CN110645270B - 一种电磁吸附夹持式保护轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁悬浮轴承系统，具体涉及一种电磁吸附夹持式保护轴承装置。包括：双锥面套筒，所述双锥面套筒的外表面具有两个锥面，所述双锥面套筒套设在转子上；支承组件，所述支承组件为两组且被轴向滑动地装配在所述双锥面套筒的外周，两组所述支承组件分别对应两个锥面设置，所述支承组件的朝向所述双锥面套筒的内表面呈与对应锥面相适应的锥形面；电磁吸附组件，两组所述支承组件在所述电磁吸附组件的作用下相向滑动，两组支承组件的锥形面与所述双锥面套筒的两个锥面相接，夹持所述双锥面套筒。解决了现有技术中存在的在断电、过载等情况下，转子的跌落会给磁悬浮轴承系统带来冲击和振动进而造成损坏的技术问题。

Description

一种电磁吸附夹持式保护轴承装置

技术领域

本发明涉及磁悬浮轴承系统，具体涉及一种电磁吸附夹持式保护轴承装置。

背景技术

磁悬浮轴承系统在断电、过载等情况下，会失去对转子的承载能力，所以需要安装一套保护轴承装置为失去支承的转子提供临时的支承，避免高速旋转的转子跌落在定子上，保证整个磁悬浮系统的安全性。目前磁悬浮系统中所使用的保护轴承多采用传统的滚动轴承，但为了使磁悬浮系统正常工作，转子与滚动轴承内圈存在一个固定的间隙。因此，当转子跌落时，由于无法消除转子与轴承之间的间隙，轴承会受到转子很大的冲击和振动，导致保护轴承损坏。而一些新型可消除间隙的保护轴承也依然存在许多不足，其结构复杂，反应速度较慢，或者需要依靠控制系统才能工作，在断电等情况下整个保护轴承就无法运作，这些因素导致其可靠性不高。

所以为了扩大磁悬浮轴承的应用前景，研究一种可以在过载断电等情况下主动或者被动地消除径向间隙，并且反应灵敏，减少对保护轴承的损伤，对磁悬浮轴承的发展可以起到重要作用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的在断电、过载等情况下，转子的跌落会给磁悬浮轴承系统带来冲击和振动进而造成损坏的技术问题，本发明提供一种电磁吸附夹持式保护轴承装置，解决了上述技术问题。本发明的技术方案如下：

一种电磁吸附夹持式保护轴承装置，包括：双锥面套筒，所述双锥面套筒的外表面具有两个锥面，所述双锥面套筒套设在转子上；支承组件，所述支承组件为两组且被轴向滑动地装配在所述双锥面套筒的外周，两组所述支承组件分别对应两个锥面设置，所述支承组件的朝向所述双锥面套筒的内表面呈与对应锥面相适应的锥形面；电磁吸附组件，两组所述支承组件在所述电磁吸附组件的作用下相向滑动，两组支承组件的锥形面与所述双锥面套筒的两个锥面相接，夹持所述双锥面套筒；所述电磁吸附组件为一组，位于两组支承组件之间，所述电磁吸附组件通电吸附两组支承组件沿轴线相向滑动，夹持所述双锥面套筒；或者，所述电磁吸附组件为两组，分别位于两组支承组件的外侧，两组电磁吸附组件分别吸附两个驱动件相向运动，两个驱动件分别带动两组支承组件相向滑动，夹持所述双锥面套筒。

通过设置转子外部套设双锥面套筒，双锥面套筒外滑动套设两组支承组件，通过电磁吸附组件作用于两组支承组件，驱动两组支承组件轴向滑动。磁悬浮轴承系统正常工作时，两组支承组件的锥形面与双锥面套筒之间存在间隙，转子可正常工作；在断电或过载的情况下，使电磁吸附组件通电，电磁吸附组件产生磁力，驱动两组支承组件沿轴向滑动，两组支承组件的轴向滑动消除了锥形面与锥面之间的间隙，两组支承组件的锥形面与双锥面套筒的两个锥面相接，支承组件可支承转子。避免转子的跌落给磁悬浮轴承系统带来冲击和振动进而造成损坏。

进一步地，所述双锥面套筒与所述转子螺纹连接，所述双锥面套筒的两个锥面对称设置，两个锥面所在的外表面呈中间凸起状，两组所述支承组件对称设置。

进一步地，所述支承组件包括支承件和支承定位件，所述支承件位于所述支承定位件和双锥面套筒之间，所述支承件通过轴承与所述支承定位件可转动连接，所述支承件靠近所述双锥面套筒的内表面呈锥形面。

进一步地，所述支承定位件通过滚珠套筒滑动设置在机架上。

进一步地，所述电磁吸附组件为一组时，所述电磁吸附组件包括线圈、隔磁圈和线圈套，所述线圈套和所述隔磁圈配合容纳所述线圈，所述隔磁圈位于所述线圈的内周。

进一步地，所示电磁吸附组件为两组时，所述两组支承组件的外侧设置有挡板，所述驱动件的一端间隔套设在转子的外侧并与所述挡板螺纹连接，所述驱动件的另一端延伸至靠近所述电磁吸附组件的外侧。

进一步地，所述电磁吸附组件包括线圈和隔磁圈，所述隔磁圈位于所述线圈的靠近所述驱动件的一侧。

进一步地，还包括弹性件，所述弹性件位于两组支承组件之间，所述弹性件的两端分别作用于两组支承组件。

基于上述技术方案，本发明所能实现的技术效果为：

1.本发明的电磁吸附夹持式保护轴承装置，通过设置转子外部套设双锥面套筒，双锥面套筒外滑动套设两组支承组件，通过电磁吸附组件作用于两组支承组件，驱动两组支承组件轴向滑动。磁悬浮轴承系统正常工作时，两组支承组件的锥形面与双锥面套筒之间存在轴向间隙和径向间隙，转子可正常工作；在断电或过载的情况下，使电磁吸附组件通电，电磁吸附组件产生磁力，驱动两组支承组件沿轴向滑动，两组支承组件的轴向滑动同时消除了锥形面与锥面之间的轴向间隙和径向间隙，两组支承组件的锥形面与双锥面套筒的两个锥面相接，支承组件可支承转子。避免转子的跌落给磁悬浮轴承系统带来冲击和振动进而造成损坏；通过设置两个锥面对称，且两个锥面所在的外表面呈中间凸起状，如此两个锥形面与两个锥面相接时，可形成夹持式相接；

2.本发明的电磁吸附夹持式保护轴承装置，通过设置支承组件包括支承件和支承定位件，支承件通过轴承与支承定位件可转动连接，如此，当支承件上的锥形面与锥面相接时，转子可带动支承件随之转动，支承件相对于支承定位件转动，对转子可起到缓冲作用，减少对转子的损坏；锥形面与对应的锥面平行，可实现支承件与双锥面套筒之间面接触，双锥面套筒与支承件之间的接触面积增大，其可带动支承件随之转动，两者之间不会因相对转动而对两者造成磨损；

3.本发明的电磁吸附夹持式保护轴承装置，设置电磁吸附组件可位于两组支承组件之间，直接吸附两组支承组件相向运动，实现对双锥面套筒的支承作用，还可设置电磁吸附组件为两组分别位于两组支承组件的外侧，通过吸附两个驱动件相向运动，来带动两组支承组件相向运动，实现对双锥面套筒的支承作用；此外两种设置均对电磁吸附组件的结构进行了限定，通过结构的限定，来实现对磁路走向的控制：当电磁吸附组件位于两组支承组件之间时，通过设置电磁吸附组件包括线圈，线圈外设置有线圈套和隔磁圈，隔磁圈位于线圈的内圈，可阻止线圈与线圈套形成一个完整的磁回路，磁路需经过两个支承定位件，如此两个支承定位件相向滑动，锥形面与锥面之间的间隙消失，支承件起到对双锥面套筒的支承作用；当电磁吸附组件位于两组支承组件的外侧时，线圈靠近驱动件的一侧上设置有隔磁圈，可保证线圈对驱动件的吸附力，以吸附驱动件滑动；

4.本发明的电磁吸附夹持式保护轴承装置，通过设置弹性件，弹性件的两端作用于两个支承定位件，在电磁吸附组件不通电的情况下，弹性件撑开两组支承组件，两个支承件与双锥面套筒之间存在间隙，不影响转子的正常转动。在磁悬浮轴承系统恢复正常工作的情况下，通过控制电磁吸附组件断电，在弹性件的作用下，两组支承组件轴向分开，两个支承件与双锥面套筒之间存在径向间隙和轴向，转子可正常转动。

附图说明

图1为本发明的实施例一的电磁吸附夹持式保护轴承装置的结构示意图；

图2为图1的A-A截面图；

图3为双锥面套筒的主视图；

图4为双锥面套筒的右视图；

图5为本发明的实施例二的电磁吸附夹持式保护轴承装置的结构示意图；

图6为图5的B-B截面图；

图中：1-转子；2-双锥面套筒；21-锥面；22-平面；23-内螺纹；3-支承组件；31-支承件；311-锥形面；32-支承定位件；321-挡板；33-轴承；331-内挡圈；332-外挡圈；4-电磁吸附组件；41-线圈；42-线圈套体；43-线圈盖板；44-隔磁圈；5-弹性件；6-机架；61-端盖；7-滚珠套筒；8-线圈座；9-驱动件。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的内容作进一步地描述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1-4所示，本实施例提供了一种电磁吸附夹持式保护轴承装置，包括双锥面套筒2、支承组件3和电磁吸附组件4，双锥面套筒2套设在转子1上，支承组件3为两组，两组支承组件3被轴向滑动地装配在双锥面套筒2的外周，两组支承组件3分别对应双锥面套筒2的两个锥面21设置，初始状态下，两组支承组件3与两个锥面21之间存有间隙，两组支承组件3之间也存有间隙，两组支承组件3在电磁吸附组件4的作用下相向滑动，两组支承组件3分别与两个锥面21相接，夹持双锥面套筒2。

双锥面套筒2可拆卸地套设在转子1上。本实施例中，双锥面套筒2采用螺纹连接的方式可拆卸地设置在转子1上，双锥面套筒2的内壁上设置有内螺纹23，转子1上设置有外螺纹，双锥面套筒2与转子1螺纹连接。双锥面套筒2的外表面具有两个锥面21，两个锥面21相接，两个锥面21相接的中部相较于两端呈凸出状，双锥面套筒2的一端轴向延伸，其外表面上设置有相对的两个平面22，方便使用工具将双锥面套筒2装配在转子1上。优选地，转子1的两端均套设有双锥面套筒2。

每个双锥面套筒2对应两组支承组件3，两组支承组件3位于双锥面套筒2的外周且分别对应两个锥面21设置。两组支承组件3对称地设置在两个锥面21的外周，且两组支承组件3可轴向滑动。具体地，支承组件3包括支承件31、支承定位件32和轴承33，支承件31靠近双锥面套筒2的锥面21设置，支承定位件32位于支承件31的外周，支承件31和支承定位件32通过轴承33连接。支承件31靠近锥面21的内表面呈与锥面21相适应的锥形面311，两个支承件31的锥形面311分别对应两个锥面21。优选地，锥形面311平行于对应的锥面21。支承件31的外周面与轴承33的内圈连接，具体地，支承件31的外周面呈阶梯状，配合内挡圈331可实现对轴承33的内圈的限位。轴承33的外圈与支承定位件32的内周面连接，具体地，支承定位件32的内周面呈阶梯状，配合外挡圈332可实现对轴承33的外圈的限位。支承定位件32的外周面通过滚珠套筒7滑动设置在机架6上，支承定位件32沿机架6轴向滑动实现支承组件3沿轴向滑动，进一步地，机架6与滚珠套筒7相接触的内表面呈阶梯状，可实现对支承组件3的滑动范围的限位。优选地，轴承33为滚动轴承。

电磁吸附组件4设置在机架6的内表面上，且电磁吸附组件4位于两组支承组件3之间，电磁吸附组件4包括线圈41、线圈套和隔磁圈44，线圈套和隔磁圈44配合围设在线圈41的外部，隔磁圈44设置在线圈41的内周。具体地，线圈套包括线圈套体42和线圈盖板43，线圈套体42的截面呈L形，配合线圈盖板43呈开口朝向轴线的U形线圈套，机架6的内表面的阶梯面配合端盖61可实现将电磁吸附组件4限位在机架6的内表面上且位于两组支承组件3之间。

在具体的安装过程中，机架6沿轴向呈一端开口大一端开口小的中空筒状，从机架6的大口向小口一端安装一组支承组件3，然后置入电磁吸附组件4，电磁吸附组件4的内端抵靠在机架6内周面的阶梯面上，然后在端盖61的内周面安装另一组支承组件3，最后将端盖61和支承组件3整体装入机架6内，端盖61的内端抵住电磁吸附组件4的外端，端盖61的外端与机架6固定连接，实现支承组件3和电磁吸附组件4的安装。机架6的小口的阶梯面配合电磁吸附组件4限位一组支承组件3，电磁吸附组件4配合端盖61的内周面限位另一组支承组件3。

两组支承组件3之间还设置有弹性件5，弹性件5的两端分别作用于两组支承组件3，如此在电磁吸附组件4不工作的情况下，两组支承组件3在弹性件5的作用下存在间隙，两组支承组件3的锥形面311与锥面21之间也存有间隙。具体地，两组支承组件3的支承定位件32相向延伸有延伸部，延伸部内开有安装槽，弹性件5的两端至少部分容纳于两个安装槽内，通过设置安装槽可容纳弹性件5，防止弹性件5发生扭曲变形。此外两个延伸部位于电磁吸附组件4的下方，由于隔磁圈44的设置，通电状态下，线圈41产生的磁路无法通过线圈套形成一个完整的磁回路，线圈41产生的磁路经过线圈套进入到两个延伸部中，使两个延伸部产生轴向吸附力，带动两个支承定位件32轴向相向滑动，进而两个支承件31轴向相向滑动，两个锥形面311夹持两个锥面21，支承双锥面套筒2及转子1。弹性件5可选但不限于弹簧。优选地，弹性件5的数量为2-100个。

基于上述结构，本实施例的电磁吸附夹持式保护轴承装置的工作原理为：当转子1正常工作时，电磁吸附组件4不工作，两组支承组件3在弹性件5的作用下存在间隙，支承组件3的锥形面311与锥面21之间也存在间隙，支承组件3不影响转子1的正常工作；

当发生突发情况，转子1失稳后，电磁吸附组件4通电，电磁吸附组件4对两侧的支承定位件32产生吸附力，两个支承定位件32带动支承件31轴向相向运动，消除了锥形面311与锥面21之间的间隙，两组支承组件3夹持支承双锥面套筒2，起到保护转子1的作用。此外在转子1的惯性作用下，转子1可带动两个支承件31相对于支承定位件32转动，转动一段时间后停止转动；

当磁悬浮轴承系统恢复正常工作时，对电磁吸附组件4断电，电磁吸附组件4对两个支承定位件32的吸附力消失，两个支承定位件32在弹性件5的作用下相互远离，带动两个支承件31也相互远离，锥形面311和锥面21之间存有间隙，转子可正常悬浮运转。

实施例二

如图5-6所示，本实施例与实施例一基本相同，区别仅在于：本实施例中的电磁吸附组件4为两组且分别设置在两组支承组件3的两侧，两组电磁吸附组件4通过驱动件9和挡板321带动支承组件3轴向滑动。

具体地，两组支承组件3通过滚珠套筒7轴向并排安装在机架6的内周面上，无需设置端盖。两组支承组件3的两个支承定位件32之间无需设置延伸部，两个支承定位件32的相对的两个面上开有安装槽，弹性件5的两端分别置于两个安装槽内并作用于两个支承定位件32。

两组支承组件3中，支承定位件32的外端面较支承件31的外端面略凸出。两个支承定位件32的外端面固定连接有挡板321，挡板321的内周面与转子1之间存有较大间隙，两个挡板321的外侧均设置有线圈座8，线圈座8与机架6固定连接，两个线圈座8内均安装有电磁吸附组件4，电磁吸附组件4包括线圈41和隔线圈44，隔线圈44位于线圈41的外侧面。

每个电磁吸附组件4通过驱动件9作用于支承组件3。驱动件9的截面呈L形，驱动件9的一端与电磁吸附组件4相对间隔设置，隔线圈44位于线圈和驱动件9之间，驱动件9的另一端间隔套设在转子1的外侧并与挡板321的内周面螺纹连接。当两个电磁吸附组件4通电的情况下，电磁吸附组件4吸附两侧的驱动件9轴向相向运动，驱动件9的另一端通过挡板321带动支承定位件32轴向相向滑动，两个支承定位件32带动两个支承件31轴向相向滑动，锥形面311与锥面21相接，两个支承组件3夹持支承双锥面套筒2，起到保护转子1的作用。

基于上述结构，本实施例的电磁吸附夹持式保护轴承装置的工作原理为：当转子1正常工作时，电磁吸附组件4不工作，两组支承组件3在弹性件5的作用下存在间隙，支承组件3的锥形面311与锥面21之间也存在间隙，支承组件3不影响转子1的正常工作；

当发生突发情况，转子1失稳后，电磁吸附组件4通电，两组电磁吸附组件4对两侧的驱动件9产生吸附力，两侧的驱动件9通过挡板321带动两个支承定位件32轴向相向滑动，两个支承定位件32带动支承件31轴向相向运动，消除了锥形面311与锥面21之间的间隙，两组支承组件3夹持支承双锥面套筒2，起到保护转子1的作用。此外在转子1的惯性作用下，转子1可带动两个支承件31相对于支承定位件32转动，转动一段时间后停止转动；

当磁悬浮轴承系统恢复正常工作时，对电磁吸附组件4断电，电磁吸附组件4对两个驱动件9的吸附力消失，两个支承定位件32在弹性件5的作用下相互远离，带动两个支承件31也相互远离，锥形面311和锥面21之间存有间隙，转子可正常悬浮运转。

实施例一和实施例二中的电磁吸附夹持式保护轴承装置，在转子1跌落后，可通过电磁吸附组件4带动两组支承组件3沿轴向相向滑动，进而同时消除双锥面套筒2与支承组件3之间的径向间隙和轴向间隙，两组支承组件3可夹持双锥面套筒2，为转子提供径向和轴向保护，避免了高速转子跌落后对保护轴承的冲击；当磁悬浮轴承系统再次工作时，控制电磁吸附组件4断电，对支承组件3的作用力消失，两组支承组件3在弹性件5的作用下，沿轴向相背运动，使双锥面套筒2和两组支承组件3之间存有径向间隙和轴向间隙，磁悬浮轴承系统可再次正常工作，提高保护轴承的可靠性和安全性，以满足高速磁悬浮轴承系统发展的需要。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.一种电磁吸附夹持式保护轴承装置，其特征在于，包括：

双锥面套筒(2)，所述双锥面套筒(2)的外表面具有两个锥面(21)，所述双锥面套筒(2)套设在转子(1)上；

支承组件(3)，所述支承组件(3)为两组且被轴向滑动地装配在所述双锥面套筒(2)的外周，两组所述支承组件(3)分别对应两个锥面(21)设置，所述支承组件(3)的朝向所述双锥面套筒(2)的内表面呈与对应锥面(21)相适应的锥形面(311)；

电磁吸附组件(4)，两组所述支承组件(3)在所述电磁吸附组件(4)的作用下相向滑动，两组支承组件(3)的锥形面(311)与所述双锥面套筒(2)的两个锥面(21)相接，夹持所述双锥面套筒(2)；

所述电磁吸附组件(4)为一组，位于两组支承组件(3)之间，所述电磁吸附组件(4)通电吸附两组支承组件(3)沿轴线相向滑动，夹持所述双锥面套筒(2)；或者，所述电磁吸附组件(4)为两组，分别位于两组支承组件(3)的外侧，两组电磁吸附组件(4)分别吸附两个驱动件(9)相向运动，两个驱动件(9)分别带动两组支承组件(3)相向滑动，夹持所述双锥面套筒(2)。

2.根据权利要求1所述的一种电磁吸附夹持式保护轴承装置，其特征在于，所述双锥面套筒(2)与所述转子(1)螺纹连接，所述双锥面套筒(2)的两个锥面(21)对称设置，两个锥面(21)所在的外表面呈中间凸起状，两组所述支承组件(3)对称设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种电磁吸附夹持式保护轴承装置，其特征在于，所述支承组件(3)包括支承件(31)和支承定位件(32)，所述支承件(31)位于所述支承定位件(32)和双锥面套筒(2)之间，所述支承件(31)通过轴承(33)与所述支承定位件(32)可转动连接，所述支承件(31)靠近所述双锥面套筒(2)的内表面为锥形面(311)。

4.根据权利要求3所述的一种电磁吸附夹持式保护轴承装置，其特征在于，所述支承定位件(32)通过滚珠套筒(7)滑动设置在机架(6)上。

5.根据权利要求1所述的一种电磁吸附夹持式保护轴承装置，其特征在于，所述电磁吸附组件(4)为一组时，所述电磁吸附组件(4)包括线圈(41)、隔磁圈(44)和线圈套，所述线圈套和所述隔磁圈(44)配合容纳所述线圈(41)，所述隔磁圈(44)位于所述线圈(41)的内周。

6.根据权利要求1所述的一种电磁吸附夹持式保护轴承装置，其特征在于，所示电磁吸附组件(4)为两组时，所述两组支承组件(3)的外侧设置有挡板(321)，所述驱动件(9)的一端间隔套设在转子(1)的外侧并与所述挡板(321)螺纹连接，所述驱动件(9)的另一端延伸至靠近所述电磁吸附组件(4)的外侧。

7.根据权利要求6所述的一种电磁吸附夹持式保护轴承装置，其特征在于，所述电磁吸附组件(4)包括线圈(41)和隔磁圈(44)，所述隔磁圈(44)位于所述线圈(41)的靠近所述驱动件(9)的一侧。

8.根据权利要求1所述的一种电磁吸附夹持式保护轴承装置，其特征在于，还包括弹性件(5)，所述弹性件(5)位于两组支承组件(3)之间，所述弹性件(5)的两端分别作用于两组支承组件(3)。

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