CN210265508U - 一种磁悬浮轴承系统及保护装置 - Google Patents

Abstract

一种磁悬浮轴承系统保护装置，现有的磁悬浮轴承，转子可能会发生偏转，通常采用在转子的外周加设一保护轴承进行保护的方式，转子偏移过大时，可能会对保护轴承造成损坏。本实用新型不将保护轴承作为第一级保护，在保护轴承前再加一级保护装置，该保护装置具有软且自润滑特性，使滚珠轴承作为第二级保护存在。相对转子的材料结构，该一级保护装置具有较软且带有自润滑属性，即使出现转子与该保护装置相撞的情况，也不会对转子造成损伤。本实用新型可使用特殊保护装置作为第一级保护，防止转子对滚珠轴承造成较大的冲击力，且控制器可检测轴与滚珠轴承间的气隙，判断第一级保护装置的磨损情况，及时更换。

Description

一种磁悬浮轴承系统及保护装置

技术领域

本实用新型涉及磁悬浮轴承系统，具体而言，涉及一种磁悬浮轴承系统的保护装置。

背景技术

轴承是工业上常用的零部件，轴承中的磁悬浮轴承具有无油、无机械摩擦的优点，工作原理是：通过磁悬浮轴承将转子悬浮于中心位置，磁悬浮系统在工作过程中，转子始终处于悬浮状态，与本体结构无接触。旋转过程中由于有气流冲击，转子位置有可能会发生偏移，为防止转子过度偏移，传统的磁悬浮轴承系统如附图1所示，其包括转子，前定子200，后定子300，转子的前、后两侧通过前定子200、后定子300实现悬浮，为了保护前、后定子200，300，在转子的前侧设有前径向滚珠轴承100，在转子的后侧设有后径向滚珠轴承400，前径向滚珠轴承100与转子的径向距离小于前定子200与转子的径向距离，后径向滚珠轴承400与转子的径向距离小于后定子300与转子的径向距离，通过上述设置，可保护前、后定子，防止其直拉接与转子接触。上述做法是使用滚珠轴承对转子进行辅助支撑，当转子在旋转过程中受到强烈扰动力，导致转子悬浮位置出现过度偏移，转子会带动滚珠轴承内圈旋转，可能会对滚珠轴承造成损伤，影响转子起浮。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型提出不将滚珠轴承作为第一级保护，在滚珠轴承前再加一级保护装置，该保护装置具有软且自润滑特性，使滚珠轴承作为第二级保护存在。相对转子的材料结构，该一级保护装置具有较软且带有自润滑属性，即使出现转子与该保护装置相撞的情况，也不会对转子造成损伤。本实用新型可使用特殊保护装置作为第一级保护，防止转子对滚珠轴承造成较大的冲击力，且控制器可检测轴与滚珠轴承间的气隙，判断第一级保护装置的磨损情况。

具体地：一种磁悬浮轴承系统，包括磁悬浮轴承定子(2，3)和磁悬浮轴承转子(9)，所述磁悬浮轴承定子(2，3)包括前定子(2)和后定子(3)，所述转子(9)轴向的前后两侧分别通过前定子(2)和后定子(3)悬浮支撑，转子(9)的前后两侧分别设有前保护轴承(1)和后保护轴承(4)，其特征在于：转子(9)的前后两侧还分别设有前辅助保护装置(5)和后辅助保护装置(6)，前辅助保护装置(5)和后辅助保护装置(6)与转子(9)的径向距离分别为A，D；前、后保护轴承(1，4)与转子(9)的径向距离分别为B，G；前、后定子(2,3)与转子(9)的径向距离分别为C，H，其中A<B<C，D<G<H。

优选地，A＝D,B＝G,C＝H。

优选地，在转子的前侧，前辅助保护装置(5)位于前保护轴承(1)的前边；在转子(9)的后侧，后辅助保护装置(6)位于后保护轴承(4)的后边。

优选地，在磁悬浮轴承系统上设置有用于检测转子(9)位移的传感器(7，8)。

优选地，传感器(7，8)包括前传感器(8)和后传感器(7)，所述前传感器(8)和后传感器(7)分别用于检测转子(9)前、后两侧的位移。

优选地，所述前传感器(8)和后传感器(7)用于检测转子(9)前后两侧分别距离前保护轴承(1)和后保护轴承(4)内壁之间的径向距离。

优选地，所述前传感器(8)和后传感器(7)用于在转子(9)停浮时，分别检测转子(9)前后两侧距离前保护轴承(1)和后保护轴承(4)内壁之间的最小径向距离。

优选地，前保护轴承(1)和后保护轴承(4)均为滚珠轴承。

优选地，前辅助保护装置(5)和后辅助保护装置(6)的材料相比转子(9)的材料硬度低。

优选地，前辅助保护装置(5)和后辅助保护装置(6)的材料相比转子(9)的材料硬度低且其材料具有润滑功能。

另外，本实用新型还提供一种所述的磁悬浮轴承系统控制方法，包括如下步骤：

S01：开始运行；

S02：检测转子(9)前、后两侧的位移，根据检测到的位移判断是否需要更换或维护前、后辅助保护装置(5，6)；

S03：检测结束。

优选地，在步骤S01和S02之间还包括步骤S01-A：检测轴承转子(9)是否停浮，若为是则进入S02，若为否，则进行磁悬浮轴承系统的检修，直至检测显示轴承转子停浮为止。

优选地，在步骤S01-A和S02之间还包括轴承线圈电流清零的步骤。

优选地，步骤S02中检测转子(9)前、后两侧的位移的方式具体为：检测转子(9)前后两侧分别距离前保护轴承(1)和后保护轴承(4)内壁之间的径向最小距离a,b；步骤S02中根据检测到的位移判断的具体方式为：判断检测到的a是否小于前预设距离b，若为是，则更换前辅助保护装置(5)，若为否，则不更换前辅助保护装置(5)；判断检测到的c小于后预设距离d，若为是，则更换后辅助保护装置(6)，若为否，则不更换后辅助保护装置(6)；

优选地，所述前预设距离b＝(B-A)×90％，所述后预设距离d＝(G-D)×90％。

本实用新型通过前后均增加保护装置，并使用控制器监测转子与辅助保护装置的气隙，如附图，第一级保护是新加保护装置，第二级保护是滚珠轴承，如果出现严重的扰动力，转子最先接触的是第一级保护装置，确保滚珠轴承不会受到严重的冲击，可有效提高磁悬浮轴承系统的可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1现有的磁悬浮轴承系统示意图

图2本实用新型的磁悬浮轴承系统示意图

图3本实用新型磁悬浮轴承系统的电控流程图

图中：100-前径向滚珠轴承，400-后径向滚珠轴承，200-前磁悬浮轴承定子，300-后磁悬浮轴承定子；

1-前保护轴承，4-后保护轴承，2-前定子，3-后定子，5-前辅助保护装置，6-后辅助保护装置，7-后传感器，8-前传感器，E-前径向滚珠轴承与转子的径向距离，F-后径向滚珠轴承与转子的径向距离

A-前辅助保护装置与转子径向距离，D-后辅助保护装置与转子径向距离，B-前保护轴承与转子径向距离，G-后保护轴承与转子径向距离，C-前定子与转子径向距离，H-后定子与转子径向距离，a-前传感器测量的位移，c-后传感器测量的位移，b-前预设距离，d-后预设距离

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的，因此不能用于限制本公开的保护范围。

下面结合附图2-3具体的实施例来对本实用新型中的内容进行详细描述：

如图2所示，一种磁悬浮轴承系统，包括磁悬浮轴承定子2，3和磁悬浮轴承转子9，所述定子2，3包括前定子2和后定子3，所述转子9的前后两侧分别通过前定子2和后定子3悬浮支撑，转子9的前后两侧分别安装有前保护轴承1和后保护轴承4，转子9的前后两侧分别设有前辅助保护装置5和后辅助保护装置6，前、后辅助保护装置5，6与转子9的径向距离分别为A，D,前、后保护轴承1，4与转子9的径向距离分别为B，G，前、后定子2,3与转子9的距离为C，H，其中A<B<C，D<G<H。

优选地，A＝D,B＝G,C＝H。即优选地，前、后辅助保护装置5，6，前、后保护轴承1，4，前、后定子2，3对称、镜向设置。

优选地，在转子的前侧，前辅助保护装置5位于前保护轴承1的前边；在转子9的后侧，后辅助保护装置6位于后保护轴承4的后边。

优选地，在磁悬浮轴承上优选其壳体上设置有用于检测转子9位移的传感器7，8。

优选地，传感器7，8包括前传感器8和后传感器7，所述前传感器8和后传感器7分别用于检测转子9前、后两侧的位移。

优选地，所述前传感器8和后传感器7用于检测转子9前后两侧分别距离前保护轴承1和后保护轴承4内壁之间的距离。

优选地，所述前传感器8和后传感器7用于在转子9停浮时，检测转子9前后两侧分别距离前保护轴承1和后保护轴承4内壁之间的最小距离。

优选地，前保护轴承1和后保护轴承4均为滚珠轴承。

优选地，前辅助保护装置5和后辅助保护装置6相比转子9硬度低。

优选地，前辅助保护装置5和后辅助保护装置6的材料相比转子(9)硬度低且其材料具有润滑功能。

如图2-3所示，另外本实用新型还提供一种采用本实用新型磁悬浮轴承系统控制方法，包括如下步骤：

S01：开始运行；

S02：检测转子9前、后两侧的位移，根据检测到的位移判断是否需要更换或维护前、后辅助保护装置5，6；

S03：检测结束。

优选地，在步骤S01和S02之间还包括步骤S01-A：检测轴承转子(9)是否停浮，若为是则进入S02，若为否，则进行磁悬浮轴承系统的检修，直至检测显示轴承转子停浮为止。

优选地，在步骤S01-A和S02之间还包括轴承线圈电流清零的步骤。

优选地，步骤S02中检测转子9前、后两侧的位移的方式具体为：检测转子9前后两侧分别距离前保护轴承1和后保护轴承4内壁之间的径向最小距离a,b；步骤S02中根据检测到的位移判断的具体方式为：判断检测到的a是否小于前预设距离b，若为是，则更换前辅助保护装置5，若为否，则不更换前辅助保护装置5；判断检测到的c小于后预设距离d，若为是，则更换后辅助保护装置6，若为否，则不更换后辅助保护装置(6)；

优选地，所述前预设距离b＝(B-A)×90％，所述后预设距离d＝(G-D)×90％。

优选地，在S01之后还包括轴承系统上电的步骤。

通过上述设置，可有效的保护轴承。

下面结合图1-2对本实用新型的工作原理和过程作一描述：

本实用新型通过在磁悬浮轴承的基础上增加辅助保护装置5，6，优选地，该保护装置5，6为圆环形结构，内径小于滚珠轴承内径；外径视系统结构而定，可以大于等于滚珠轴承外径；宽度可根据情况设定，如20mm。使得该辅助装置5，6为一级保护，保护轴承1，4为滚珠轴承，其为二级保护。对于前端，磁悬浮轴承系统前定子1与转子9间的气隙为附图2中的C，前保护轴承1与转子9间的气隙为附图2中的B，前辅助保护装置5与转子9的气隙为附图2中的A，A小于B，B小于C，后端类似.

转子9前侧，前辅助保护装置5安装在前保护轴承1前面；后侧，后辅助保护装置6安装在后保护轴承4后面，进一步确保在发生异常情况时，转子最先接触由前、后辅助保护装置构成的一级保护装置。

安装位移传感器7，8，如附图2中7和8为位移传感器，可固定于壳体上，用于测量磁悬浮转子9到保护轴承1，4底端内壁的气隙，即其径向距离。

所述传感器7，8可在转子9转动时，实时检测转子与传感器之间的距离，当其产生较大波动时，停止运转，进行检修。

在停浮状态下，即在定子未通电，未产生磁力，从而转子9停在本实用新型的前、后辅助保护装置5，6上的情况下，此时传感器7，8检测转子9与传感器的距离a，c，此处指转子的一圈与传感器7，8的最小距离，在停浮状态下，其最小距离即为转子的最下端与传感器的最小距离，小于设定阈值b,d，该阈值为初始时前、后保护轴承1,4内壁与转子9的距离与前、后辅助保护装置5，6距离转子9的距离之间的差值的90％，即b＝(B-A)×90％，d＝(G-D)×90％。

因为，在初始状态下，在停浮状态下，由于转子9落在前、后辅助保护装置5，6上，若前、后辅助保护装置5，6未磨损，则其检测的距离应为B-A，G-D若其小于上述距离的90％,则需要更换前、后辅助保护装置5，6。

本实用新型具有以下有益效果：

当磁悬浮系统出现严重的扰动力时，转子存在高速旋转状态下拖动滚珠轴承内圈旋转的风险，由于磁悬浮系统的特殊性，转子有可能在滚珠轴承内壁出现无规则运动，拖动滚珠轴承旋转易引起滚珠轴承损坏，可能会造成转子无法稳定悬浮，或者在高速旋转过程中出现无法稳定运行的情况。

本实用新型考虑到滚珠轴承的重要性和保护装置固有的自润滑特性，使用保护装置作为磁悬浮轴承系统的第一级保护，滚珠轴承作为磁悬浮轴承系统的第二级保护，实用新型方案中滚珠轴承和保护装置安装位置如附图2，滚珠轴承、传感器和保护装置均安装在壳体上，且传感器端面与滚珠轴承内壁齐平。前端安装位置要求将保护装置安放在滚珠轴承前面，后端安装位置要求将保护装置安放在滚珠轴承后面，在发生较大的扰动力时，可使保护装置最先与转子接触，起到第一级保护的作用。同时，要求保护装置与转子的气隙小于滚珠轴承内圈与转子的气隙，在附图2中A为保护装置与转子的气隙，B为滚珠轴承与转子的气隙，A应小于B，确保转子在停浮或者发生异常情况时最先接触保护装置。由于保护装置比较软，在转子与保护装置接触摩擦时，不会对转子造成损伤；在磁悬浮轴承系统运行时，由于保护装置的支撑作用，可有效减少转子与滚珠轴承碰撞的几率。安装有位移传感器，可通过监控轴与滚珠轴承内壁的气隙，来检测辅助装置的磨损情况，在磨损量达到设定阈值时，系统将提示更换辅助保护装置，以此来降低故障率。使用保护装置和滚珠轴承组成双极辅助装置，可有效提高磁悬浮轴承系统的可靠性。

本实用新型通过前后均增加保护装置5，6，并使用控制器监测转子9与保护轴承1，4的气隙，第一级保护是新加保护装置，第二级保护是滚珠轴承，如果出现严重的扰动力，转子最先接触的是第一级保护装置，确保滚珠轴承不会受到严重的冲击，可有效提高磁悬浮轴承系统的可靠性。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (10)

1.一种磁悬浮轴承系统，包括磁悬浮轴承定子(2，3)和磁悬浮轴承转子(9)，所述磁悬浮轴承定子(2，3)包括前定子(2)和后定子(3)，所述转子(9)轴向的前后两侧分别通过前定子(2)和后定子(3)悬浮支撑，转子(9)的前后两侧分别设有前保护轴承(1)和后保护轴承(4)，其特征在于：转子(9)的前后两侧还分别设有前辅助保护装置(5)和后辅助保护装置(6)，前辅助保护装置(5)和后辅助保护装置(6)与转子(9)的径向距离分别为A，D；前、后保护轴承(1，4)与转子(9)的径向距离分别为B，G；前、后定子(2,3)与转子(9)的径向距离分别为C，H，其中A<B<C，D<G<H。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于：A＝D,B＝G,C＝H。

3.根据权利要求1或2所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于：在转子(9)的前侧，前辅助保护装置(5)位于前保护轴承(1)的前边；在转子(9)的后侧，后辅助保护装置(6)位于后保护轴承(4)的后边。

4.根据权利要求1或2所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于：在磁悬浮轴承系统上设置有用于检测转子(9)位移的传感器(7，8)。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于：所述传感器(7，8)包括前传感器(8)和后传感器(7)，所述前传感器(8)和后传感器(7)分别用于检测转子(9)前、后两侧的位移。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于：所述前传感器(8)和后传感器(7)用于检测转子(9)前后两侧分别距离前保护轴承(1)和后保护轴承(4)内壁之间的径向距离。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于：所述前传感器(8)和后传感器(7)用于在转子(9)停浮时，分别检测转子(9)前后两侧距离前保护轴承(1)和后保护轴承(4)内壁之间的最小径向距离。

8.根据权利要求1，2，5-7任一个所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于：前保护轴承(1)和后保护轴承(4)均为滚珠轴承。

9.根据权利要求1，2，5-7任一个所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于：前辅助保护装置(5)和后辅助保护装置(6)的材料相比转子(9)的材料硬度低。

10.根据权利要求9所述的磁悬浮轴承系统，其特征在于：前辅助保护装置(5)和后辅助保护装置(6)的材料相比转子(9)的材料硬度低且其材料具有润滑功能。

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