[实用新型]自适应转子重量的永磁推力轴承

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种永磁推力轴承，尤其是一种自适应转子重量特点的永磁推力轴承，适用于水轮机转子、飞轮系统等需要大型推力轴承支撑的应用场合。

背景技术

目前工业上广泛运用的机械式推力圆柱滚子轴承、推力球轴承等，具有单位面积推力有限、易磨损、需润滑、价格昂贵等局限。而永磁材料所具有的矫顽力大、剩磁强、磁能积大、退磁曲线近似线性等特点使得永磁轴承有可能代替传统机械轴承。同时随着高性能稀土永磁材料的快速商业化，以及相应加工技术的发展，永磁轴承所具有的体积小、结构简单、无能量消耗等特点使之能够在航空、仪表、化工、电气等诸多领域有其独特的应用场合。目前人们主要关注永磁径向轴承的应用与实现，而永磁推力轴承的研究很少。少量涉及永磁推力轴承的相关专利，如中国专利CN2632381公开的永磁全磁浮推力轴承，直接利用极性相同的中央永磁块之间的斥力进行轴向悬浮，利用极性相反的外围永磁块之间的吸力保持径向稳定，实际上是一种理想情况下的悬浮，未能很好的考虑到加工难度、磁力线短路现象、失磁、刚度、稳定性等实际问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种易于加工，运行稳定，适用于大型旋转机械的自适应转子重量的永磁推力轴承。

本实用新型的自适应转子重量的永磁推力轴承，包括定子、转子以及辅助向心轴承，定转子之间具有气隙，其中定子由n对叠装的交替充磁方向的永磁环以及夹置在相邻永磁环之间的非导磁环构成；转子由m对叠装的交替充磁方向的永磁环以及夹置在相邻永磁环之间的非导磁环构成，n、m均为自然数。

上述定子永磁环的充磁方向可以为轴向充磁或者径向充磁。转子永磁环的充磁方向也可以为轴向充磁或者径向充磁。定、转子永磁环的充磁方向可以有以下四种组合：定子永磁环为径向充磁，转子永磁环为轴向充磁；定子永磁环为轴向充磁，转子永磁环为径向充磁；定子永磁环为径向充磁，转子永磁环为径向充磁；定子永磁环为轴向充磁，转子永磁环为轴向充磁。

本实用新型中所说的定子永磁环的对数n和转子永磁环的对数m可以相等，也可以不等。

所说的定、转子的非导磁环可以为铜环或铝环。非导磁环的设置起到了减缓相邻永磁环之间磁力线短路现象的作用，同时对转子轴向位移、转子径向安装偏差以及加工等问题所产生的磁场不均匀现象起到一定的阻尼作用。为方便安装，通常使定子非导磁环与定子永磁环的环形面形状相同，转子非导磁环与转子永磁环的环形面形状相同。

使用时，将本实用新型的永磁推力轴承的转子与转轴紧固，辅助向心轴承安装在转轴的一端或者两端，限制转子的径向偏移，转子可以通过联轴器与原动机相连；定子固定在相应的机座上，如水轮机的底座、飞轮系统的机架等。定转子轴向方向(重力方向)上允许有一定的位移。

根据英国物理学家EamShaw的证明，在只有受力与距离平方成反比关系的恒定磁场中，一个物体无法处于稳态。所以对于永磁轴承来说，仅使用永磁块，无法实现所有自由度上的稳定平衡。本实用新型利用定、转子永磁环承受轴向转子重力，辅助向心轴承承受径向分力的方法来实现各个自由度上的平衡。

本实用新型的自适应转子重量的永磁推力轴承具有轴向推力大、结构简单、安装方便、自适应转子重量、不易失磁，不需要润滑和冷却等优点，尤其适合应用于需要大型推力轴承的场合。

附图说明

图1是本实用新型的自适应转子重量的永磁推力轴承的结构示意图；

图2的为图1的A-A剖视图；

图3～图6为本实用新型的定、转子永磁环的四种充磁方向示意图，以4环结构为例；

图7为本实用新型的永磁推力轴承的应用总装示意图；

图8为永磁推力轴承的自稳定工作区域示意图。

具体实施方式

参照图1、图2，本实用新型的自适应转子重量的永磁推力轴承，包括定子1、转子2以及辅助向心轴承5，定转子之间具有气隙3，定子1由n对叠装的交替充磁方向的永磁环1-1以及夹置在相邻永磁环之间的非导磁环1-2构成；转子2由m对叠装的交替充磁方向的永磁环2-1以及夹置在相邻永磁环之间的非导磁环2-2构成，n、m均为自然数，图1中定子永磁环的对数与转子永磁环的对数相等，图中4为转轴。