一種單自由度磁懸浮轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)與磁力定心軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種單自由度磁懸浮轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)和適用于單自由度磁懸浮轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)使用的磁力定心軸承。
【背景技術(shù)】
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[0002]本發(fā)明是對(duì)提高磁懸浮轉(zhuǎn)子軸定心旋轉(zhuǎn)精度的新結(jié)構(gòu)和新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]1、一種單自由度磁懸浮轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)，適用于磁懸浮平臺(tái)、電主軸、分子泵、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等具有轉(zhuǎn)子立軸的裝置使用；它是將兩個(gè)預(yù)應(yīng)力磁懸浮復(fù)合軸承(16-37)分別設(shè)置在所述立軸的上下近端部的位置上，所述預(yù)應(yīng)力磁懸浮復(fù)合軸承是指:由一個(gè)相斥型徑軸向磁懸浮軸承和一個(gè)軸向吸引型徑向磁懸浮軸承以同心圓內(nèi)外徑向排列(圖1_9、11、16所示)或徑向錯(cuò)位排列(如圖10所示)的方式所形成的復(fù)合磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)；在同一個(gè)預(yù)應(yīng)力磁懸浮復(fù)合軸承當(dāng)中，相斥型徑軸向磁懸浮軸承上的轉(zhuǎn)子部環(huán)形永磁體(81)和軸向吸引型徑向磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)子部環(huán)形永磁體(82、83)共同設(shè)置在同一個(gè)轉(zhuǎn)子基盤(84-105)上，所述轉(zhuǎn)子基盤與所述立軸固連；相斥型徑軸向磁懸浮軸承的定子部環(huán)形永磁體(107)或圓環(huán)形電磁鐵線圈(108、109)和所述軸向吸引型徑向磁懸浮軸承的定子部環(huán)形永磁體
(110,111)設(shè)置在同一個(gè)定子基盤(112-131)上，也可以將相斥型徑軸向磁懸浮軸承的定子部環(huán)形永磁體和圓環(huán)形電磁鐵線圈設(shè)置在立軸外圍殼體的內(nèi)壁(圖2、6、7所示)上；為了節(jié)省材料，部分定子基盤還可以和立軸外圍固定裝置上的端蓋(112、115、116、124、126、135、134、122、202、132、133、121)進(jìn)行復(fù)合，從而成為復(fù)合定子基盤，所述定子基盤和復(fù)合定子基盤與所述立軸外圍的定子殼體固連；所述軸向吸引型徑向磁懸浮軸承的定轉(zhuǎn)子部環(huán)形永磁體通過氣隙軸向相對(duì)并使軸向所對(duì)應(yīng)的環(huán)形永磁體數(shù)量相等和相互吸引以及具有相同規(guī)格的內(nèi)外徑；所述相斥型徑軸向磁懸浮軸承當(dāng)中的定轉(zhuǎn)子部環(huán)形永磁體的內(nèi)部磁通方向相互一致并通過氣隙形成磁體間的部分徑向重疊交叉以及使氣隙兩側(cè)磁體等高和具有相同的體積；當(dāng)氣隙一側(cè)使用的磁場(chǎng)源是圓環(huán)形電磁鐵線圈(5051)時(shí)，則要求該圓環(huán)形電磁鐵線圈與氣隙對(duì)側(cè)的轉(zhuǎn)子部環(huán)形永磁體等高；在同一個(gè)預(yù)應(yīng)力磁懸浮復(fù)合軸承當(dāng)中，所述相斥型徑軸向磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)子部所受推力和所述軸向吸引型徑向磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子部所受的拉力相反；對(duì)于所述立軸上下部的兩個(gè)預(yù)應(yīng)力磁懸浮復(fù)合軸承當(dāng)中的軸向吸引型徑向磁懸浮軸承來說，兩者對(duì)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子部產(chǎn)生的拉力是一致的；所述預(yù)應(yīng)力磁懸浮復(fù)合軸承使用的環(huán)形永磁體均采用軸向充磁；所述預(yù)應(yīng)力磁懸浮復(fù)合軸承當(dāng)中的定子基盤和轉(zhuǎn)子基盤以及定轉(zhuǎn)子基盤上設(shè)置的各環(huán)形永磁體均與立軸保持同心并使立軸非接觸地穿過端蓋和復(fù)合定子基盤上的中心孔；在所述的單自由度磁懸浮轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)當(dāng)中，具有相同功能的磁力軸承之間均可互換使用(圖1、7所示)或疊加使用，相斥型徑軸向磁懸浮軸承和軸向吸引型徑向磁懸浮軸承的位置亦可對(duì)調(diào)互換(圖4、9所示)；所述的單自由度磁懸浮轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)當(dāng)中磁力定心軸承亦可視為軸向吸引型徑向磁懸浮軸承；而電機(jī)亦被視為現(xiàn)有技術(shù)的磁阻型徑向吸引型軸向磁懸浮軸承；所述的單自由度磁懸浮轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)當(dāng)中，在至少一個(gè)所述軸向吸引型徑向磁懸浮軸承的定轉(zhuǎn)子磁極極面上設(shè)有非導(dǎo)磁的防粘死隔離片(圖4、10所示)；
[0004]在本發(fā)明當(dāng)中，位于當(dāng)中氣隙兩側(cè)的環(huán)形永磁體的數(shù)量可以是一個(gè)(圖1)、兩個(gè)(圖1-4、6-8、10、11)或三個(gè)(圖9)，當(dāng)采用多個(gè)磁體組合時(shí)，各磁體之間都是緊密套裝在一起并使相鄰磁體保持等高和保持相鄰磁體內(nèi)部磁通在閉合回路當(dāng)中的順暢一致性；所述轉(zhuǎn)子基盤和定子基盤采用非導(dǎo)磁材料制作。
[0005]在本發(fā)明當(dāng)中，在所述立軸外圍定子殼體上部或下部或上下部無輸出軸一端的端蓋(116、132、133、121、124、134、135、)中心部位還可以設(shè)置有軸向向外延伸的筒形延長部(140-149、130)，所述立軸的軸端端面與設(shè)置在筒形延長部?jī)?nèi)部的定子部圓柱體(191-194，182、186、189)的內(nèi)端面通過氣隙形成軸向相對(duì)并通過鑲嵌在立軸軸端中心孔內(nèi)且被軸向充磁的實(shí)心圓柱形永磁體(圖4-6)或環(huán)形永磁體或由一個(gè)實(shí)心永磁體和一個(gè)環(huán)形永磁體緊密套裝在一起構(gòu)成的復(fù)合永磁體(圖10、12)與氣隙對(duì)側(cè)定子部圓柱體中心部位上相同結(jié)構(gòu)和數(shù)量的永磁體彼此正對(duì)和相互吸引，從而構(gòu)成了單自由度磁懸浮轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的永磁型磁力定心軸承(圖4、5、6、10、12、14、15)，在所述永磁型磁力定心軸承當(dāng)中的定子部圓柱體可以采用軸向氣隙可調(diào)型(圖4、5、6、10、12、14)，也可以采用氣隙固定式(圖15)結(jié)構(gòu)，但氣隙固定式結(jié)構(gòu)，只限于在立軸上下兩端均無輸出軸的情況下使用；在所述的復(fù)合永磁體當(dāng)中，徑向相鄰永磁體的內(nèi)部磁通互為相反和體積相等；所述定子部圓柱體的軸向位氣隙調(diào)節(jié)，可以通過定子部圓柱體下部設(shè)置的外螺紋與筒形延長部?jī)?nèi)壁上的內(nèi)螺紋配合(圖10、12、14)實(shí)現(xiàn)，也可以通過定子部圓柱體上的球頭連接桿(153)與筒形延長部端蓋中心孔之見的螺旋配合實(shí)現(xiàn)，還可以通過固定在定子部圓柱體上的尾桿(150-152)與筒形延長部端蓋中心孔之間的絲杠連接方式(圖5、6)實(shí)現(xiàn)。
[0006]在本發(fā)明當(dāng)中，所述永磁型磁力定心軸承還可以被電磁吸引型磁力定心軸承(圖8、13)，所替代，所述電磁吸引型磁力定心軸承是將一個(gè)圓環(huán)形電磁鐵線圈套裝在筒形延長部端蓋的中心芯柱(136、137)上，所述中心芯柱通過軸向氣隙與立軸的上端部相對(duì)應(yīng)，所述中心芯柱的磁極面可以是平面(圖13)、錐形(圖8)或截錐形極面，所述立軸的端部可以是和所述的中心芯柱的磁極面形成面對(duì)面(圖13)的形式，也可以是錐形極對(duì)平面的形式，還可以是錐形極對(duì)錐形極(圖8)的形式；所述電磁吸引型磁力定心軸承通過調(diào)整電流的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)軸向工作氣隙的厚度調(diào)節(jié)。
[0007]在本發(fā)明當(dāng)中，所述永磁型磁力定心軸承當(dāng)中的定子部圓柱體還可以是空心圓柱體(圖14),所述空心圓柱體有被軸向充磁的實(shí)心圓柱形永磁體(154),所述空心圓柱體下部帶有外螺紋，所述外螺紋與筒形延長部?jī)?nèi)壁上的內(nèi)螺紋配合實(shí)現(xiàn)固定與氣隙的調(diào)節(jié)。
[0008]在本發(fā)明當(dāng)中，所述定子部圓柱體還可以被一個(gè)軸向充磁的實(shí)心圓柱形永磁體所替代，實(shí)心圓柱形永磁體被筒形延長部下部的肩臺(tái)和上端部的端蓋所固定，所述實(shí)心圓柱形永磁體與立軸端部之間的氣隙是固定的(圖15)。
[0009]在本發(fā)明當(dāng)中，當(dāng)預(yù)應(yīng)力磁懸浮復(fù)合軸承的定轉(zhuǎn)子基盤采用非導(dǎo)磁材料制造時(shí)，還可以在相斥型徑軸向磁懸浮軸承的定轉(zhuǎn)子部環(huán)形永磁體背離內(nèi)外磁環(huán)徑向重疊交叉的端部位置上，各設(shè)置一個(gè)內(nèi)法蘭式的導(dǎo)磁磁軛(157、158)和一個(gè)外法蘭式的導(dǎo)磁磁軛
(159,160)并使兩個(gè)導(dǎo)磁磁軛(157和159，160和158)的軸向延伸壁順著相斥型徑軸向磁懸浮軸承內(nèi)外磁環(huán)之間的氣隙走向形成軸向相對(duì)(圖9)。
[0010]在本發(fā)明當(dāng)中，在所述立軸與立軸外圍的定子殼體的端蓋之間還可以設(shè)置機(jī)械保護(hù)軸承，所述機(jī)械保護(hù)軸承與立軸之間采用滑動(dòng)副配合。
[0011]在本發(fā)明當(dāng)中，還可以采用使所述立軸上部預(yù)應(yīng)力磁懸浮復(fù)合軸承(35)當(dāng)中的相斥型徑軸向磁懸浮軸承(56)的定子部環(huán)形永磁體和軸向吸引型徑向磁懸浮軸承的定子部永磁體設(shè)置在同一個(gè)帶有筒形延長部(145)的電主軸的上部端蓋(134)上，所述軸向吸引型徑向磁懸浮軸承由所述立軸上端中心孔內(nèi)的實(shí)心圓柱體永磁體或復(fù)合永磁體通過軸向氣隙所對(duì)應(yīng)在所述筒形延長部(145)端部定子部圓柱體(182)中心孔內(nèi)的實(shí)心圓柱體永磁體或復(fù)合永磁體所構(gòu)成的永磁型磁力定心軸承(圖10)所替代；所述相斥型徑軸向磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)子部環(huán)形永磁體設(shè)置在立軸(10)外側(cè)，所述永磁型磁力定心軸承也可以由電磁吸引型磁力定心軸承(圖8、13)所替代；所述立軸上部的相斥型徑軸向磁懸浮軸承(56)也可以被現(xiàn)有全永磁的徑向吸引型軸向磁懸浮軸承所替代。
[0012]2、一種單自由度磁懸浮轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)，由電機(jī)定、轉(zhuǎn)