[发明专利]轴径向一体化磁悬浮轴承系统

说明书

技术领域

本发明属于磁悬浮轴承领域，具体涉及一种轴径向一体化磁悬浮轴承系统。

背景技术

由于软磁材料饱和程度的限制，磁轴承相对于机械轴承而言，其刚度较低，体积相对较大；受复杂的空间结构限制，磁轴承线圈、传感器等重要部件的维修和更换较为困难，因此提高磁悬浮轴承的空间利用率、缩短转子轴向长度和改善磁悬浮轴承的可靠性与维修性一直是磁悬浮轴承的重要研究目标。

通常，磁轴承本身的结构优化只是从部件层面上提高系统的空间利用率，而对磁轴承排列组合方式进行优化则意味着从系统层面来提高系统的集成化程度。

目前，系统层面的优化思路主要是在磁悬浮支承系统中使用多自由度轴承，由原先的“一个轴向轴承+两个径向轴承”的方式改为“一个轴向-径向轴承+一个径向轴承”或“两个轴向-径向轴承”的方式。然而，这种多自由度磁轴承的轴径向之间的耦合度太高，不利于提高控制特性，且存在维修性差的问题，因此实际应用较少。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术存在的不足，提供一种集成化程度高、维修性好的轴径向一体化磁悬浮轴承系统。

为实现上述目的，本发明所设计的轴径向一体化磁悬浮轴承系统包括转轴、控制所述转轴在径向两个方向的运动的径向磁轴承、控制所述转轴在轴向单一方向的运动的轴向磁轴承及辅助轴承，所述径向磁轴承、所述轴向磁轴承及所述辅助轴承同轴安装在所述转轴上，所述径向磁轴承、所述轴向磁轴承及所述辅助轴承依次穿套在所述转轴上连接的磁悬浮支撑对象的两侧并以所述磁悬浮支撑对象为对称中心对称设置。

作为优选方案，所述转轴为具有由所述径向磁轴承和所述轴向磁轴承的电磁需求确定的导磁特性的高强度合金钢制成。

作为优选方案，所述径向磁轴承为电磁轴承或者混合励磁轴承；所述轴向磁轴承为电磁轴承，或者串联式或第二气隙的混合励磁轴承。

作为优选方案，所述径向磁轴承包括径向轴承定子铁心、径向轴承转子铁心、径向轴承定子线圈及检测径向位移值的径向位移传感器，所述径向轴承定子铁心为具有8极、12极或者16极的环形导磁体，所述径向轴承定子铁心的每个磁极上对应绕制一个进行灌胶处理的所述径向轴承定子线圈，所述径向轴承转子铁心沿径向间隔同轴设置在所述径向轴承定子铁心内，所述径向轴承定子铁心、所述径向轴承转子铁心之间留有不超过1mm的径向磁轴承工作气隙。

作为优选方案，所述轴向磁轴承包括轴向轴承定子铁心、轴向轴承转子推力盘、轴向轴承定子线圈及检测所述轴向轴承定子铁心沿径向的位移值的轴向位移传感器，进行灌胶处理的所述轴向轴承定子线圈置于所述轴向轴承定子铁心的环形凹槽内，所述轴向轴承转子推力盘与所述轴向轴承定子铁心沿轴向间隔同轴设置，所述轴向轴承转子推力盘与所述轴向轴承定子铁心之间形成不超过2mm的轴向磁轴承工作气隙。

作为优选方案，径向磁轴承工作气隙取0.5mm，所述轴向磁轴承工作气隙取1.2mm。

作为优选方案，所述径向轴承定子铁心、所述径向轴承转子铁心为硅钢叠片结构，所述径向轴承转子铁心热套安装于所述转轴上；所述轴向轴承定子铁心、所述轴向轴承转子推力盘为高磁导率实心钢，且所述轴向轴承转子推力盘需要根据所述转轴的最高转速选取高强度合金钢，所述轴向轴承转子推力盘热套在所述转轴上。

作为优选方案，4个所述径向位移传感器均匀置于所述径向轴承转子铁心的四周；4个所述轴向位移传感器均布设置在轴向轴承定子铁心外围，所述轴向位移传感器的探头位于所述轴向轴承转子推力盘的阶梯处。

作为优选方案，所述轴向位移传感器与相邻的所述径向位移传感器间隔30°～60°放置。

作为优选方案，所述辅助轴承包括球轴承、轴承套及轴承座，所述轴承套设置在所述球轴承内且安装在所述转轴上，所述轴承座设置在所述球轴承外，所述轴承座嵌套阻尼合金材料。

本发明的有益效果是：本发明的轴径向一体化磁悬浮轴承系统具有以下优点：(1)轴向磁轴承被分割成两个部分，分别置于两个径向磁轴承的两端，极大的节省了整个磁悬浮系统的轴向长度，有利于磁轴承线圈等重要部件的维修和更换；(2)轴向磁轴承、径向磁轴承在结构上独立，磁场互不影响，因此无论从电磁设计还是控制的角度，都是解耦的；(3)辅助轴承可提供较大的轴径向载荷。

附图说明

图1为本发明优选实施例的轴径向一体化磁悬浮轴承系统的主视结构示意图。

图2为图1中的轴径向一体化磁悬浮轴承系统的径向磁轴承的周向截去四分之一圆心角所对应的部分后的立体结构示意图。