[发明专利]一种四自由度磁悬浮转筒

说明书

本发明提供一种四自由度磁悬浮转筒，包括螺纹轴、永磁径向轴承、轴承转接部件、外转筒、平动止推轴承、托盘；螺纹轴通过永磁径向轴承支撑于外转筒内壁，外转筒可相对螺纹轴转动，外转筒下部通过平动止推轴承支撑于托盘上；永磁径向轴承的内磁环通过轴承转接部件可沿螺纹轴上下移动，使内、外磁环的相对位置实现灵活调整；平动止推轴承在承受轴向力同时可实现径向水平位移，且平动范围大于等于永磁径向轴承的内磁环与外磁环的间隙范围，使外转筒可实现稳定悬浮与旋转，不受平动止推轴承径向约束。这种新的磁悬浮转筒安装更方便，降低了加工精度，承载力大，能适应各种转速工况，适用于需要径向无接触、无润滑、高速及无源环境的旋转机械的支撑。

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮旋转装置,特别是一种四自由度磁悬浮转筒，适用于旋转机械需要径向无接触、无润滑、无源的环境。

背景技术

在旋转机械技术领域，随着技术的发展，对轴承的旋转速度要求越来越高。传统机械轴承在高速运行下发热、磨损快、能量损耗大，不能更好的满足一些超高速运行设备的高转速要求，比如铀的同位素分离中所采用的离心式分离机，为提高单级分离功率，需要转子超临界转速运行。采用磁悬浮轴承代替传统机械轴承支撑高转速的旋转机械，能够实现转子与定子的无接触、无磨损、提高寿命、降低能耗、提高整机功率密度。但由于磁悬浮转子的稳定悬浮需要考虑永磁体磁场的非线性并满足Earnshaw定理，因此加工精度及安装精度要求高，现有的永磁悬浮转筒的内外磁环分别与转子及转筒固定连接，位置不能灵活调节，装配时如果发现内外磁环相对位置稍有不匹配，只能重新制作转子及磁环，这导致加工成本及废品率难以降低，并且因为现有的永磁悬浮转筒的内外磁环位置不能灵活调节，也难以实现转筒四自由度设计、安装和调试。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种四自由度磁悬浮转筒，这种新的磁悬浮转筒可以灵活调节内外磁环位置，尤其是在装配过程中可随时按照需要调节内外磁环位置，使安装更方便，降低了加工精度，同时可实现径向水平位移，并可实现大承载力，且能适应各种转速工况，安全稳定，特别适用于需要径向无接触、无润滑、无源环境的旋转机械的支撑。

一种四自由度磁悬浮转筒，其特征在于，包括螺纹轴、永磁径向轴承、轴承转接组件、外转筒、平动止推轴承、托盘；螺纹轴轴向贯穿外转筒，并通过永磁径向轴承支撑于外转筒内壁，外转筒可相对螺纹轴转动，外转筒下部通过平动止推轴承支撑于托盘上。

进一步地，螺纹轴两端设置有外螺纹；轴承转接组件包括上部内磁环转接件、上部外磁环转接件、下部内磁环转接件、下部外磁环转接件；永磁径向轴承包括上部永磁径向轴承和下部永磁径向轴承；上部永磁径向轴承由上部内磁环和上部外磁环组成，上部内磁环通过上部内磁环转接件螺接于螺纹轴上部，上部外磁环通过上部外磁环转接件固定于外转筒内壁上端；下部永磁径向轴承均由下部内磁环和下部外磁环组成，下部内磁环通过下部内磁环转接件螺接于螺纹轴下部，下部外磁环通过下部外磁环转接件固定于外转筒内壁下端。

采用轴承转接件固定永磁径向轴承的内、外磁环，改变了现有技术中内外磁环分别与转子及转筒固定连接的连接模式，通过与螺纹轴螺接的内磁环转接件使内磁环与螺纹轴之间为活动连接，通过旋转内磁环轴承转接件，可使内磁环沿螺纹轴轴向上下移动，以便于灵活调整内、外磁环的相对位置，尤其是在装配过程中可随时按照需要任意轻松调节和锁定永磁径向轴承的内、外磁环轴向位置。

进一步地，上部内磁环与上部外磁环相对设置且之间存在间隙，上部内磁环与上部外磁环的充磁方向相同；下部内磁环与下部外磁环相对设置且之间存在间隙，下部内磁环与下部外磁环的充磁方向相同。

进一步地，内、外磁环之间的间隙在外磁环外直径的5％以内。经过精确的计算及多次实验得到，内、外磁环之间的间隙最好在外磁环外直径的5％以内，此时径向轴承的刚度曲线接近线性，有利于永磁悬浮转筒稳定悬浮与转动。