[发明专利]主被动磁气混合轴承

说明书

一种主被动磁气混合轴承，是由定子1、线圈4、永磁体5、气体箔片轴承13，加之辅助支承结构，即左绝缘衬垫2，右绝缘衬垫3所组成的混合轴承悬浮轴承。磁极9上缠绕有线圈，靠近中心位置的磁极间隙10处安装有永磁体5，永磁与电磁的磁路保持方向一致。气体箔片轴承13安装在由左绝缘衬垫2、右绝缘衬垫3、永磁体5所组成的轴承基座上，通过圆柱销8进行固定。主被动磁气混合轴承兼具了主动磁悬浮轴承、被动磁悬浮轴承以及箔片轴承的综合特点。永磁体8产生的磁场取代电磁铁的静态偏置磁场，从而显著降低功率放大器的功耗。转子低转速时，由永磁体8和电磁轴承提供负载，转子高转速时，由箔片轴承13和永磁体8提供负载，电磁轴承提供了额外的动态刚度和阻尼实现轴承承载力的调整以及稳定性的提高。

技术领域

本发明涉及一种主动控制轴承，具体涉及一种主被动磁气混合轴承。

背景技术

气体箔片轴承是以一种以环境气体作为润滑介质，由动压效应使转子悬浮于气膜上的流体膜润滑轴承。气体箔片轴承中的弹性支承结构通过弹性变形和库伦摩擦为轴承提供刚度和阻尼。非接触式润滑使得轴承可以在高温高速条件下长期稳定运行，延长了其使用寿命。但由于润滑介质粘性小，气体箔片轴承在设备启停阶段，承载能力不足，导致转子在低转速时与轴承发生干摩擦。

主动磁悬浮轴承是一种利用可控电磁力将转子悬浮的主动控制轴承。由传感器输出信号，借助电子控制系统，校正电磁铁的吸引力，稳定转子运行并达到一定的精度。主动磁悬浮轴承可以完全避免摩擦同时可以电子调节系统的动态刚度和阻尼。但材料的磁饱和以及发热会限制磁轴承的承载能力，高速运转时，主动磁悬浮轴承很容易受到转子弯曲或结构共振的影响从而引起系统不稳定。

被动磁悬浮轴承是一种利用磁场本身特性使转子悬浮的被动磁力轴承。被动磁悬浮可以采用吸力型和斥力型。根据磁环的磁化方向及相对位置的不同，被动磁悬浮轴承存在多种结构。但仅采用被动磁悬浮轴承是无法获得稳定平衡的，一般至少需要在一个方向上引入外力才能实现系统的稳定。

发明内容

本发明的目的在于提出一种结构紧凑、刚度阻尼可调、运行成本低廉的主被动磁气混合轴承。该轴承具备良好的运行特点，具备低速工作无摩擦、高速工作稳定性增强、持续工作能耗低的特点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：在主被动磁气混合轴承磁极9距离中心最远端缠绕有线圈4，组成主动磁悬浮轴承15。在磁极9靠近中心的间隙处10嵌入永磁铁4，组成被动磁悬浮轴承14。在被动磁悬浮轴承14和转子间的间隙处嵌入有气体箔片轴承13。一套完整的主被动磁气混合轴承包括有定子1、左绝缘衬垫2、右绝缘衬垫3、线圈4、永磁体5、波箔6以及顶箔7。

所述的主动磁悬浮轴承15由定子1、线圈4、左绝缘衬垫2和右绝缘衬垫3组成，左绝缘衬垫2和右绝缘衬垫3作为主动磁悬浮轴承15的绝缘体，同时构成线圈腔11。在组合完成的左绝缘衬垫2、右绝缘衬垫3和定子1的基础上，贯穿线圈腔11，在相应的磁极9 上缠绕有线圈4。

所述的被动磁悬浮轴承14由定子1、永磁体4、左绝缘衬垫2、右绝缘衬垫3组成，左绝缘衬垫2与右绝缘衬垫3沿周向方向，与定子共同形成了四个凹槽，用于安装并固定永磁体5。

所述的气体箔片轴承13由顶箔7和波箔6组成。左绝缘衬垫2、右绝缘衬垫3上设置有销钉孔12用于固定顶箔7和波箔6，通过圆柱销8将嵌套后的顶箔7和波箔6进行固定。定子1和永磁体5组合构成空气箔片轴承13的轴承座。

所述的主被动磁气混合轴承是一套并联结构的多类型混合轴承。

所述的左绝缘衬垫2右绝缘衬垫3的内、外圆直径均与定子2的内、外圆直径相同。

由于本发明采用了3D打印技术构造复杂的主被动磁气混合轴承结构骨架，将主动磁悬浮轴承15、被动磁悬浮轴承14、气体箔片轴承13组合成为一个兼具综合能力的主被动磁气混合轴承，其具备有以下优点：