CN112483547A - 混合式磁悬浮径向轴承、包含其的设备以及装配方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及磁悬浮轴承技术，提供一种混合式磁悬浮径向轴承、包含其的设备以及装配方法。混合式磁悬浮径向轴承包括径向环、定子铁芯以及导磁环，均装配于壳体内，所述壳体内各部件之间均具有装配间隙，所述装配间隙内充注灌封胶，通过所述灌封胶将所述径向环、所述定子铁芯以及所述导磁环固定于所述壳体内。壳体可一次加工到位，保证径向定子组件内径与装配基准面的同轴度。

Description

混合式磁悬浮径向轴承、包含其的设备以及装配方法

技术领域

本申请涉及磁悬浮轴承技术，尤其涉及一种混合式磁悬浮径向轴承、包含其的设备以及装配方法。

背景技术

磁悬浮轴承是通过电磁力将转子悬浮于空中，达到转子在运动时地定位作用，相对于同样用于转子定位的机械轴承，磁悬浮轴承不需要直接与转子接触因此具有无摩擦，效率高；无需润滑和密封，无污染，无磨损，寿命长；耐环境性强；圆周速度高等一系列因无机械接触带来的优势。同时由于转子与轴承存在一定的间隙，因此转子在转动时可以通过轴承出力来调节提高转子的动态性能。

参照图1、图2所示，一般径向混合式磁悬浮组件主要有壳体94、径向环91、定子铁芯92、磁钢98、导磁环93、线圈99组成。其中径向定子铁芯与径向环通过过盈配合进行装配，其中径向环91、磁钢98、磁钢固定骨架与导磁环93通过胶粘接进行轴向装配，以形成径向混合式轴承组件的主体部位后整体通过热套与壳体94进行装配，通过固定螺钉97来固定径向组件确保径向组件在不发生轴向与圆周向的位置偏移。

目前该径向组件主要有以下不足：

径向组件与壳体通过热套进行装配，实际装配过程通过加热壳体进行组件装配，由于壳体为铝材，加热易变形，因此为确保壳体尺寸要求，壳体在热套前进行了粗加工(将径向组件热套尺寸加工到位)、在热套后再进行精加工两步车到位，径向定子铁芯内径与壳体装配基准面外径无法达到很好的同轴度，径向铁芯内径同轴度不好对轴承的控制效果会大大折扣。

由于壳体为铝材制作，径向环为45钢材制作，实际机组工作是，若温度升高过大，壳体变形量将比径向组件的变形量大的多，因此其过盈配合量将减小甚至无过盈量，为保证径向组件与壳体在工作时不发生轴向与圆周向的位置偏移，现有通过壳体定位孔上紧固定螺钉使得壳体与径向组件有着机械的二次固定，为确保螺钉能够深入到径向铁芯处，导磁环对应的孔为比螺钉大的通孔(若导磁环设计为与螺钉孔对应的螺纹孔，只要热套存在装配误差，将导致壳体与导磁环定位孔错位，螺钉无法进入)，因此径向组件在轴径向仍有偏移空间，该方法未完全固定径向组件。

径向组件装配过程中，径向定子铁芯与径向环进行热套装配，磁钢固定骨架通过螺钉与导磁环进行锁紧，磁钢通过磁钢固定骨架粘接固定到导磁环上，径向环通过工装粘接到磁钢上方。整个过程过于复杂，不利于提高生产效率；通过螺钉锁紧方式，存在滑牙问题，不利于提高产品质量。

发明内容

为了解决上述技术中混合式磁悬浮组件同轴度偏大影响控制效果的技术问题，本申请提供了一种混合式磁悬浮径向轴承、包含其的设备以及装配方法。

第一方面，本申请提供了一种混合式磁悬浮径向轴承，包括径向环、定子铁芯以及导磁环，均装配于壳体内，所述壳体内各部件之间均具有装配间隙，所述装配间隙内充注灌封胶，通过所述灌封胶将所述径向环、所述定子铁芯以及所述导磁环固定于所述壳体内。

本申请一实施例中，所述定子铁芯周向上设有一个或多个槽口，所述槽口连通所述装配间隙。

本申请一实施例中，所述槽口包括径向加深槽，所述径向加深槽位于所述槽口轴向中部至轴向上端部之间。

本申请一实施例中，所述壳体设有过胶槽，所述过胶槽对应环绕于所述导磁环外周。

本申请一实施例中，所述过胶槽包括径向槽与轴向槽，所述径向槽位于所述导磁环外周径向侧，所述轴向槽位于所述导磁环外周的轴向底侧。

本申请一实施例中，所述定子铁芯与所述径向环之间为上段间隙，所述导磁环与所述径向环之间为下段间隙。

本申请一实施例中，所述径向环包括轴向延伸部与径向延伸部，所述径向延伸部上开设多个过胶孔，所述过胶孔连通所述上段间隙与所述下段间隙。

本申请一实施例中，所述装配间隙包绕于所述径向环的径向内侧与轴向端面侧。

本申请一实施例中，所述导磁环设有面向所述径向环的定位环，所述定位环具有轴向适配所述径向环内角的槽口。

本申请一实施例中，所述导磁环在所述定位环外周间隔设有多个磁钢固定齿，以此固定磁钢。

本申请实施例中，所述导磁环在所述定位环外周间隔设有通入孔，所述通入孔贯通所述导磁环上下两端面。

另一方面，本申请提供一种如上所述混合式磁悬浮径向轴承的装配方法，包括步骤：

加热所述径向环；

所述定子铁芯、所述径向环与导磁环进行热套装配为径向组件；

待热套组件冷却完后将磁钢嵌入组件的磁钢间隙处；

加热所述壳体，将径向组件热套进入壳体完成径向轴承组件；

待组件冷却后进行灌胶；

待灌封胶固化后完成。

再一方面，还可以认为本申请实施例提供一种设备，包括如前所述混合式磁悬浮径向轴承。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例的技术方案中，包括径向环、定子铁芯以及导磁环，均装配于壳体内，所述壳体内各部件之间均具有装配间隙，所述装配间隙内充注灌封胶，通过所述灌封胶将所述径向环、所述定子铁芯以及所述导磁环固定于所述壳体内。可以解决径向环热套至壳体中，加热变形以及过盈量较大的变形使得径向定子铁芯内径同轴度偏大问题，其中装配结构可降低壳体与径向环过盈量，降低热套温度范围为40℃至50℃，该范围的温度，壳体热套冷却后，壳体外形基本无变形，因此壳体可一次加工到位，保证径向定子组件内径与装配基准面的同轴度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种混合式磁悬浮径向轴承剖视结构示意图。

图2为现有技术混合式磁悬浮轴承壳体剖视结构示意图。

图3为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承剖视结构示意图。

图4为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承壳体剖视结构示意图。

图5为图4中沿A-A线剖面结构示意图。

图6为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中定子铁芯立体结构示意图。

图7为本申请另一实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中定子铁芯立体结构示意图。

图8为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中径向环正面结构示意图。

图9为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中径向环剖面结构示意图。

图10为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中导磁环正面结构示意图。

图11为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中导磁环剖面结构示意图。

图12为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中径向组件装配结构示意图。

图13为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中径向铁芯装配线圈的结构示意图。

图14为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中导磁环装配磁钢的结构示意图。

图15为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承灌胶过程结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例为了解决现有技术中混合式磁悬浮径向轴承，径向环与壳体过盈量配合，热套温度高，过盈量大，造成壳体变形，径向定子铁芯内径与基准面外径同轴度偏大影响控制效果的问题。

本申请实施例提供了一种混合式磁悬浮径向轴承，包括径向环、定子铁芯以及导磁环，均装配于壳体内，所述壳体内各部件之间均具有装配间隙，所述装配间隙内充注灌封胶，通过所述灌封胶将所述径向环、所述定子铁芯以及所述导磁环固定于所述壳体内。

本申请实施例主要在以下几方面进行技术改进：

可以解决径向环热套至壳体中，加热变形以及过盈量较大的变形使得径向定子铁芯内径同轴度偏大问题，本实施例结构可降低壳体与径向环过盈量，降低热套温度范围为40℃至50℃，该范围的温度，壳体热套冷却后，壳体外形基本无变形，因此壳体可一次加工到位，保证径向定子组件内径与装配基准面的同轴度。

可以解决磁悬浮径向轴承因工作环境温度上升，因壳体所用材料比径向环所用材料热膨胀系数大，而造成工作环境温度上升，径向环松动的质量隐患，本实施例结构可有效解决因环境温度上升使产品设计配合关系变化的质量隐患，达到径向组件在轴向与圆周向零偏移空间，可有效提高产品可靠性。

本实施例组件装配无需增加任何工装，工艺上易实现，效率高、优化产品。

图3为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承剖视结构示意图，图4为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承壳体剖视结构示意图。参照图中示意，本申请具体实施例提供了一种混合式磁悬浮径向轴承，主要包括径向环1、定子铁芯2以及导磁环3，均装配于壳体4内，所述壳体4内各部件之间均具有装配间隙5，所述装配间隙5内充注灌封胶6，通过所述灌封胶6将所述径向环1、所述定子铁芯2以及所述导磁环3固定于所述壳体4内。

其中可以理解的是，装配间隙5可位于定子铁芯2与径向环1之间，导磁环3与径向环1之间，以及导磁环3与定子铁芯2之间，其中，装配间隙5主要位于导磁环3与径向环1之间，且装配间隙5包绕导磁环3外周部，以便于将磁钢固定于导磁环3。

可以解决现有技术中，因为壳体与径向环材料不同的热膨胀系数，使壳体与径向环过盈量减小，形成径向环松动隐患，为固定径向组件，采用螺钉锁紧后径向组件依然存在轴向、圆周向的偏移空间，固定效果不理想的问题。

本申请实施例结构可有效解决因环境温度上升使产品设计配合关系变化的质量隐患，达到径向组件在轴向与圆周向零偏移空间，可有效提高产品可靠性。

图6为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中定子铁芯立体结构示意图。其中为了便于灌胶注入，在所述定子铁芯2周向上设有一个或多个槽口21，所述槽口21连通所述装配间隙5。此槽口21可以与铁芯外周焊接槽共用。其中，所述槽口21包括径向加深槽211，所述径向加深槽211位于所述槽口21轴向中部至轴向上端部之间。

图7为本申请另一实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中定子铁芯立体结构示意图。其中径向定子铁芯由两种硅钢片叠压形成(一种实施例槽口较浅见图6，一种槽口较深，见图7，在叠压时槽口浅的在下端，槽口深的在上端，形成上部分槽口加深的径向定子铁芯，此处采用槽口加深在定子铁芯上部，是为了让灌封胶固化后稳固更多的硅钢片，防止硅钢片在工作过程中开裂)，定子线圈由漆包线绕制形成线圈，通过嵌线的方式，将线圈固定到定子铁芯上。

本申请一实施例中，所述壳体4设有过胶槽41，所述过胶槽41对应环绕于所述导磁环3外周。其中，所述过胶槽41包括径向槽与轴向槽，所述径向槽位于所述导磁环3外周径向侧，所述轴向槽位于所述导磁环3外周的轴向底侧。本申请实施例中，壳体取消用于固定径向组件的定位孔，增加环状灌封槽与灌封周向卡口，其中灌封槽的轴向高度a的取值范围可为0-b，灌封轴向卡齿一方面可保障径向组件热套配合固定，另一方面可保障径向组件灌封后轴向与周向位置偏移的作用。

本申请一实施例中，所述定子铁芯2与所述径向环1之间为上段间隙，所述导磁环3与所述径向环1之间为下段间隙。

图8为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中径向环正面结构示意图，图9为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中径向环剖面结构示意图。其中，所述径向环1包括轴向延伸部与径向延伸部，所述径向延伸部上开设多个过胶孔11，所述过胶孔11连通所述上段间隙与所述下段间隙。径向环相对于原先增加了6个均布的过胶孔11，其目的是为了灌封胶的通入(如图8)；径向铁芯2在焊接槽处加深了部分槽口深度，起到灌封后固定径向铁芯轴向固定，其加深槽口的位置可在侧面的除铁芯下端(在铁芯下端不起到径向定子铁芯的轴向位置固定)的任何位置。

径向组件整体通过灌封胶进行整体的稳定装配，可大大降低了径向铁芯与径向环、径向组件与壳体过盈量(灌封已达到固定效果，但为了确保各零件的同轴度等装配尺寸，所以必须保障存在一定的过盈配合量)，减少组件加热温度，减少零件变形。

导磁环3、径向环1可选择均为材料为45钢的加工零件、径向壳体4为材料为铝的加工零件。

图10为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中导磁环正面结构示意图，图11为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中导磁环剖面结构示意图。其中，所述导磁环3设有面向所述径向环1的定位环31，所述定位环31具有轴向适配所述径向环1内角的槽口32。其中，所述导磁环3在所述定位环31外周间隔设有多个磁钢固定齿33，以此固定磁钢。所述导磁环3在所述定位环31外周间隔设有通入孔34，所述通入孔34贯通所述导磁环3上下两端面。

固定齿33起到固定磁钢的作用，同时凸台式定位环31高度高于磁钢高度，凸台外径与径向环1内径进行过盈配合装配，同时磁钢固定齿的高度与磁钢等高起到径向环热套后轴向位置固定的作用。

图12为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中径向组件装配结构示意图，图13为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中径向铁芯装配线圈的结构示意图，图14为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承中导磁环装配磁钢的结构示意图，图15为本申请实施例提供的一种混合式磁悬浮轴承灌胶过程结构示意图。

参照图中所示，另一方面，本申请提供一种如上所述混合式磁悬浮径向轴承的装配方法，包括步骤：

加热所述径向环1；

所述定子铁芯2、所述径向环1与导磁环3进行热套装配为径向组件；

待热套组件冷却完后将磁钢嵌入组件的磁钢间隙处；

加热所述壳体4，将径向组件热套进入壳体4完成径向轴承组件；

待组件冷却后进行灌胶；

待灌封胶固化后完成。

加热径向环到40～50℃(由于过盈量减少，较原先热套温度大大降低)，将有线圈的径向定子铁芯与导磁环进行热套装配。

待热套组件冷却完后将磁钢嵌入组件的磁钢间隙处(为直观表现装配情况，图中只体现了导磁环与磁钢的装配情况)，磁钢通过导磁环的磁钢定位面进行定位装配，完成径向组件。

加热壳体(此处壳体灌封槽的轴向高度a取值为高度略高于径向组件装配后磁钢与径向环接触的面，此设计在不影响灌封固定效果的前提下，能提高灌封胶的内部流通性)到40～50℃，将径向组件热套进入径向壳体完成径向轴承组件。

待组件冷却后进行灌胶，调配好灌封AB胶后从任意径向铁芯焊接槽处倒入灌封胶，灌封胶流经：径向铁芯槽口→导磁环通孔→导磁环与径向环间隙→导磁环通孔→径向壳体槽口，通过流经以上途径来稳固径向轴承各个零件。

待灌封胶固化后完成成品。

本专利提出的灌封径向轴承结构大大降低了径向定子铁芯与导磁环、径向组件与径向壳体的过盈配合要求，因此降低了热套温度，减少了加热温度与零件变形。有效避免应工作温度过高而导致的径向组件轴向与圆周向偏移，同时组件装配无需增加任何工装，工艺上易实现，效率高。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种混合式磁悬浮径向轴承，包括径向环(1)、定子铁芯(2)以及导磁环(3)，均装配于壳体(4)内，其特征在于：

所述壳体(4)内各部件之间均具有装配间隙(5)，所述装配间隙(5)内充注灌封胶(6)，通过所述灌封胶(6)将所述径向环(1)、所述定子铁芯(2)以及所述导磁环(3)固定于所述壳体(4)内。

2.如权利要求1所述的混合式磁悬浮径向轴承，其特征在于，所述定子铁芯(2)周向上设有一个或多个槽口(21)，所述槽口(21)连通所述装配间隙(5)。

3.如权利要求2所述的混合式磁悬浮径向轴承，其特征在于，所述槽口(21)包括径向加深槽(211)，所述径向加深槽(211)位于所述槽口(21)轴向中部至轴向上端部之间。

4.如权利要求1所述的混合式磁悬浮径向轴承，其特征在于，所述壳体(4)设有过胶槽(41)，所述过胶槽(41)对应环绕于所述导磁环(3)外周。

5.如权利要求4所述的混合式磁悬浮径向轴承，其特征在于，所述过胶槽(41)包括径向槽与轴向槽，所述径向槽位于所述导磁环(3)外周径向侧，所述轴向槽位于所述导磁环(3)外周的轴向底侧。

6.如权利要求1所述的混合式磁悬浮径向轴承，其特征在于，所述定子铁芯(2)与所述径向环(1)之间为上段间隙，所述导磁环(3)与所述径向环(1)之间为下段间隙。

7.如权利要求6所述的混合式磁悬浮径向轴承，其特征在于，所述径向环(1)包括轴向延伸部与径向延伸部，所述径向延伸部上开设多个过胶孔(11)，所述过胶孔(11)连通所述上段间隙与所述下段间隙。

8.如权利要求1所述的混合式磁悬浮径向轴承，其特征在于，所述装配间隙(5)包绕于所述径向环(1)的径向内侧与轴向端面侧。

9.如权利要求1至8任一项所述的混合式磁悬浮径向轴承，其特征在于，所述导磁环(3)设有面向所述径向环(1)的定位环(31)，所述定位环(31)具有轴向适配所述径向环(1)内角的槽口(32)。

10.如权利要求9所述的混合式磁悬浮径向轴承，其特征在于，所述导磁环(3)在所述定位环(31)外周间隔设有多个磁钢固定齿(33)，以此固定磁钢。

11.如权利要求9所述的混合式磁悬浮径向轴承，其特征在于，所述导磁环(3)在所述定位环(31)外周间隔设有通入孔(34)，所述通入孔(34)贯通所述导磁环(3)上下两端面。

12.一种设备，其特征在于，包括如权利要求1至11任一项所述的混合式磁悬浮径向轴承。

13.一种如权利要求1至11任一项混合式磁悬浮径向轴承的装配方法，其特征在于，包括步骤：

加热所述径向环(1)；

所述定子铁芯(2)、所述径向环(1)与导磁环(3)进行热套装配为径向组件；

待热套组件冷却完后将磁钢嵌入组件的磁钢间隙处；

加热所述壳体(4)，将径向组件热套进入壳体(4)完成径向轴承组件；

待组件冷却后进行灌胶；

待灌封胶固化后完成。

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