CN209164380U - 一种磁悬浮轴承防松保护结构及具有其的磁悬浮轴承 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种磁悬浮轴承防松保护结构及具有其的磁悬浮轴承,磁悬浮轴承防松保护结构包括:壳体,置于壳体内的连接环和定子铁芯;其中,定子铁芯分别与壳体和连接环相连接;壳体的内周壁设有多个凸起部,多个凸起部与壳体的内周壁过盈配合。本实用新型可以使连接环与壳体的连接处在径向与轴向两个方向均存在过盈配合,能够给磁悬浮轴承足够的安全余量,起到防松保护作用,提高产品可靠性;在装配过程中主要靠凸起部来补偿两者的硬度差和壳体冷却收缩应力,来达到自适应装配目的,对装配和加工的精度依赖减小,可降低装配难度,提高生产效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及磁悬浮轴承技术领域,尤其涉及一种磁悬浮轴承防松保护结构及具有其的磁悬浮轴承。
背景技术
磁悬浮轴承是利用磁力作将转子悬浮于空中,使转子与定子之间没有机械接触。现有已知的一种磁悬浮径向轴承结构,包括:定子绕组、定子铁芯、连接环、壳体。
其中定子绕组为漆包线,主要为磁悬浮径向轴承提供电磁力,定子铁芯为导磁硅钢片材料,主要用于安放定子绕组及磁路导通的作用,与磁悬浮轴承转子、气隙一起组成完整的电磁回路。连接环为导磁材料(钢铁类),是磁悬浮径向轴承的电磁回路重要组成部分。壳体采用非导磁性材料(铝合金或非导磁合金材料),起到固定磁悬浮轴承定子与连接电机定子机壳的作用。定子绕组通过绕线固定在定子铁芯上;定子铁芯外圆柱面通过与连接环的内圆柱面的过盈配合,使其固定在连接环上;连接环外圆柱面通过与壳体的内圆柱面过盈配合,使定子绕组、定子铁芯,连接环、壳体成为一个整体。
但是上述磁悬浮轴承结构存在以下问题:
1、由于壳体为铝合金材料、连接环为钢材,存在壳体材料硬度比连接环硬度低,在热套装配时会导致壳体产生不可逆的塑性变形,造成配合的过盈量无法满足要求。且多次拆装后,造成壳体变形严重,影响磁悬浮装配同轴精度,不利于转子悬浮控制,严重的整个磁悬浮径向轴承组件报废,无法使用,给产品维护带来极大的损失和不便。
2、壳体产生塑性变形后,造成实际过盈量无法满足要求,在运行过程中,由于磁悬浮径向轴承需求时刻根据转子的位置信号反馈情况,对定子绕组的电磁力大小进行实时调整,以实现转子的在固定的位置无摩擦高速旋转。由于电磁力大小不停变化,定子铁芯与连接环受到电磁力的反作用力,会在壳体内作不同频率的小位移振动,在共振频率及临界转速时,振动位移量呈现指数增长,在长时间运行后,会导致连接环、定子铁芯与壳体松脱,磁悬浮轴承无法使用,可靠性不高。
3、磁悬浮径向轴承在运行过程中,需要不断调整电磁力的大小,形成交变磁场,从而导致定子绕组、定子铁芯、连接环由于铜耗、铁耗、涡流等会产生热量,使整个磁悬浮轴承径向轴承的温度上升。由于壳体与连接环、定子铁芯的线性热膨胀系数不同(铝合金壳体线性热膨胀系数是钢铁连接环、定子铁芯线性热膨胀系数的2倍),导致相同尺寸在温升相同情况下,壳体的热变形量是连接环、定子铁芯的2倍。由此导致连接环与壳体的过盈量变小,在塑性变形、小位移高频振动的共同作用下,致使磁悬浮径向的导致连接环、定子铁芯与壳体松脱,磁悬浮轴承无法使用,可靠性不高。
实用新型内容
本实用新型的第一目的在于提供一种磁悬浮轴承防松保护结构,以解决现有的磁悬浮轴承的直线过盈配合状态下的:壳体与连接环热套,导致壳体产生不可逆的塑性变形,造成过盈量无法满足要求,多次拆装无法满足装配精度要求的问题;由于高频电磁力、共振、临界转速等造成连接环相对壳体小位移振动问题;壳体与连接环、定子铁芯不同材料的线性热膨胀系数不同引起的配合过盈量变小,导致连接环、定子铁芯与壳体松脱,磁悬浮轴承无法使用,可靠性不高问题。
为实现上述目的,本实用新型提出的技术方案如下:一种磁悬浮轴承防松保护结构,包括:壳体,置于所述壳体内的连接环和定子铁芯;其中,所述定子铁芯分别与所述壳体和所述连接环相连接;所述壳体的内周壁设有多个凸起部,多个所述凸起部与所述壳体的内周壁过盈配合。
根据本实用新型提供的磁悬浮轴承防松保护结构,将现有的连接环和壳体之间直线过盈配合改进为通过凸起和凹陷过盈配合配合,相比较于现有技术,可以使连接环与壳体的连接处在径向与轴向两个方向均存在过盈配合,连接处的过盈尺寸配合量是现有技术的直线过盈状态配合量的5-20倍,能够给磁悬浮轴承足够的安全余量,起到防松保护作用,提高产品可靠性;在装配过程中主要靠凸起部来补偿两者的硬度差和壳体冷却收缩应力,来达到自适应装配目的,对装配和加工的精度依赖减小,可降低装配难度,提高生产效率。
另外,根据本实用新型上述实施例的一种磁悬浮轴承防松保护结构,还可以具有如下附加的技术特征:
根据本实用新型的一个示例,多个所述凸起部在连接环的轴向截面上呈锯齿状或波浪状。
根据本实用新型的一个示例,多个所述凸起部在垂直于连接环的轴向截面上呈锯齿状或波浪状。
根据本实用新型的一个示例,所述凸起部为凸楞。
根据本实用新型的一个示例,多个所述凸楞沿所述连接环的轴向间隔布设。
根据本实用新型的一个示例,多个所述凸楞沿所述连接环的周向间隔布设。
根据本实用新型的一个示例,所述壳体的内周壁设有一沿其周向设置的第一凹陷区域,多个所述凸起部与所述第一凹陷区域过盈配合。
根据本实用新型的一个示例,所述定子铁芯的外周壁与所述连接环的内周壁过盈配合。
根据本实用新型的一个示例,所述连接环内周壁设有向内伸出且沿连接环周向设置的凸台,所述定子铁芯的外周壁设有与所述凸台相适配的第二凹陷区域,所述凸台与所述第二凹陷区域过盈配合。
本实用新型的第二目的在于提供一种磁悬浮轴承,其具有如上述技术方案任一项所述的磁悬浮轴承防松保护结构。
根据本实用新型的一个示例,所述定子铁芯上安装有定子绕组。
以上附加方面的优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
图1为本实用新型实施例的磁悬浮轴承防松保护结构的结构示意图;
图2为本实用新型实施例的磁悬浮轴承防松保护结构的轴向剖面示意图;
图3为图2的A部放大图;
图4为本实用新型实施例的壳体的结构示意图;
图5为本实用新型实施例的连接环的结构示意图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1、壳体;2、连接环;3、定子铁芯;4、凸起部;5、第一凹陷区;6、第二凹陷区;7、凸台;8、定子绕组。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本实用新型,并非用于限定本实用新型的范围。
实施例一
结合附图1-3所示,本实施例提供了一种磁悬浮轴承防松保护结构,包括壳体1、连接环2和定子铁芯3。
本实施例的壳体1由非导磁材料(如铝合金)通过机加工或压铸方式制成,壳体1大体呈筒状,具有一个容腔,如图4所示,本实施例的壳体1的内周壁设有一沿其周向设置的第一凹陷区域5,第一凹陷区域5具有一个与凸起部4过盈配合的配合面,便于下述的多个凸起部4与第一凹陷区域5过盈配合。需要说明的是,本实施例的所述的“第一凹陷部”、“第二凹陷部”并非指形状一定是凹陷形状,只要该部分区域与壳体1内壁其他区域存在高度差,且该部分的壳体1壁薄于其他区域即可理解为本实施例的凹陷区。
本实施例的定子铁芯3由多个硅钢片经叠压形成,且每个硅钢片均通过模具冲压成型,当然其他可以作为定子铁芯3的材料也在本实施例的可选范围之内。结合附图1和2可知,本实施例的定子铁芯3连接有定子绕组8,定子绕组8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3上。
本实施例的连接环2由导磁材料通过机加工方式形成,连接环2的内周壁与定子铁芯3相连接,具体为过盈连接,而过盈连接的方式可以是在连接环2内周壁设有向内伸出且沿连接环2周向设置的凸台7,定子铁芯3的外周壁设有与凸台7相适配的第二凹陷区,同样的,第二凹陷区域6具有一个与凸台7过盈配合的配合面,凸台7与第二凹陷区域6过盈配合。
具体的,结合背景技术中存在的技术问题,本实施例的保护结构对连接环2和壳体1之间的配合结构做出以下改进:在壳体1的内周壁设有多个凸起部4,多个凸起部4与壳体1的内周壁过盈配合。该结构可以使连接环2 与壳体1的连接处在径向与轴向两个方向均存在过盈配合,连接处的过盈尺寸配合量是现有技术的直线过盈状态配合量的5-20倍,能够给磁悬浮轴承足够的安全余量,起到防松保护作用,提高产品可靠性;在装配过程中主要靠凸起部4来补偿两者的硬度差和壳体1冷却收缩应力,来达到自适应装配目的,对装配和加工的精度依赖减小,可降低装配难度,提高生产效率。
当然,凸起部4的结构形式可以有多种,例如图1-3和5所示的多个凸起部4在连接环2的轴向截面上呈锯齿状(也可以是波浪状);再例如(以下结构形式图中未示出),多个凸起部4在垂直于连接环2的轴向截面上呈锯齿状或波浪状;再例如凸起部4为凸楞,多个凸楞可以沿连接环2的轴向间隔布设,多个凸楞也可以沿连接环2的周向间隔布设。
可知凸起部4的结构形式不唯一,本实施例优选为上述的锯齿结构,锯齿结构通过专用刀具,直接在连接环2外圆柱面使用机加工方式一次性加工成型,并且通过热处理方式提高锯齿的硬度,使其与壳体1硬度形成大的硬度差,便于在热套装配时,通过壳体1冷却收缩应力,使连接环2中的锯齿嵌入到壳体1内壁材料中,形成自适应式锯齿过盈配合装配关系。
下面就本实施例磁悬浮轴承防松保护结构的整体装配实施过程进行描述:嵌线的定子铁芯3通过加热连接环2,热套定子铁芯3的方式固定在连接环2上,与连接环2形成整体。再将壳体1加热,通过热套的方式,将连接环2与定子铁芯3整体组件,热套进入到壳体1中,与壳体1形成一个整体。整个配合结构,通过连接环2与壳体1的自适应式锯齿过盈配合结构达到磁悬浮轴承整体的紧配与防松保护的作用。
综上所述,本实施例的磁悬浮轴承防松保护结构具有以下优点:
1.采用自适应锯齿过盈配合后(也可以是上述的波浪结构或者凸楞结构等),因为壳体1与连接环2的配合在径向与轴向两个方向上,整个配合面是都存在过盈配合,同时锯齿过盈配合处的尺寸配合量(锯齿形沿径向方向的调试差尺寸)是直线过盈配合量(热套装配时的壳体1内径与连接环2外径尺寸配合的直线过盈公差量)的5-20倍,以保证连接环2固定在壳体1 的指定位置,并可一次性安装到位,避免多次拆装。
2.采用自适应锯齿过盈配合后(也可以是上述的波浪结构或者凸楞结构等),因为壳体1与连接环2在径向与轴向两个方向是都存在过盈配合。可有效降低小位移高频振动的幅度与强度,减少对转子主轴的扰动,提高系统刚性。自适应锯齿过盈配合可解决连接环2、定子铁芯3与壳体1松脱问题。
3.采用自适应锯齿过盈配合后(也可以是上述的波浪结构或者凸楞结构等),因为壳体1与连接环2的配合在径向与轴向两个方向是都存在过盈配合,同时锯齿过渡处的尺寸配合量是直线过盈状态下的合量的5-20倍,保证壳体1与连接环2、定子铁芯3不同材料的线性热膨胀系数不同的情况下,可在设计温升条件下保证连接环2固定在壳体1的指定位置,达到防松保护作用。
实施例二
本实施例提供了一种磁悬浮轴承,其具有如实施例一所述的磁悬浮轴承防松保护结构。
磁悬浮应用产品均为超高速机器,而磁悬浮轴承作为超高速机器的关键零部件,一旦磁悬浮系统发生故障,磁悬浮产品将无法启动悬浮,无法正常运行,造成生产损失。
因此,本实施例在设计磁悬浮轴承时给磁悬浮轴承设计足够的安全余量,采用实施例一的自适应锯齿过盈配合结构(也可以是上述的波浪结构或者凸楞结构等),相较于现有技术,可以使连接环2与壳体1的连接处在径向与轴向两个方向均存在过盈配合,连接处的过盈尺寸配合量是现有技术的直线过盈状态配合量的5-20倍,能够给磁悬浮轴承足够的安全余量,起到防松保护作用,提高产品可靠性;在装配过程中主要靠凸起部4来补偿两者的硬度差和壳体1冷却收缩应力,来达到自适应装配目的,对装配和加工的精度依赖减小,可降低装配难度,提高生产效率。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,不能理解为对本实用新型的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体等。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实用新型中的具体含义。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种磁悬浮轴承防松保护结构,其特征在于,包括:壳体(1),置于所述壳体(1)内的连接环(2)和定子铁芯(3);其中,所述定子铁芯(3)分别与所述壳体(1)和所述连接环(2)相连接;所述壳体(1)的内周壁设有多个凸起部(4),多个所述凸起部(4)与所述壳体(1)的内周壁过盈配合。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承防松保护结构,其特征在于,多个所述凸起部(4)在连接环(2)的轴向截面上呈锯齿状或波浪状。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承防松保护结构,其特征在于,多个所述凸起部(4)在垂直于连接环(2)的轴向截面上呈锯齿状或波浪状。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承防松保护结构,其特征在于,所述凸起部(4)为凸楞。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承防松保护结构,其特征在于,多个所述凸楞沿所述连接环(2)的轴向间隔布设。
6.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承防松保护结构,其特征在于,多个所述凸楞沿所述连接环(2)的周向间隔布设。
7.根据权利要求1-6任一项所述的磁悬浮轴承防松保护结构,其特征在于,所述壳体(1)的内周壁设有一沿其周向设置的第一凹陷区域(5),多个所述凸起部(4)与所述第一凹陷区域(5)过盈配合。
8.根据权利要求1-6任一项所述的磁悬浮轴承防松保护结构,其特征在于,所述定子铁芯(3)的外周壁与所述连接环(2)的内周壁过盈配合。
9.根据权利要求8所述的磁悬浮轴承防松保护结构,其特征在于,所述连接环(2)内周壁设有向内伸出且沿连接环(2)周向设置的凸台(7),所述定子铁芯(3)的外周壁设有与所述凸台(7)相适配的第二凹陷区域(6),所述凸台(7)与所述第二凹陷区域(6)过盈配合。
10.一种磁悬浮轴承,其特征在于,其包括如权利要求1-9任一项所述的磁悬浮轴承防松保护结构。
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Legal Events
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Granted publication date: 20190726 Effective date of abandoning: 20240503 |
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