磁悬浮轴承系统包括：主轴；止推轴承，所述止推轴承套设在所述主轴上；第一轴向铁芯组件，所述第一轴向铁芯组件套设在所述主轴上并位于所述止推轴承的第一侧；第二轴向铁芯组件，所述第二轴向铁芯组件套设在所述主轴上并位于所述止推轴承的第二侧；检测组件，所述检测组件集成在所述第一轴向铁芯组件上或所述第二轴向铁芯组件上。本发明中的磁悬浮轴承系统由于将检测组件集成在第一轴向铁芯组件或者第二轴向铁芯组件上，能够提高本发明中的磁悬浮轴承系统的控制精度，并能够减小主轴的长度，进而能够提高主轴的力学性能和质量。

Description

磁悬浮轴承系统及具有其的工装

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，具体而言，涉及一种磁悬浮轴承系统及具有其的工装。

背景技术

磁悬浮轴承具有无机械接触、不需润滑、临界转速高、使用寿命长及可靠性高等特点，被广泛应用于高速、超高速领域。传感器作为磁悬浮系统不可或缺的一个部分，其检测精度十分重要，提高磁悬浮系统的位置检测精度，既能提高系统整体性能又能提高其使用寿命。

参见图1所示，现有的磁悬浮轴承系统采用的是传感作动分离的形式，其基本结构包括光轴1、径向位移传感器2、径向轴承3、电机转子4、轴向轴承铁芯5、轴向轴承线圈6、转子推力盘7和轴向位移传感器8。

轴向轴承定子布置于转子推力盘7的两侧，用于检测转子径向位移的径向位移传感器2布置于径向轴承3的一侧，用于检测转子轴向位移的轴向位移传感器8布置于光轴1的左端面，轴向位移传感器8与轴承分开安装。当光轴1发生径向或者轴向位移时，轴向位移传感器8就将检测到的位移改变量转换成信号传递给系统，进而控制轴向轴承的出力大小使轴回到安全位置。

这种结构存在以下缺点：

1.轴向位移传感器检测数值与止推轴承的实际轴向间隙数据可能不一致，会影响系统的控制精度；

2.传感器与轴向轴承分离布置，造成整个系统出线端子数量较多；

3.布置径向位移传感器需占用一定的主轴轴向空间，造成主轴长度增加，主轴动力学性能下降及整个系统成本增加。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种磁悬浮轴承系统及具有其的工装，以解决现有技术中的磁悬浮轴承系统及具有其的工装控制精度不够高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种磁悬浮轴承系统，包括：主轴；止推轴承，所述止推轴承套设在所述主轴上；第一轴向铁芯组件，所述第一轴向铁芯组件套设在所述主轴上并位于所述止推轴承的第一侧；第二轴向铁芯组件，所述第二轴向铁芯组件套设在所述主轴上并位于所述止推轴承的第二侧；检测组件，所述检测组件集成在所述第一轴向铁芯组件上或所述第二轴向铁芯组件上。

进一步地，所述检测组件包括：环形外壳，所述环形外壳的中央具有通孔；径向位移传感器，所述径向位移传感器设置在所述通孔的内侧壁面上。

进一步地，所述检测组件还包括：轴向位移传感器，所述轴向位移传感器设置在所述环形外壳的端面上。

进一步地，所述检测组件集成设置在所述第二轴向铁芯组件远离所述止推轴承的一侧，所述主轴上固定设置有轴向位移检测环，所述轴向位移检测环靠近所述第二轴向铁芯组件设置。

进一步地，所述磁悬浮轴承系统还包括传感器出线电路板和轴承出线电路板，所述传感器出线电路板和所述轴承出线电路板分体设置或者集成设置成一体。

进一步地，所述第一轴向铁芯组件包括：第一轴向铁芯，所述第一轴向铁芯靠近所述止推轴承的端面上具有同心布置的第一环形凹槽和第二环形凹槽，所述第一环形凹槽位于所述第二环形凹槽的外部；第一轴向保护环，所述第一轴向保护环设置在所述第二环形凹槽内；第一轴向线圈，所述第一轴向线圈设置在所述第一环形凹槽内。

进一步地，所述第二轴向铁芯组件包括：第二轴向铁芯，所述第二轴向铁芯靠近所述止推轴承的端面上具有同心布置的第三环形凹槽和第四环形凹槽，所述第三环形凹槽位于所述第四环形凹槽的外部；第二轴向保护环，所述第二轴向保护环设置在所述第四环形凹槽内；第二轴向线圈，所述第二轴向线圈设置在所述第三环形凹槽内。

进一步地，所述第一轴向保护环和所述第二轴向保护环采用自润滑材料制作而成。

进一步地，所述第一轴向铁芯和所述第二轴向铁芯由导磁材料制作而成，所述检测组件包括环形外壳，所述环形外壳采用隔磁材料制作而成。

进一步地，所述轴向位移传感器和所述径向位移传感器均为电涡流传感器。

根据本发明的另一方面，提供了一种工装，包括磁悬浮轴承系统，所述磁悬浮轴承系统为上述的磁悬浮轴承系统。

应用本发明的技术方案，由于本发明中的检测组件是设置在第一轴向铁芯组件或者第二轴向铁芯组件上的，能够使得检测组件远离用于驱动主轴转动的电机转子等发热部件，能够避开主轴容易变形的部位，此时，检测组件检测的数据与止推轴承和主轴的实际位移数据一致，能够提高本发明中的磁悬浮轴承系统的控制精度。同时，相对于现有技术中的磁悬浮轴承系统而言，本发明中的磁悬浮轴承系统由于将检测组件集成在第一轴向铁芯组件或者第二轴向铁芯组件上，能够减小主轴的长度，进而能够提高主轴的力学性能和质量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了现有的磁悬浮轴承系统的主视图；

图2示意性示出了本发明的磁悬浮轴承系统的第一视角的剖视图；

图3示意性示出了本发明的磁悬浮轴承系统的第二视角的剖视图；

图4示意性示出了本发明的检测组件的立体图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、主轴；20、止推轴承；30、第一轴向铁芯组件；31、第一轴向铁芯；311、第一环形凹槽；312、第二环形凹槽；32、第一轴向保护环；33、第一轴向线圈；40、第二轴向铁芯组件；41、第二轴向铁芯；411、第三环形凹槽；412、第四环形凹槽；42、第二轴向保护环；43、第二轴向线圈；50、检测组件；51、环形外壳；52、径向位移传感器；53、轴向位移传感器；60、轴向位移检测环；70、传感器出线电路板；80、轴承出线电路板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

参见图2至图4所示，根据本发明的实施例，提供了一种磁悬浮轴承系统，本实施例中的磁悬浮轴承系统包括主轴10、止推轴承20、第一轴向铁芯组件30、第二轴向铁芯组件40、检测组件50以及控制器(图中未示出)。

其中，止推轴承20套设在主轴10上；第一轴向铁芯组件30套设在主轴10上并位于止推轴承20的第一侧；第二轴向铁芯组件40套设在主轴10上并位于止推轴承20的第二侧；检测组件50集成在第一轴向铁芯组件30上或第二轴向铁芯组件40上并与控制器通讯连接。

实际工作时，通过检测组件50的作用，便于对主轴10的轴向和径向位移进行检测，检测组件50将检测到的位移改变量转换成信号传递给控制器，通过控制器的控制作用，能够对第一轴向铁芯组件30和第二轴向铁芯组件40的电流大小进行控制，进而对止推轴承20的轴向位移进行控制，防止止推轴承20与第一轴向铁芯组件30和第二轴向铁芯组件40发生轴向碰撞，进而使得主轴10回到安全位置。

由于本发明中的检测组件50是设置在第一轴向铁芯组件30或者第二轴向铁芯组件40上的，能够使得检测组件50远离用于驱动主轴10转动的电机转子等发热部件，能够避开主轴10容易变形的部位，此时，检测组件50检测的数据与止推轴承20和主轴10的实际位移一致，能够提高本实施例中的磁悬浮轴承系统的控制精度。同时，相对于现有技术中的磁悬浮轴承系统而言，本实施例中的磁悬浮轴承系统由于将检测组件50集成在第一轴向铁芯组件30或者第二轴向铁芯组件40上，能够减小主轴10的长度，进而能够提高主轴10的力学性能和质量。

具体来说，本实施例中的检测组件50包括环形外壳51、径向位移传感器52以及轴向位移传感器53，其中，环形外壳51的中央具有通孔，主轴10穿过通孔位于环形外壳51的内部；径向位移传感器52设置在通孔的内侧壁面上便于对主轴10的径向位移进行检测；轴向位移传感器53设置在环形外壳51的端面上，便于对主轴10的轴向位移进行检测。

在本发明的另一种实施例中，检测组件50还可以只包括轴向位移传感器53也是可以达到提高本实施例中的磁悬浮轴承系统的控制精度的效果，但是，将径向位移传感器52一体化设置在磁悬浮轴承系统上时的控制精度会更加理想。

在本发明的一种实施例中，将检测组件50集成设置在第二轴向铁芯组件40远离止推轴承20的一侧，对应地，为了便于对主轴10的轴向位移进行检测，本实施例中的主轴10上固定设置有轴向位移检测环60，该轴向位移检测环60靠近第二轴向铁芯组件40设置，轴向位移传感器53通过检测轴向位移检测环60与轴向位移传感器53的间隙对主轴10的轴向位移进行检测，结构简单，便于实现。需要说明的是，这里的靠近第二轴向铁芯组件40设置的意思是不是第二轴向铁芯组件40贴紧设置，而是与第二轴向铁芯组件40之间具有一定间隙设置的意思。

本实施例中的磁悬浮轴承系统还包括传感器出线电路板70和轴承出线电路板80，传感器出线电路板70和轴承出线电路板80可以分体设置，也可以集成设置成一起。当传感器出线电路板70和轴承出线电路板80分体设置时，第一轴向铁芯组件30的轴承出线电路板80安装在第一轴向铁芯组件30，第二轴向铁芯组件40的轴承出线电路板80安装在第二轴向铁芯组件40，传感器出线电路板70与检测组件50固定在同一个轴向铁芯组件上。

再次参见图2和图3所示，本实施例中的第一轴向铁芯组件30包括第一轴向铁芯31、第一轴向保护环32以及第一轴向线圈33，其中，第一轴向铁芯31靠近止推轴承20的端面上具有同心布置的第一环形凹槽311和第二环形凹槽312，第一环形凹槽311位于第二环形凹槽312的外部；安装时，第一轴向保护环32设置在第二环形凹槽312内；第一轴向线圈33设置在第一环形凹槽311内。

对应地，第二轴向铁芯组件40包括第二轴向铁芯41、第二轴向保护环42以及第二轴向线圈43，第二轴向铁芯41靠近止推轴承20的端面上具有同心布置的第三环形凹槽411和第四环形凹槽412，第三环形凹槽411位于第四环形凹槽412的外部；安装时，将第二轴向保护环42设置在第四环形凹槽412内；第二轴向线圈43设置在第三环形凹槽411内。

优选地，本实施例中的第一轴向保护环32和第二轴向保护环42采用自润滑材料制作而成，便于对第一轴向铁芯31和第二轴向铁芯41进行保护。本实施例中的自润滑材料可以是石墨等自润滑材料。

本实施例中的第一轴向铁芯31和第二轴向铁芯41由导磁材料制作而成。这里的导磁材料优选为45#钢等导磁性能良好的材料。环形外壳51采用不锈钢或者其他隔磁性能良好的材料制作而成，便于提高本实施例中的磁悬浮轴承系统的控制精度。

优选地，本实施例中的轴向位移传感器53和径向位移传感器52均为电涡流传感器。

实际装配时，将止推轴承20装配于主轴10上，止推轴承20两侧分别布置有第一轴向铁芯组件30和第二轴向铁芯组件40，第一轴向铁芯组件30和第二轴向铁芯组件40与止推轴承20间留有间隙；检测组件50的出线固定于传感器出线电路板70上，传感器出线电路板70固定在第一轴向铁芯组件30轴承出线电路板80固定于第二轴向铁芯组件40的端面上；传感器出线电路板70采用多层PCB工艺，起到屏蔽保护弱电线路的作用；轴向位移检测环60装配于主轴10上，与轴向位移传感器保持一定间隙。

实际运行时，径向位移传感器52负责检测主轴10的径向位移，轴向位移传感器53负责检测轴向位移检测环60的轴向位移，系统正常运行时，止推轴承20与两侧的第一轴向铁芯组件30和第二轴向铁芯组件40保持既定间隙；当止推轴承20发生轴向位移时，轴向位移检测环60同样发生轴向位移，因此时轴向位移检测环60与止推轴承20间无发热轴段，轴向位移检测环60能很好地反映止推轴承20的轴向位移，轴向位移传感器53将检测到的轴向位移检测环60的位移数据传递给系统控制器，系统控制器就通过调节第一轴向铁芯组件30和第二轴向铁芯组件40的输入电流大小来控制止推轴承20的轴向位置，防止止推轴承20与第一轴向铁芯组件30和第二轴向铁芯组件40发生轴向碰撞，从而保证整个磁悬浮系统安全稳定运行；当主轴10发生径向位移时，径向位移传感器52就将检测到的主轴10径向位移数据传递给系统控制器，系统控制器就通过调节径向轴承的输入电流大小来控制主轴10的径向位置，从而保证整个磁悬浮系统安全稳定运行。

可见，本发明将检测组件50集成于第一轴向铁芯组件30或第二轴向铁芯组件40上，检测组件50检测数据可视为作主轴10与止推轴承20实际间隙，检测组件50检测数据与止推轴承20实际间隙一致，提高了控制精度，降低了主轴10长度与质量，提高了主轴10动力学性能。

根据本发明的另一方面，提供了一种工装，这里的工装可以是电机，还可以是压缩机等，本实施例中的工装包括磁悬浮轴承系统，该磁悬浮轴承系统为上述实施例中的磁悬浮轴承系统。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明通过检测组件与第二轴向铁芯组件集成为一体，可缩短主轴长度，降低主轴质量及加工成本，提升系统转子动力学性能；同时能够使得检测组件避开主轴主要发热位置，降低轴向位移检测误差，系统控制更精准。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种磁悬浮轴承系统，其特征在于，包括：

主轴(10)；

止推轴承(20)，所述止推轴承(20)套设在所述主轴(10)上；

第一轴向铁芯组件(30)，所述第一轴向铁芯组件(30)套设在所述主轴(10)上并位于所述止推轴承(20)的第一侧；

第二轴向铁芯组件(40)，所述第二轴向铁芯组件(40)套设在所述主轴(10)上并位于所述止推轴承(20)的第二侧；

检测组件(50)，所述检测组件(50)集成在所述第一轴向铁芯组件(30)上或所述第二轴向铁芯组件(40)上。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于，所述检测组件(50)包括：

环形外壳(51),所述环形外壳(51)的中央具有通孔；

径向位移传感器(52)，所述径向位移传感器(52)设置在所述通孔的内侧壁面上。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于，所述检测组件(50)还包括：

轴向位移传感器(53)，所述轴向位移传感器(53)设置在所述环形外壳(51)的端面上。

4.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于，所述检测组件(50)集成设置在所述第二轴向铁芯组件(40)远离所述止推轴承(20)的一侧。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于，所述主轴(10)上固定设置有轴向位移检测环(60)，所述轴向位移检测环(60)靠近所述第二轴向铁芯组件(40)设置。

6.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于，所述磁悬浮轴承系统还包括传感器出线电路板(70)和轴承出线电路板(80)，所述传感器出线电路板(70)和所述轴承出线电路板(80)分体设置或者集成设置成一体。

7.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于，所述第一轴向铁芯组件(30)包括：

第一轴向铁芯(31)，所述第一轴向铁芯(31)靠近所述止推轴承(20)的端面上具有同心布置的第一环形凹槽(311)和第二环形凹槽(312)，所述第一环形凹槽(311)位于所述第二环形凹槽(312)的外部；

第一轴向保护环(32)，所述第一轴向保护环(32)设置在所述第二环形凹槽(312)内；

第一轴向线圈(33)，所述第一轴向线圈(33)设置在所述第一环形凹槽(311)内。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于，所述第二轴向铁芯组件(40)包括：

第二轴向铁芯(41)，所述第二轴向铁芯(41)靠近所述止推轴承(20)的端面上具有同心布置的第三环形凹槽(411)和第四环形凹槽(412)，所述第三环形凹槽(411)位于所述第四环形凹槽(412)的外部；

第二轴向保护环(42)，所述第二轴向保护环(42)设置在所述第四环形凹槽(412)内；

第二轴向线圈(43)，所述第二轴向线圈(43)设置在所述第三环形凹槽(411)内。

9.根据权利要求8所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于，所述第一轴向保护环(32)和所述第二轴向保护环(42)采用自润滑材料制作而成。

10.根据权利要求8所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于，所述第一轴向铁芯(31)和所述第二轴向铁芯(41)由导磁材料制作而成，所述检测组件(50)包括环形外壳(51)，所述环形外壳(51)采用隔磁材料制作而成。

11.根据权利要求3所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于，所述轴向位移传感器(53)和所述径向位移传感器(52)均为电涡流传感器。

12.一种工装，包括磁悬浮轴承系统，其特征在于，所述磁悬浮轴承系统为权利要求1至11中任一项所述的磁悬浮轴承系统。