[发明专利]用于磁悬浮转子系统中的球轴承类型的辅助轴承

说明书

一种组件，包括旋转轴(104，114)，其相对于固定座(105，115)通过具有中间径向空气间隙的至少一个主动磁力轴承和包括同轴布置的第一和第二环形表面(124，123)的至少一个辅助轴承(118)来支撑，所述同轴布置的第一和第二环形表面(124，123)中的一个(124)与所述固定座(105，115)和所述旋转轴(104，114)中的一个限定了间隙(E2)，所述间隙(E2)比所述中间径向空气间隙小，并且所述同轴布置的第一和第二环形表面(124，123)的另一个(123)与所述固定座(105，115)和所述旋转轴(104，114)的另一个构造为一体。辅助轴承(118)包括相对彼此具有偏移量的第一球轴承和第二球轴承以增加启动转矩。

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮转子系统中的球轴承类型的辅助轴承和结合该辅助轴承的磁悬浮。

背景技术

磁力轴承的运转避免了机械摩擦，但是需要持续地提供电力。一旦电力中断，轴需要通过所谓的辅助轴承来支撑，其也叫着陆轴承、紧急轴承或者后备轴承。

配备有主动磁力轴承的旋转机械包括机械辅助轴承，其在磁力轴承中的一个过载或者电子或电控线圈故障或者其他导致故障或者悬架过载的事件时工作。

辅助装置提供了机械的冗余量，并且需要被正确地定义和标注尺寸以便完全保证机器不会被损坏，并且一旦过载或者伺服控制故障消失，设备可以立即恢复。

一般采用干式润滑或者套筒套组合(光滑环)的滚动元件轴承可以用于构造辅助轴承。但是具有平滑表面的辅助滑动轴承，特别是利用套筒套组合的辅助轴承具有多个缺点。尤其是套筒具有明显不足的承载能力并且无法应对高滑动速度。因此，在比如“油和气”领域中应用的辅助轴承一般是球轴承类型。

这样，旋转机械的重量和转动载荷可以通过主动磁力轴承(AMB)的磁场来支撑。主动磁力轴承装配有辅助轴承，其在机器的等待期不得不支撑转子，并且一旦主动磁力轴承故障也能够抓住转子。

辅助轴承包括高精度机械轴承，其在轴向和径向方向被“柔和地”预加负荷。

着陆轴承布置的传统设计是由成对布置的并且在轴向上预加负荷以增加转矩的一组角接触球轴承或深沟球轴承组成。

附图6图示一种球轴承类型的传统辅助轴承18，包括一对滚动元件3、13，每组滚动元件3、13位于定子笼1、11和转子笼2、12之间。转子笼2、12与绕轴X-X′旋转的转子构件4构成一体，而在定子笼1、11和固定的定子构件5之间形成间隙。该间隙可以是例如介于0.2到0.3毫米之间，并且比相关的径向磁力轴承(未图示)的气体间隙小，其中气体间隙可以是例如介于0.4到0.6毫米之间。通常，辅助轴承的间隙大概是磁力轴承的气体间隙的一半。

一种球轴承类型的紧急轴承的例子在美国专利7217039B2中被公开。

图7图示了旋转机械的垂直支撑10的一个例子，包括至少一个主动磁力轴承17、位置传感器16和辅助轴承18，其可以结合如上文公开的图6的形式。旋转机械可以是例如压缩机。两个径向磁力轴承17可以位于压缩机的中心位置的每一侧。两个辅助轴承18可以位于压缩机的端部附近。在已知附图7的例子中，辅助轴承和机器的其他部分之间的间隙通过附图标记20来表示，并且位于转子笼2、12和转子4之间，同时定子笼1、11与固定的定子构件5构成一体。然而，该间隙可以位于定子笼1、11和固定的定子构件5之间，转子笼2、12可以与转子4构成一体，如附图6所示。

当转子4悬浮在主动磁力轴承中时，与机器，包括磁力轴承和辅助轴承，的过程气体中的冷却流相结合的通过转子的高速旋转而产生的气动力矩，迫使球轴承的内环旋转，如果球轴承阻力矩太小，则导致不可控和不期望的球轴承旋转。这种现象会产生滚珠的加速磨损，以派生出轴承座的预载的减小。