[发明专利]一种同极型气磁双场动压径向混合轴承

说明书

本发明公开了一种同极型气磁双场动压径向混合轴承，该轴承包括磁轴承定子、气体轴承定子、定子固定套、转子和带铁芯的电磁线圈。磁轴承定子中的多个定子分瓣借助定子固定套拼接形成空心圆柱，每个定子分瓣上开设有通槽，定子分瓣的内表面固定有向心凸台，向心凸台和通槽形成可以放置铁芯的通孔；气体轴承定子安装在磁轴承定子和转子之间，气体轴承定子的外表面为平面和弧面交替分布，平面处对应磁轴承定子内部组成的向心凸台和铁芯；气体轴承定子内表面开有多个模拟蜂鸟翅膀形状的凹槽。这样结合了同级型磁轴承和气体动压轴承的优点，明显提升轴承气隙内气膜的刚度，使轴承有更大的承载能力和更高的稳定性，并且便于制作和组装，适合推广使用。

技术领域

本发明涉及径向混合轴承领域，具体为一种同极型气磁双场动压径向混合轴承。

背景技术

动压气体轴承是一种以气体作为润滑介质的轴承，在工作时转子可以完全浮离于定子，具有高速、洁净、平滑、耐高温、耐低温、寿命长等显著优势。根据轴承面形状，还可以将动压气体轴承分类，常见的有铂片型、槽型、圆柱型、阶梯型等。其中槽型动压气体轴承是在气体轴承表面或轴的表面加工出许多槽，当轴承转子高速旋转时，轴承气隙内粘性气体高速流动，由于气体运动的流量守恒原理，气隙内各个槽台间的气体压力梯度反复的规律性变化，使槽台交界处的气体压力明显增大，增强轴承动压效果，从而使得槽型动压气体轴承较其他型动压气体轴承有更大的承载能力和更高的稳定性。然而，由于气体作为润滑介质粘性小，气体动压轴承在低速旋转或启停阶段，轴承气隙内不能形成足够的压力使转子悬浮，致使轴承转子与定子在低速及启停阶段发生干摩擦。气体轴承在高速工作过程中一旦因超负荷或其他原因，导致定子、转子接触，发生干摩擦，气体轴承将在极短时间内完全失去工作能力。此外，气体动压轴承的自激涡动不稳定性和低负载能力也限制了其实用性。

主动磁悬浮轴承是利用电磁场力将轴承转子无机械摩擦、无润滑介质地悬浮在特定空间中运动的一种有源型非接触式轴承。主动磁悬浮轴承系统包括定子铁芯、电磁线圈、功率放大器、控制器、传感器及转子。工作时，传感器检测转子速度及位置偏移，由控制器将转子偏离位移转换为控制信号，再由功率放大器将控制信号转换为控制电流，控制电流使电磁铁产生磁力从而使转子保持其悬浮位置不变。主动磁悬浮轴承按磁极排列方式可分为异极型和同极型，异极型较为常见；一般的混合型磁轴承也多为异极型，同极型较为少见，多用的异极型磁轴承 N 极与 S 极沿周向成对交叉排列。

当转子每转动一圈，转子表面同一位置将经历多次磁力线反向。虽然异极型磁轴承的定子与转子一般均采用叠片结构，但表面涡流和磁滞损耗仍然较大；且在组装焊接时容易出错，制作成本较高。

目前已有多种磁气混合轴承的现有技术，有磁轴承与铂片气体轴承混合的类型，有磁轴承与带槽气体轴承混合的类型，但现有技术的这几种类型混合轴承都有各自的局限。现有的磁轴承与带槽气体混合轴承技术一般都是将槽设置于转子外表面，磁轴承磁极与气体轴承在轴向方向上串联排列，这样的混合轴承类型要想保证磁轴承和气体轴承性能就必须加大混合轴承的轴向尺寸，导致轴承整体结构不够紧凑。现有的磁轴承与铂片气体混合轴承是一种综合性能较好的混合轴承类型，可以保证混合轴承整体的紧凑性，但铂片式气体轴承在承载能力、稳定性及高速性能方面均弱于带槽式气体轴承。

发明内容

本发明提供一种同极型气磁双场动压径向混合轴承，解决了现有磁轴承的结构不紧凑、承载力较小、稳定性较差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种同极型气磁双场动压径向混合轴承，包括同轴心且从外到内依次设置的定子固定套、磁轴承定子、气体轴承定子和转子，所述转子为空心的圆柱型，所述气体轴承定子套设在所述转子外部，所述气体轴承定子的结构为薄壁圆柱型，其外表面由四个平面和四个弧面交替组成，内表面上开设有N个呈蜂鸟羽毛形状的凹槽；