CN111503150B - 一种电磁保护轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及领域磁悬浮轴承系统，具体涉及一种电磁保护轴承装置。包括：两个锥形外表面对称设置在转子的两端；两组支承组件分别对应两个锥形外表面设置，支承组件的内周面为与锥形外表面相适应的内锥面，支承组件可轴向靠近并转动支承锥形外表面；电磁吸附组件为两组且分别对应两组支承组件设置，电磁吸附组件可产生吸附力带动支承组件沿导向柱轴向运动以靠近或远离锥形外表面，当电磁吸附组件断电时，吸附力消失，支承组件在复位件的作用下沿导向柱轴向运动以远离或靠近锥形外表面；限位轴承与转子之间的轴向间隙小于初始状态下支承组件的内锥面与锥形外表面之间的轴向间隙。解决了现有技术中的保护轴承装置反应速度慢、结构复杂的技术问题。

Description

一种电磁保护轴承装置

技术领域

本发明涉及领域磁悬浮轴承系统，具体涉及一种电磁保护轴承装置。

背景技术

磁悬浮轴承系统在意外断电等情况下，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转子提供临时的支承，避免高速旋转的转子跌落在定子上对定子造成损坏，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复杂的外部机械机构，由于机构的复杂性以及事故的不确定性，在磁悬浮轴承系统意外断电时，存在保护机构卡死等现象，轴承会受到转子很大的冲击和振动，导致保护轴承损坏。

所以为了改善这一现象，提高磁悬浮轴承的可靠性，扩大其应用前景，研究一种在磁悬浮轴承系统意外断电等情况下，能够主动消除保护轴承与转子之间的间隙，并且中间机构少、可靠性高，能够承载一定轴向载荷的装置，减少对保护轴承的冲击，对磁悬浮轴承的发展可以起到重要的作用。

发明内容

为了解决现有技术中的保护轴承装置反应速度慢、结构复杂的技术问题，本发明提出一种电磁保护轴承装置，解决了上述技术问题。本发明的技术方案如下：

一种电磁保护轴承装置，包括：锥形外表面，两个所述锥形外表面对称设置在转子的两端；支承组件，所述支承组件为两组，两组所述支承组件分别对应两个锥形外表面设置，所述支承组件的内周面为与所述锥形外表面相适应的内锥面，所述支承组件可轴向靠近并转动支承所述锥形外表面；电磁吸附组件，所述电磁吸附组件为两组且分别对应两组支承组件设置，所述电磁吸附组件可产生吸附力带动支承组件沿导向柱轴向运动以靠近或远离所述锥形外表面，当所述电磁吸附组件断电时，吸附力消失，所述支承组件在复位件的作用下沿导向柱轴向运动以远离或靠近所述锥形外表面；限位轴承，所述限位轴承被间隙装配在所述转子的外周，所述限位轴承与所述转子之间的轴向间隙小于转子正常转动时所述支承组件的内锥面与所述锥形外表面之间的轴向间隙。

通过设置电磁保护轴承装置，包括电磁吸附组件、支承组件和限位轴承，两组电磁吸附组件对两组支承组件的吸附力可使两组支承组件靠近或远离锥形外表面，当电磁吸附组件的吸附力消失后，支承组件在复位件的作用下远离或靠近所述锥形外表面；支承组件靠近锥形外表面时，可消除与锥形外表面之间的轴向间隙和径向间隙，起到支承转子的作用；支承组件远离锥形外表面时，与锥形外表面之间产生轴向间隙和径向间隙，转子可正常运转。如此，在断电等突发情况下，可控制电磁吸附组件通断电来控制支承组件支承转子，起到保护作用。此外，转子外还装配有限位轴承，可起到轴向保护轴承的作用，当转子发生轴向上的偏移时，会先与限位轴承接触，可起到轴向上的保护作用。

进一步地，所述支承组件包括支承件和活动件，所述支承件可转动地设置在所述活动件的内周，所述支承件的内周面为与所述锥形外表面相适应的内锥面，所述活动件沿至少一个导向柱轴向运动。

进一步地，所述导向柱被平行于轴线装配，所述导向柱的中间段为光滑段，所述活动件通过直线轴承沿所述导向柱的光滑段运动。

进一步地，所述活动件的朝向所述电磁吸附组件的端面上设置有吸附件。

进一步地，所述电磁吸附组件包括线圈槽和线圈，所述线圈安装在所述线圈槽内，所述线圈槽上开有支承孔，所述线圈槽上还形成朝向所述吸附件的开孔。

进一步地，所述线圈槽采用导磁能力强的材料制成，所述活动件采用导磁能力差的材料制成。

进一步地，所述电磁吸附组件、限位轴承和支承组件均被装配在支架上，所述导向柱的一端拧入所述支架中，所述导向柱的另一端装入所述支承孔中。

进一步地，所述电磁吸附组件位于所述支承组件的轴向外侧，所述电磁吸附组件吸附所述支承组件远离所述锥形外表面，所述支承组件在所述复位件的作用下靠近并支承所述锥形外表面；或者，所述电磁吸附组件位于所述支承组件的轴向内侧，所述电磁吸附组件吸附所述支承组件靠近并支承所述锥形外表面，所述支承组件在所述复位件的作用下远离所述锥形外表面。

进一步地，所述复位件设置在所述电磁吸附组件和所述支承组件之间，所述复位件的一端作用于所述电磁吸附组件，所述复位件的另一端作用于所述支承组件。

进一步地，所述转子的靠近所述限位轴承的外表面为阶梯外表面，所述限位轴承与所述阶梯外表面之间存在轴承间隙和径向间隙。

基于上述技术方案，本发明所能实现的技术效果为：

1.本发明的电磁保护轴承装置，包括电磁吸附组件、支承组件和限位轴承，两组电磁吸附组件对两组支承组件的吸附力可使两组支承组件靠近或远离锥形外表面，当电磁吸附组件的吸附力消失后，支承组件在复位件的作用下远离或靠近所述锥形外表面；支承组件靠近锥形外表面时，可消除与锥形外表面之间的轴向间隙和径向间隙，起到支承转子的作用；支承组件远离锥形外表面时，与锥形外表面之间产生轴向间隙和径向间隙，转子可正常运转。如此，在断电等突发情况下，可控制电磁吸附组件通断电来控制支承组件支承转子，起到保护作用。此外，转子外还装配有限位轴承，可起到轴向保护轴承的作用，当转子发生轴向上的偏移时，会先与限位轴承接触，可起到轴向上的保护作用；

2.本发明的电磁保护轴承装置，通过设置锥形外表面和支承组件的内锥面，如此，当支承组件在电磁吸附组件的吸附下轴向远离锥形外表面时，支承组件与锥形外表面之间会产生轴向间隙和径向间隙；当支承组件在复位件的作用下靠近锥形外表面时，会同时消除与锥形外表面之间的轴向间隙和径向间隙；

3.本发明的电磁保护轴承装置，支承组件包括由内到外依次设置的支承件、轴承Ⅰ和活动件，当支承组件支承锥形外表面时，转子可带着支承件相对于活动件转动一定时间直至停止转动，这样在对高速转动的转子的支承过程中，不会对转子造成损坏；进一步设置导向柱，活动件在导向柱的导向作用下轴向运动，可控制支承组件的运动方向，不易发生偏离；

4.本发明的电磁保护轴承装置，电磁吸附组件的内周设置有轴承Ⅱ，轴承Ⅱ与转子之间的轴向间隙小于支承组件在被吸附情况下与对应锥形轴套之间的轴向间隙，如此，当转子失稳跌落发生轴向偏移时，会先与轴承Ⅱ接触，轴承Ⅱ可先承受一定的轴向载荷，从而减少支承组件承受的轴向载荷；

5.本发明的电磁保护轴承装置，通过设置电磁吸附组件的安装结构及各部分的材质，活动件朝向电磁吸附组件的端面上设置吸附件，线圈槽上形成朝向吸附件的开孔，可实现对支承组件的轴向吸附力。

附图说明

图1为本发明实施例一的电磁保护轴承装置的结构示意图；

图2为实施例二的电磁保护轴承装置的结构示意图；

图中：1-转子；11-锥形外表面；12-阶梯外表面；2-支承组件；21-支承件；22-轴承；23-活动件；24-吸附件；25-压板Ⅰ；3-电磁吸附组件；31-线圈槽；311-U形环板；312-压板Ⅱ；313-开孔；32-线圈；4-导向柱；41-直线轴承；5-限位轴承；6-复位件；7-支架；71-基座；72-中间环；721-压板Ⅲ；73-端盖。

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所示，本实施例提供了一种电磁保护轴承装置，其安装在转子1的两端，正常情况下，在径向磁轴承以及电磁保护轴承装置中的电磁吸附力的作用下，转子1可处于径向以及轴向上的中心位置，并在电机的作用下，高速旋转；当磁悬浮系统断电或出现故障时，电磁保护轴承装置可起到支承转子1，保护径向磁轴承的作用。电机可位于转子1的中部，两个径向磁轴承对称设置在电机的轴向两侧，电磁保护轴承装置对称设置在两个径向磁轴承的轴向外侧并位于转子1的两端。

电磁保护轴承装置包括两个锥形外表面11、两组支承组件2和两组电磁吸附组件3，两个锥形外表面11对称设置在转子1的两端的外周面上。由于电磁保护轴承装置在转子1上为对称设置，以转子1一端的结构为例，包括一个锥形外表面11、一组支承组件2和一组电磁吸附组件3，锥形外表面11设置在转子1的端部，可直接在转子1的端部上加工形成，也可通过螺纹连接锥形轴套形成；支承组件2对应锥形外表面11设置，支承组件2的内周面呈与锥形外表面11相适应的内锥面，当支承组件2沿轴向靠近锥形外表面11运动时，可同时消除其与锥形外表面11之间的轴向间隙和径向间隙；本实施例中，电磁吸附组件3为支承组件2提供靠近并支承锥形外表面11的吸附力，当电磁吸附组件3断电无法提供吸附力时，支承组件2在复位件6的作用下远离锥形外表面11，支承组件2与锥形外表面11之间存有轴向间隙和径向间隙，转子1可正常转动。

具体地，转子1的两端的外周面被加工为锥形外表面11，本实施例中，锥形外表面11的内端的外径大于外端的外径。转子1的两端的外表面还形成有阶梯外表面12，阶梯外表面12位于锥形外表面11的轴向内侧。

支承组件2对应锥形外表面11设置，支承组件2包括沿径向由内到外设置的支承件21、轴承22和活动件23，支承件21通过轴承22与活动件23连接，当支承件21与锥形外表面11相接支承时，支承件21可随转子1一起相对于活动件23转动，活动件23可与支承件21一起轴向运动。轴承22安装在支承件21和活动件23之间，具体地，支承件21的外周面为阶梯面，轴承22的内圈抵靠在支承件21的外周面上并与支承件21固定连接；活动件23的内周面为阶梯面，活动件23的内周面配合压板Ⅰ25轴向限位轴承22的外圈。优选地，轴承22为角接触球轴承，角接触球轴承开口向内地安装在支承件21和活动件23之间。

活动件23被可轴向活动地装配，具体地，活动件23套设在导向柱4上并可沿至少一个导向柱4往复运动，导向柱4平行于转子1的轴线装配，导向柱4可为多个且沿周向均匀分布，导向柱4的一端支承在电磁吸附组件3上，另一端支承在支架7上。具体地，导向柱4的一端外周面加工有外螺纹，该端端面加工有一字槽，导向柱4的该端拧入支架7中，导向柱4的中部的外表面为光滑外表面与活动件23配合，导向柱4的另一端安装于电磁吸附组件3的线圈槽31上的支承孔中。进一步地，活动件23通过直线轴承41与导向柱4配合。

电磁吸附组件3位于支承组件2的轴向内侧，电磁吸附组件3被固定装配在支架7上，电磁吸附组件3的内周与正常运转的转子1之间存有间隙。电磁吸附组件3包括线圈槽31和线圈32，线圈槽31为具有容纳空间的相对封闭的槽体，线圈32安装在线圈槽31内，线圈槽31的朝向支承组件2的轴向端面上形成有朝向支承组件2的开孔。本实施例中，线圈槽31由U形环板311和压板

Ⅱ312固定连接形成，方便装配。U形环板311的开口朝向支承组件2，压板Ⅱ312固定设置在U形环板311的开口处，压板Ⅱ312的内周和U形环板311之间形成开孔313，支承孔也设置在压板

Ⅱ312上，开孔313正对活动件23设置，为了保证电磁吸附组件3对支承组件2的吸附力，活动件23朝向开口313的端面上固定设置有吸附件24。吸附件24可选但并不限于电工纯铁环。

电磁吸附组件3和支承组件2之间设置有复位件6，复位件6的一端作用于电磁吸附组件3，另一端作用于支承组件2，当电磁吸附组件3断电，吸附力消失时，支承组件2在复位件6的作用下朝向远离电磁吸附组件3的方向轴向运动，支承组件2的内锥面与锥形外表面11远离，支承组件2和锥形外表面11之间存有轴向间隙和径向间隙，转子1可正常转动。优选地，复位件6可选但并不限于弹簧，复位件6的阻尼大于转子1的轴向冲击力。进一步优选地，支承组件2的活动件23上可开有容纳孔，复位件6可容纳于容纳孔中，复位件6的一端抵靠在活动件23上或与活动件23固定连接，复位件6的另一端抵靠在线圈槽31上或与线圈槽31固定连接，容纳孔的设置可有效节省空间，且防止复位件6发生扭曲。

为了在轴向上保护轴承，支架7上还设置有限位轴承5，限位轴承5与转子1上的阶梯外周面12位置对应，限位轴承5与阶梯外周面12之间存在轴向间隙和径向间隙，限位轴承5与阶梯外周面12之间的轴向间隙小于支承组件2的内周面与锥形外表面11之间的轴向间隙，电磁吸附组件3和支承组件2之间的轴向间隙大于支承组件2的内周面与锥形外表面11之间的轴向间隙。限位轴承5可选但并不限于滚动轴承。

支承组件2、电磁吸附组件3和限位轴承5均设置在支架7上，为了方便安装支承组件2、电磁吸附组件3和限位轴承5，支架7包括沿轴向由内到外设置的基座71、中间环72和端盖73，基座71和中间环72固定连接，中间环72和端盖73固定连接，中间环72和端盖73配合安装电磁吸附组件3，支承组件2安装在端盖73的靠近中间环72的内周，导向柱4的带有外螺纹和一字槽的端部拧入端盖73中，导向柱4的另一端安装在线圈槽31的支承孔中，活动件23通过直线轴承41活动装配在导向柱4上。限位轴承5安装在中间环72的内周面上，具体地，中间环72的内周面呈阶梯面，中间环72的内周面配合压板Ⅲ721压紧限位轴承5。

进一步地，支承件21采用导磁能力较差的材料制成；线圈槽31采用导磁能力较强的材料制成，以保证电磁吸附组件3为支承组件2提供轴向吸附力。

基于上述结构，本实施例的电磁保护轴承装置的工作原理为：转子1正常转动时，电磁吸附组件3处于断电状态，此时，电磁吸附组件3对支承组件2不产生吸附力，支承组件2在复位件6的作用下远离锥形外表面11，支承组件2的内周面与锥形外表面11之间存有轴向间隙和径向间隙，转子1可正常转动。

在系统断电或出现故障的情况下，电磁吸附组件3接通电源，线圈32产生吸附力，两组支承组件2在电磁吸附组件3的吸附力作用下轴向朝向锥形外表面11运动，支承组件2的内周面与锥形外表面11之间的轴向间隙和径向间隙逐渐消除，支承组件2的内周面与锥形外表面11相接，支承组件2支承转子1。支承组件2中的支承件21可随转子1旋转，缓慢停下。

实施例二

本实施例与实施例基本相同，区别仅在于：本实施例中，电磁吸附组件3位于支承组件2的轴向外侧，支承组件2位于电磁吸附组件3和限位轴承5之间；电磁吸附组件3安装在端盖73的靠近中间环72的内周，导向柱4的带外螺纹和一字槽的一端拧入中间环72中，另一端安装在线圈槽31上的支承孔中。

本实施例中，当两组电磁吸附组件3通电吸附两组支承组件2时，两组支承组件2轴向相背运动，均轴向远离对应的锥形外表面11，两组支承组件2与对应的锥形外表面11之间存有轴向间隙和径向间隙，转子1可正常转动；当两组电磁吸附组件3断电时，吸附力消失，两组支承组件2在复位件6的作用下轴向相向运动，均轴向靠近对应的锥形外表面11，两组支承组件2与对应的锥形外表面11之间的轴向间隙和径向间隙逐渐消失，两组支承组件2可支承转子1。

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 (9)

1.一种电磁保护轴承装置，其特征在于，包括：

锥形外表面(11)，两个所述锥形外表面(11)对称设置在转子(1)的两端；

支承组件(2)，所述支承组件(2)为两组，两组所述支承组件(2)分别对应两个锥形外表面(11)设置，所述支承组件(2)的内周面为与所述锥形外表面(11)相适应的内锥面，所述支承组件(2)可轴向靠近并转动支承所述锥形外表面(11)；

电磁吸附组件(3)，所述电磁吸附组件(3)为两组且分别对应两组支承组件(2)设置，所述电磁吸附组件(3)可产生吸附力带动支承组件(2)沿导向柱(4)轴向运动以靠近或远离所述锥形外表面(11)，当所述电磁吸附组件(3)断电时，吸附力消失，所述支承组件(2)在复位件(6)的作用下沿导向柱(4)轴向运动以远离或靠近所述锥形外表面(11)；

限位轴承(5)，所述限位轴承(5)被间隙装配在所述转子(1)的外周，所述转子(1)的靠近所述限位轴承(5)的外表面为阶梯外表面(12)，所述限位轴承(5)与所述阶梯外表面(12)之间存在轴向间隙和径向间隙，所述限位轴承(5)与所述转子(1)之间的轴向间隙小于转子正常转动时所述支承组件(2)的内锥面与所述锥形外表面(11)之间的轴向间隙；电磁吸附组件(3)和支承组件(2)之间的轴向间隙大于支承组件(2)的内周面与锥形外表面(11)之间的轴向间隙。

2.根据权利要求1所述的一种电磁保护轴承装置，其特征在于，所述支承组件(2)包括支承件(21)和活动件(23)，所述支承件(21)可转动地设置在所述活动件(23)的内周，所述支承件(21)的内周面为与所述锥形外表面(11)相适应的内锥面，所述活动件(23)沿至少一个导向柱(4)轴向运动。

3.根据权利要求2所述的一种电磁保护轴承装置，其特征在于，所述导向柱(4)被平行于转子(1)的轴线装配，所述导向柱(4)的中间段为光滑段，所述活动件(23)通过直线轴承(41)沿所述导向柱(4)的光滑段运动。

4.根据权利要求2或3所述的一种电磁保护轴承装置，其特征在于，所述活动件(23)的朝向所述电磁吸附组件(3)的端面上设置有吸附件(24)。

5.根据权利要求4所述的一种电磁保护轴承装置，其特征在于，所述电磁吸附组件(3)包括线圈槽(31)和线圈(32)，所述线圈(32)安装在所述线圈槽(31)内，所述线圈槽(31)上开有支承孔，所述线圈槽(31)上还形成朝向所述吸附件(24)的开孔(313)。

6.根据权利要求5所述的一种电磁保护轴承装置，其特征在于，所述线圈槽(31)采用导磁能力强的材料制成，所述活动件(23)采用导磁能力差的材料制成。

7.根据权利要求5-6任一项所述的一种电磁保护轴承装置，其特征在于，所述电磁吸附组件(3)、限位轴承(5)和支承组件(2)均被装配在支架(7)上，所述导向柱(4)的一端拧入所述支架(7)中，所述导向柱(4)的另一端装入所述支承孔中。

8.根据权利要求1所述的一种电磁保护轴承装置，其特征在于，所述电磁吸附组件(3)位于所述支承组件(2)的轴向外侧，所述电磁吸附组件(3)吸附所述支承组件(2)远离所述锥形外表面，所述支承组件(2)在所述复位件(6)的作用下靠近并支承所述锥形外表面(11)；或者，所述电磁吸附组件(3)位于所述支承组件(2)的轴向内侧，所述电磁吸附组件(3)吸附所述支承组件(2)靠近并支承所述锥形外表面(11)，所述支承组件(2)在所述复位件(6)的作用下远离所述锥形外表面(11)。

9.根据权利要求1所述的一种电磁保护轴承装置，其特征在于，所述复位件(6)设置在所述电磁吸附组件(3)和所述支承组件(2)之间，所述复位件(6)的一端作用于所述电磁吸附组件(3)，所述复位件(6)的另一端作用于所述支承组件(2)。

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