自感應(yīng)磁軸承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自感應(yīng)磁軸承，它包括：至少一個磁對組件，磁對組件包括上永磁環(huán)、隔磁墊圈和下永磁環(huán)，隔磁墊圈設(shè)置在上永磁環(huán)和下永磁環(huán)之間以便其用于隔開上永磁環(huán)和下永磁環(huán)，上永磁環(huán)和下永磁環(huán)均軸向充磁，并且上永磁環(huán)和下永磁環(huán)分別與隔磁墊圈相接觸的一面為異性磁極；可徑向擺動的軸頸，軸頸內(nèi)用于可旋轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)軸，并且軸頸的外壁上設(shè)置有至少一個感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈和磁對組件一一對應(yīng)，感應(yīng)線圈放置在相對應(yīng)的上永磁環(huán)和下永磁環(huán)之間，軸頸下端與絕磁殼體之間的環(huán)形縫隙內(nèi)充滿磁流變液，電磁線圈與感應(yīng)線圈相聯(lián)通，電磁線圈放置在磁流變液內(nèi)。本發(fā)明無需主動控制，且無摩擦損耗、帶自感應(yīng)功能，確保了轉(zhuǎn)子在高速工況下高效、穩(wěn)定地工作。
【專利說明】自感應(yīng)磁軸承

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自感應(yīng)磁軸承，針對高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械(如離心機(jī)、渦輪機(jī)、儲能飛輪等)中關(guān)鍵零部件轉(zhuǎn)子，對其進(jìn)行徑向支承并提供阻尼的軸承裝置，屬于設(shè)備制造的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，為了確保軸系能穩(wěn)定、高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，在離心機(jī)、渦輪機(jī)、儲能飛輪等各種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，轉(zhuǎn)子的支承常采用各種低功耗的軸承，另一方面，為了確保轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還需要在軸系中弓I入阻尼裝置。
[0003]常用的軸承有一超導(dǎo)磁懸浮、電磁懸浮、永磁懸浮和機(jī)械軸承。電磁懸浮軸承雖然可以實現(xiàn)主動控制，但是制作成本較高、控制系統(tǒng)復(fù)雜，且其自身也需要供電；超導(dǎo)磁懸浮軸承不需要主動控制，但需要一套低溫的液態(tài)氮冷卻系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)的成本與體積；機(jī)械軸承的摩擦功耗較大；永磁軸承不需要主動控制，價格低廉，但永磁軸承不可能獲得全部6個自由度的穩(wěn)定懸浮。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種自感應(yīng)磁軸承，它無需主動控制，且無摩擦損耗、帶自感應(yīng)功能，確保了轉(zhuǎn)子在高速工況下高效、穩(wěn)定地工作，同時該軸承在與永磁軸承等無磨損被動軸承配合使用時可實現(xiàn)六個自由度“全懸浮”的目的。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:一種自感應(yīng)磁軸承，它包括:
至少一個磁對組件，所述磁對組件包括上永磁環(huán)、隔磁墊圈和下永磁環(huán)，隔磁墊圈設(shè)置在上永磁環(huán)和下永磁環(huán)之間以便其用于隔開上永磁環(huán)和下永磁環(huán)，上永磁環(huán)和下永磁環(huán)均軸向充磁，并且上永磁環(huán)和下永磁環(huán)分別與隔磁墊圈相接觸的一面為異性磁極；
可徑向擺動的軸頸，所述軸頸內(nèi)用于可旋轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)軸，并且軸頸的外壁上設(shè)置有至少一個感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈和磁對組件對應(yīng)，感應(yīng)線圈放置在相對應(yīng)的上永磁環(huán)和下永磁環(huán)之間，并且感應(yīng)線圈、上永磁環(huán)和下永磁環(huán)同軸布置，感應(yīng)線圈的外徑與上永磁環(huán)和下永磁環(huán)的內(nèi)徑相等。
[0006]本發(fā)明進(jìn)一步所要解決的技術(shù)問題是:使其具有阻尼能力，自感應(yīng)磁軸承還包括阻尼機(jī)構(gòu)，所述阻尼機(jī)構(gòu)包括磁流變液、絕磁殼體和電磁線圈，所述電磁線圈安裝在軸頸的端部上，并且電磁線圈和所述感應(yīng)線圈電性連接，所述的磁流變液容置在軸頸上安裝電磁線圈的端部與絕磁殼體之間所形成的容置空間內(nèi)。
[0007]進(jìn)一步，所述的絕磁殼體由不銹鋼或鋁合金材料制成。
[0008]進(jìn)一步為了實現(xiàn)軸頸只徑向擺動不轉(zhuǎn)動的目的，所述的軸頸的端部通過彈性軸與外部的固定支架相連接以實現(xiàn)軸頸的徑向擺動。
[0009]進(jìn)一步為了固定磁對組件，自感應(yīng)磁軸承還包括絕磁環(huán)，所述磁對組件安裝在絕磁環(huán)內(nèi)。
[0010]進(jìn)一步，所述的軸頸由不銹鋼材料制成。
[0011]采用了上述技術(shù)方案后，工作時，如果感應(yīng)線圈的幾何中心與上永磁環(huán)和下永磁環(huán)產(chǎn)生的磁場的幾何中心重合,感應(yīng)線圈內(nèi)的磁通量便沒有變化,其內(nèi)不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)線圈也不會受到洛倫茲力的作用；在轉(zhuǎn)子過臨界轉(zhuǎn)速時，即轉(zhuǎn)子的幾何中心與磁場的幾何中心發(fā)生偏移時，感應(yīng)線圈內(nèi)磁通量就會發(fā)生變化，感應(yīng)線圈內(nèi)便產(chǎn)生了感應(yīng)電流，因此會受到洛倫茲力的作用，此力與偏移方向相反，迫使轉(zhuǎn)子回到原來的位置，從而為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)提供了徑向支承；另一方面，感應(yīng)線圈與電磁線圈相連通，電磁線圈內(nèi)也會產(chǎn)生電流，并生成磁場，磁場的強(qiáng)弱取決于電流的大小(軸頸振幅的大小)，磁場可以改變磁力線圈與絕磁殼體之間磁流變液的剪切屈服強(qiáng)度，進(jìn)而改變液體的流動阻尼力，當(dāng)軸頸擺動時，可以通過擠壓磁流變液來達(dá)到耗散軸系多余能量的目的，為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供必要阻尼，本軸承將磁對組件固定，避免了上永磁環(huán)和下永磁環(huán)在高速轉(zhuǎn)動時，由離心力帶來的環(huán)向拉應(yīng)力作用而遭到損壞；各個零部件之間沒有接觸，故無摩擦損耗；本軸承采用軸對稱結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子只受到沿偏移方向相反的恢復(fù)力作用，而不會受到與偏移方向垂直的切向力的作用，綜上所述，裝置能確保轉(zhuǎn)子在高速工況下高效、穩(wěn)定地工作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的自感應(yīng)磁軸承的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0013]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0014]如圖1所示，一種自感應(yīng)磁軸承，它包括:
至少一個磁對組件，所述磁對組件包括上永磁環(huán)4、隔磁墊圈3和下永磁環(huán)2，隔磁墊圈3設(shè)置在上永磁環(huán)4和下永磁環(huán)2之間以便其用于隔開上永磁環(huán)4和下永磁環(huán)2，上永磁環(huán)4和下永磁環(huán)2均軸向充磁，并且上永磁環(huán)4和下永磁環(huán)2分別與隔磁墊圈3相接觸的一面為異性磁極；
可徑向擺動的軸頸6，軸頸6內(nèi)通過滾動軸承7可旋轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)軸8，并且軸頸6的外壁上設(shè)置有至少一個感應(yīng)線圈5，感應(yīng)線圈5和磁對組件——對應(yīng)，感應(yīng)線圈5放置在相對應(yīng)的上永磁環(huán)4和下永磁環(huán)2之間，并且感應(yīng)線圈5、上永磁環(huán)4和下永磁環(huán)2同軸布置，感應(yīng)線圈5的外徑與上永磁環(huán)4和下永磁環(huán)2的內(nèi)徑相等；其中，轉(zhuǎn)軸8為高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械上的轉(zhuǎn)子上零部件。
[0015]如圖1所示，自感應(yīng)磁軸承還包括阻尼機(jī)構(gòu),所述阻尼機(jī)構(gòu)包括磁流變液9、絕磁殼體10和電磁線圈11，電磁線圈11安裝在軸頸6的端部上，并且電磁線圈11和所述感應(yīng)線圈5電性連接，磁流變液9容置在軸頸6上安裝電磁線圈11的端部與絕磁殼體10之間所形成的容置空間內(nèi)。
[0016]絕磁殼體10由不銹鋼(牌號為lCrl8Ni9Ti)或鋁合金(牌號為2A13)材料制成，但不限于此。
[0017]軸頸6的端部通過彈性軸12與外部的固定支架相連接以實現(xiàn)軸頸6的徑向擺動。
[0018]如圖1所示，自感應(yīng)磁軸承還包括絕磁環(huán)I,磁對組件安裝在絕磁環(huán)I內(nèi)。
[0019]軸頸6由不銹鋼(牌號為lCrl8Ni9Ti)材料制成。
[0020]上永磁環(huán)4和下永磁環(huán)2的材料均為Nd-Fe-B，牌號MO。
[0021]感應(yīng)線圈5、電磁線圈11采用表面涂有絕緣漆的銅線圈繞制而成；
磁流變液9可以采購重慶儀表材料研究所研制的MRF — J型磁流變液或美國LORD公司生產(chǎn)的同類產(chǎn)品。
[0022]本發(fā)明還可以沿軸向增加磁對組件及絕磁環(huán)的數(shù)量，來提高徑向支承的剛度及阻尼能力。
[0023]本發(fā)明的工作原理如下:
工作時,如果感應(yīng)線圈5的幾何中心與上永磁環(huán)4和下永磁環(huán)2產(chǎn)生的磁場的幾何中心重合，感應(yīng)線圈5內(nèi)的磁通量便沒有變化，其內(nèi)不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)線圈5也不會受到洛倫茲力的作用；在轉(zhuǎn)子過臨界轉(zhuǎn)速時，即轉(zhuǎn)子的幾何中心與磁場的幾何中心發(fā)生偏移時，感應(yīng)線圈5內(nèi)磁通量就會發(fā)生變化，感應(yīng)線圈5內(nèi)便產(chǎn)生了感應(yīng)電流，因此會受到洛倫茲力的作用，此力與偏移方向相反，迫使轉(zhuǎn)子回到原來的位置，從而為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)提供了徑向支承；另一方面，感應(yīng)線圈5與電磁線圈11相連通，電磁線圈11內(nèi)也會產(chǎn)生電流，并生成磁場，磁場的強(qiáng)弱取決于電流的大小(軸頸6振幅的大小),磁場可以改變磁力線圈與絕磁殼體10之間磁流變液9的剪切屈服強(qiáng)度，進(jìn)而改變液體的流動阻尼力，當(dāng)軸頸6擺動時，可以通過擠壓磁流變液來達(dá)到耗散軸系多余能量的目的，為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供必要阻尼，本軸承將磁對組件固定，避免了上永磁環(huán)4和下永磁環(huán)2在高速轉(zhuǎn)動時，由離心力帶來的環(huán)向拉應(yīng)力作用而遭到損壞；各個零部件之間沒有接觸，故無摩擦損耗；本軸承采用軸對稱結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子只受到沿偏移方向相反的恢復(fù)力作用，而不會受到與偏移方向垂直的切向力的作用，綜上所述，裝置能確保轉(zhuǎn)子在高速工況下高效、穩(wěn)定地工作。
[0024]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自感應(yīng)磁軸承，其特征在于，它包括: 至少一個磁對組件，所述磁對組件包括上永磁環(huán)(4)、隔磁墊圈(3)和下永磁環(huán)(2)，隔磁墊圈(3)設(shè)置在上永磁環(huán)(4)和下永磁環(huán)(2)之間以便其用于隔開上永磁環(huán)(4)和下永磁環(huán)(2 )，上永磁環(huán)(4)和下永磁環(huán)(2 )均軸向充磁，并且上永磁環(huán)(4)和下永磁環(huán)(2 )分別與隔磁墊圈(3)相接觸的一面為異性磁極； 可徑向擺動的軸頸(6)，所述軸頸(6)內(nèi)用于可旋轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)軸(8)，并且軸頸(6)的外壁上設(shè)置有至少一個感應(yīng)線圈(5)，感應(yīng)線圈(5)和磁對組件——對應(yīng)，感應(yīng)線圈(5)放置在相對應(yīng)的上永磁環(huán)(4)和下永磁環(huán)(2)之間，并且感應(yīng)線圈(5)、上永磁環(huán)(4)和下永磁環(huán)(2)同軸布置，感應(yīng)線圈(5)的外徑與上永磁環(huán)(4)和下永磁環(huán)(2)的內(nèi)徑相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自感應(yīng)磁軸承，其特征在于:還包括阻尼機(jī)構(gòu)，所述阻尼機(jī)構(gòu)包括磁流變液(9 )、絕磁殼體(10 )和電磁線圈(11)，所述電磁線圈(11)安裝在軸頸(6 )的端部上，并且電磁線圈(11)和所述感應(yīng)線圈(5)電性連接，所述的磁流變液(9)容置在軸頸(6)上安裝電磁線圈(11)的端部與絕磁殼體(10)之間所形成的容置空間內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自感應(yīng)磁軸承，其特征在于:所述的絕磁殼體(10)由不銹鋼或鋁合金材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自感應(yīng)磁軸承，其特征在于:所述的軸頸(6)的端部通過彈性軸(12)與外部的固定支架相連接以實現(xiàn)軸頸(6)的徑向擺動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自感應(yīng)磁軸承，其特征在于:還包括絕磁環(huán)(I)，所述磁對組件安裝在絕磁環(huán)(I)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自感應(yīng)磁軸承，其特征在于:所述的軸頸(6)由不銹鋼材料制成。
【文檔編號】F16C32/04GK104454991SQ201410807582
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】王洪昌 申請人:江蘇理工學(xué)院