CN111734740A - 径向磁气组合轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了径向磁气组合轴承装置，属于高速旋转机械领域。径向磁气组合轴承装置，包括工作台、主轴、测量环和位移传感器，测量环固定连接在主轴上，位移传感器与测量环相配合，工作台上连接有安装环，安装环上连接有定子铁芯，定子铁芯的数量为多组，且多组定子铁芯呈环形均布在安装环内壁，定子铁芯上绕接有线圈，定子铁芯上连接有陶瓷填充环，陶瓷填充环上可拆卸连接有固定环，定子铁芯、固定环和陶瓷填充环内壁上均开设有相配合的人字槽，主轴上固定连接有转子铁芯，定子铁芯与转子铁芯相配合；本发明增设楔形人字槽，在运行中形成的动压气膜，有效缓解径向撞击，具有保护作用，并且取消辅助轴承，提高系统的动态性能。

Description

径向磁气组合轴承装置

技术领域

本发明涉及高速旋转机械技术领域，尤其涉及径向磁气组合轴承装置。

背景技术

高速旋转机械在交通、能源、化工、航天等领域中拥有无比重要的地位，而轴承作为高速旋转机械的核心部件，是提高设备效率的关键因素，也是高速旋转机械的研究重点，高速旋转机械所用轴承的种类包括滚动轴承、动压液体轴承、静压液体轴承、动压气体轴承、静压气体轴承、磁悬浮轴承等。

磁悬浮轴承是一种通过磁力将转子悬浮在间隙中间的新型支承方式，根据转子位移偏差量，通过电控系统调节电磁线圈中励磁电流的大小，进而控制转子稳定悬浮，与转子表面无直接接触，在高转速工况下比其他轴承寿命更长，效率更高。包括机械结构和电气两部分，是一种高度机电一体化的支撑方式，与转子间无需油、脂等润滑剂参与润滑，不仅节能环保，还适用于低温等相对极端的环境中，在风机领域正逐渐崛起。

磁轴承失效时，超高转速的转子跌落瞬间会与磁轴承接触，造成非常严重的损坏，因此在常规磁悬浮鼓风机系统中常设置高精度的滚动轴承做保护轴承，避免转子与磁轴承发生直接碰撞，但在系统正常运行时保护轴承作用甚微，而转子不得不增加与保护轴承同等宽度的长度，转子加长会增加转子的重量，并降低系统的动态性能；因此需要一种既能提高动态性能又能起到保护作用的径向磁气组合轴承装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，而提出的径向磁气组合轴承装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

径向磁气组合轴承装置，包括工作台、主轴、测量环和位移传感器，所述测量环固定连接在主轴上，所述位移传感器与测量环相配合，所述工作台上可拆卸连接有安装环，所述安装环上固定连接有定子铁芯，所述定子铁芯的数量为多组，且多组所述定子铁芯呈环形均布在安装环内壁，所述定子铁芯上绕接有线圈，所述定子铁芯远离安装环的一端固定连接有陶瓷填充环，所述陶瓷填充环上可拆卸连接有固定环，所述定子铁芯、固定环和陶瓷填充环内壁上均开设有相配合的人字槽，所述主轴上固定连接有转子铁芯，所述定子铁芯与转子铁芯相配合。

优选的，所述陶瓷填充环上开设有定位台，所述固定环固定连接在定位台上。

优选的，所述陶瓷填充环上开设有卡槽，所述定子铁芯固定连接在卡槽内。

优选的，所述固定环上固定连接有卡块，所述卡块与定子铁芯相抵。

优选的，所述工作台的一端通过螺钉可拆卸连接有第一挡块，所述第一挡块与安装环相抵。

优选的，所述工作台内可拆卸连接有安装座，所述位移传感器连接在安装座上，所述工作台的另一端通过螺钉可拆卸连接有第二挡块，所述第二挡块与安装座相抵。

与现有技术相比，本发明提供了径向磁气组合轴承装置，具备以下有益效果：

1、该径向磁气组合轴承装置，通过转子与内壁中心存的偏差，气膜周向展开将变为呈余弦分布的楔形气膜，系统运行时，高速旋转下的转子因气体黏性带动楔形气膜气体产生动压效应，人字槽随之产生附加的泵气效应和阶梯效应，该气隙可为转子提供额外的支承力、支承刚度和支承阻尼，减小转子振动，提高系统稳定性。

2、该径向磁气组合轴承装置，通过定子铁芯、固定环和陶瓷填充环内壁上均开设有相配合的人字槽，当径向磁悬浮轴承失效，转子向轴承跌落，与轴承内壁中心偏心距变大，楔形气膜沿径向方向被大幅压缩，气膜分布曲线方程的变化率随之变大，引起更强的动压效应，从而产生远大于正常运行时的支承力，此时极限状态下气隙极小，支承力与重力间的偏位角可忽略不计，支承力与重力大小相等，方向相反，可有效缓解转子沿径向直接撞击产生的破坏，具有保护作用。

3、该径向磁气组合轴承装置，通过人字槽径向动压气体轴承，取消传统磁悬浮系统普遍装配的辅助轴承，使转子长度更短，提高转子的横向动力学性能，最终可进一步提高风机系统的工作转速。

附图说明

图1为本发明提出的径向磁气组合轴承装置的结构示意图一；

图2为本发明提出的径向磁气组合轴承装置的结构示意图二；

图3为本发明提出的径向磁气组合轴承装置陶瓷填充环的结构示意图；

图4为本发明提出的径向磁气组合轴承装置固定环的结构示意图。

图中：1、主轴；101、第一挡块；102、第二挡块；1021、安装座；2、测量环；3、转子铁芯；4、位移传感器；5、陶瓷填充环；501、定位台；502、卡槽；6、定子铁芯；601、安装环；7、线圈；8、固定环；801、卡块；9、人字槽；10、工作台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。

实施例：

参照图1-4，径向磁气组合轴承装置，包括工作台10、主轴1、测量环2和位移传感器4，测量环2固定连接在主轴1上，位移传感器4与测量环2相配合，工作台10上可拆卸连接有安装环601，安装环601上固定连接有定子铁芯6，定子铁芯6的数量为多组，且多组定子铁芯6呈环形均布在安装环601内壁，定子铁芯6上绕接有线圈7，定子铁芯6远离安装环601的一端固定连接有陶瓷填充环5，陶瓷填充环5上可拆卸连接有固定环8，定子铁芯6、固定环8和陶瓷填充环5内壁上均开设有相配合的人字槽9，主轴1上固定连接有转子铁芯3，定子铁芯6与转子铁芯3相配合。

陶瓷填充环5上开设有定位台501，固定环8固定连接在定位台501上，陶瓷填充环5上开设有卡槽502，定子铁芯6固定连接在卡槽502内，固定环8上固定连接有卡块801，卡块801与定子铁芯6相抵。

工作台10的一端通过螺钉可拆卸连接有第一挡块101，第一挡块101与安装环601相抵，工作台10内可拆卸连接有安装座1021，位移传感器4连接在安装座1021上，工作台10的另一端通过螺钉可拆卸连接有第二挡块102，第二挡块102与安装座1021相抵。

工作原理：本发明中，将测量环2和转子铁芯3使用过盈配合固定在主轴1上，位移传感器4也成圆周均布在安装座1021上，用于检测测量环2的径向偏移量，以便随时反馈系统，定子铁芯6、陶瓷填充环5和卡块801形成一个圆柱面，用氯化铁蚀刻法使整个圆柱面带有完全对称的等宽等深的人字槽9，蚀刻完成后，固定在工作台10上，并使人字槽9与转子铁芯3相对应，在工作时，圆柱面与转子铁芯3间存在微米级气膜和一定偏心距，转子铁芯3高速旋转能够带动气体进行润滑，形成径向的动压气膜对主轴1形成一定的支承力，控制线圈7通电使定子铁芯6与转子铁芯3形成的磁悬浮轴承组合共同支承主轴1，动压气膜还能为转子提供额外的支承刚度和支承阻尼，减小转子振动，提高系统稳定性，进而减小系统的控制电流，提高系统的效率，降低系统功耗，一旦径向磁悬浮轴承失效，转子铁芯3向陶瓷填充环5跌落，与轴承内壁中心偏心距变大，楔形的动压气膜沿径向方向被大幅压缩，气膜分布曲线方程的变化率随之变大，引起更强的动压效应，从而产生远大于正常运行时的支承力，此时由于极限状态下气隙极小，支承力与重力间的偏位角可忽略不计，支承力与重力大小相等，方向相反，可有效缓解转子沿径向直接撞击产生的破坏，具有保护作用，并且这种结构取消传统径向磁悬浮轴承普遍装配的辅助轴承，使转子长度更短，提高系统的动态性能，系统可进一步提高工作转速，提高效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.径向磁气组合轴承装置，包括工作台（10）、主轴（1）、测量环（2）和位移传感器（4），所述测量环（2）固定连接在主轴（1）上，所述位移传感器（4）与测量环（2）相配合，其特征在于，所述工作台（10）上可拆卸连接有安装环（601），所述安装环（601）上固定连接有定子铁芯（6），所述定子铁芯（6）的数量为多组，且多组所述定子铁芯（6）呈环形均布在安装环（601）内壁，所述定子铁芯（6）上绕接有线圈（7），所述定子铁芯（6）远离安装环（601）的一端固定连接有陶瓷填充环（5），所述陶瓷填充环（5）上可拆卸连接有固定环（8），所述定子铁芯（6）、固定环（8）和陶瓷填充环（5）内壁上均开设有相配合的人字槽（9），所述主轴（1）上固定连接有转子铁芯（3），所述定子铁芯（6）与转子铁芯（3）相配合。

2.根据权利要求1所述的径向磁气组合轴承装置，其特征在于，所述陶瓷填充环（5）上开设有定位台（501），所述固定环（8）固定连接在定位台（501）上。

3.根据权利要求2所述的径向磁气组合轴承装置，其特征在于，所述陶瓷填充环（5）上开设有卡槽（502），所述定子铁芯（6）固定连接在卡槽（502）内。

4.根据权利要求3所述的径向磁气组合轴承装置，其特征在于，所述固定环（8）上固定连接有卡块（801），所述卡块（801）与定子铁芯（6）相抵。

5.根据权利要求1所述的径向磁气组合轴承装置，其特征在于，所述工作台（10）的一端通过螺钉可拆卸连接有第一挡块（101），所述第一挡块（101）与安装环（601）相抵。

6.根据权利要求5所述的径向磁气组合轴承装置，其特征在于，所述工作台（10）内可拆卸连接有安装座（1021），所述位移传感器（4）连接在安装座（1021）上，所述工作台（10）的另一端通过螺钉可拆卸连接有第二挡块（102），所述第二挡块（102）与安装座（1021）相抵。

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