抗偏心磁懸浮軸承的製作方法

2023-06-24 05:25:21

專利名稱：抗偏心磁懸浮軸承的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種抗偏心磁懸浮軸承，該磁懸浮軸承是在《均衡擠壓徑向懸浮環的磁懸浮軸承》的基礎上，利用對可移動永磁體位置的改變，改變對徑向懸浮環或軸向懸浮環 的擠壓力，實現軸承的高剛性徑向軸向全磁懸浮。屬於磁懸浮技術領域。
背景技術：
目前，我們從《均衡擠壓徑向懸浮環的磁懸浮軸》中得知，稀土材料永磁環可以通 過側面磁場相互擠壓實現徑向磁懸浮。但是磁環在受到均衡擠壓時，由於磁場強度有限，所 以主軸的有效載荷就會受到限制。載荷過大，主軸就會偏移。此時我們可以利用永磁抗偏 心可位移的磁環或磁塊，擠壓徑向或軸向懸浮環。以抵消懸浮軸的過大載荷；也可以利用電 磁鐵取得永磁環，用鐵環取代其中的徑向及軸向懸浮磁環，利用傳感器實時測量主軸的位 移參數，然後根據參數實時控制電磁鐵的功率，以抵消主軸受到過大的載荷。這樣懸浮軸的 徑向和軸向剛性就得到了有效的提高，穩定性、可靠性就會更高。

發明內容
本發明的原理是利用在永磁環側面相互擠壓實現永磁徑向懸浮，永磁環端面對稱 擠壓實現永磁軸向懸浮為基礎。再利用可移動永磁環(或永磁塊組)的徑向位移功能，改 變對徑向懸浮環的擠壓力，幫助實現徑向懸浮的抗偏心；再利用軸向擠壓永磁環的軸向位 移，改變對軸向懸浮環的軸向擠壓力，實現軸向懸浮的抗偏心，從而提高整個磁懸浮軸承的 徑向軸向懸浮剛性。本發明原理解決的問題所採用的技術方案是在軸承套的內側兩端固定兩個徑向 擠壓磁環，擠壓兩個安裝在主軸上的徑向懸浮環，實現永磁徑向懸浮；兩個徑向擠壓環的外 側固定兩組電磁鐵，每組電磁鐵由4個(或多個)電磁鐵組成，牽拉固定在主軸上的懸浮鐵 環，同時利用位移傳感器控制電磁鐵的功率，幫助主軸進一步實現徑向懸浮。軸承套中間固 定一個軸向擠壓環兩端分別與兩組磁環徑向軸向擠壓，實現軸向懸浮。另外在保留永磁軸向懸浮結構的同時，還可以再增加一組電磁軸向懸浮結構，就 是在懸浮軸上安裝一個懸浮鐵環，然後在軸向懸浮鐵環的兩側安裝電磁鐵組，從鐵環兩端 軸向牽拉鐵環，並且實時改變軸向吸引力，防止主軸軸向位移過大。在軸承套的內側兩端固定兩個徑向擠壓磁環，擠壓兩個安裝在主軸上的徑向懸浮 環，實現永磁徑向懸浮；兩個徑向擠壓環的外側固定兩個可徑向移動的抗偏心徑向擠壓環， 擠壓兩個徑向懸浮環。實現對徑向懸浮載荷的補償。兩個軸向擠壓磁環固定在軸承套的中 間，其中一個磁環是可以在控制下實現軸向位移。這樣可以改變對兩個對稱軸向懸浮環的 軸向擠壓力，實現防止主軸軸向位移的目的。軸承上需安裝主軸位移傳感器。其中兩個可徑向位移的永磁環可以被多個可進行徑向位移的磁瓦取代。由於磁懸浮軸承的主軸是懸浮於軸承內部，主軸受到三維空間內所有方向的力是 均衡的，這樣就能夠實現主軸懸浮。當主軸再次受到一個方向的力，這種平衡就會被打破。就會出現軸心偏移。過度軸心偏移就是導致設備無法使用。尤其是出現徑向偏移現象。在試驗中我們發現，磁環側向擠壓時，距離越近，擠壓力越大，在距離1. 5-4毫米 之間，存在一種擠壓力劇烈變化的現象。就是在距離2毫米以上，衰減明顯。而磁環側面距 離2毫米以內，磁環間擠壓力衰減不明顯。當懸浮環勉強依靠磁力懸浮之後，再加上一個輕 微的力，就能夠使這種懸浮平衡改變。此時我們在原有徑向懸浮的基礎上，再加上一個大直 徑磁環，其內側懸浮一個徑向磁環，其徑向邊緣間距大於已有徑向懸浮磁環組的間距，這樣 當主軸出現徑向位移時，抗偏心大環對抗偏心懸浮環偏移靠近部分的擠壓力就會增加，而 遠離一側的擠壓力就會減少。這樣就可以抵消主軸的過大徑向載荷。


圖1是本發明的電磁、永磁混合抗偏心磁懸浮軸承的徑向剖面構造圖。圖2是本發明的電磁、永磁混合式磁懸浮軸承中環形電磁鐵的軸向排列視圖。圖3是本發明的只有永磁輔助徑向懸浮式混合式磁懸浮軸承的圖4是本發明的永磁抗偏心磁懸浮軸承的徑向剖面構造圖。圖5是圖4中可徑向位移擠壓環與徑向懸浮磁環的徑向剖面構造圖。圖6是圖4中可徑向位移擠壓環與徑向懸浮磁環的軸向視圖。圖7是可徑向位移磁瓦組成磁環的軸向視圖。圖8是鐵塊和不封閉永磁環共同組成抗偏心磁環結構的軸向視圖。圖9是同側徑向懸浮環固定且內徑不等的永磁抗偏心磁懸浮軸承的徑向剖面構 造圖。下面結合附圖對本發明做進一步說明。圖1中，主軸1，軸承套2，徑向懸浮鐵環3，電磁鐵組4，徑向懸浮磁環3a，永磁徑向 擠壓環4a，大軸向懸浮磁環5，小軸向懸浮磁環6，固定在軸承套上的軸向擠壓磁環7，不導 磁的環8等。安裝在軸承套2兩端的電磁鐵組4通過吸引力，對安裝在主軸1上的懸浮鐵 環3實施均衡牽拉，使鐵環3處於徑向懸浮狀態。安裝在軸承套2上的永磁徑向擠壓環4a 通過側面磁場擠壓徑向懸浮環3a側面磁場，使徑向懸浮環3a處於徑向懸浮狀態，進一步提 高徑向懸浮穩定性。安裝在軸承套2中間的軸向擠壓環7兩側對稱擠壓由大軸向懸浮環5 和小軸向懸浮環6組成的磁環組，使磁環組處於軸向懸浮狀態。徑向懸浮環和軸向懸浮環 全部安裝在主軸上，使主軸完全懸浮起來。徑向懸浮環和軸向懸浮環通過不導磁的環8隔 開。電磁鐵組4對鐵環3的牽拉力隨位移傳感器參數的變化而變化。圖2是圖1中電磁鐵組4的軸向排列視圖。其中四個電磁鐵4均衡的排列，用於 徑向牽拉圖1中鐵環3的側面，增加主軸1的徑向懸浮剛性。同時在電磁鐵4中還可以安 裝位移傳感器9，不間斷調整每個電磁鐵的功率。圖3中，徑向永磁、電磁懸浮結構與圖1相同。兩個軸向懸浮鐵環5安裝在主軸上， 軸向懸浮在兩個電磁鐵6的兩側，通過電磁鐵6對兩個鐵環5的吸引力，實現主軸的軸向懸 浮。為了增加軸向懸浮力，還可以在主軸1上再安裝兩個均衡永磁軸向懸浮環，再在軸承套 2上固定一個永磁軸向擠壓環，幫助主軸實現軸向懸浮抗偏心。
圖4是本發明的徑向和軸向抗偏心磁懸浮軸承的徑向剖面構造圖。其中，主軸1， 軸承套2，徑向抗偏心懸浮磁環3，徑向抗偏心擠壓磁環4，徑向懸浮磁環3a，徑向擠壓磁環4a，軸向懸浮磁環5，固定軸向擠壓磁環6，可軸向移動的軸向擠壓磁環6a，不電磁的環7。在軸承套2兩端的固定兩個徑向擠壓環4a，對安裝在主軸上的兩個徑向懸浮環3a的側面進行 徑向擠壓；在兩個徑向擠壓環4a的外側還安裝了可徑向移動磁環4，擠壓兩個抗偏心徑向 懸浮環3。其中徑向移動磁環4的內徑對於徑向擠壓環4a的內徑，這樣在徑向位移時，可以 使徑向抗偏心磁環3的一側受力較大，以抵消主軸受到的過大徑向載荷。安裝在軸承套2 上的固定永磁軸向擠壓環6和可軸向移動的軸向擠壓環6a對兩個對稱軸向懸浮環5進行 軸向擠壓。此時可以通過改變軸向擠壓環6a的位置，來調整主軸的軸向懸浮位移，實現主 軸的軸向抗偏心。主軸位移傳感器安裝的位置不限。圖5是圖4中可徑向位移擠壓環與徑向懸浮磁環的徑向剖面構造圖。其中在軸承 處於臥式靜止狀態下，可徑向移動的徑向擠壓磁環4可以固定不動。圖6是圖4中可徑向位移擠壓環與徑向懸浮磁環的軸向視圖。圖7是可徑向位移磁瓦組成磁環的軸向視圖。其中磁瓦1、2、3、4均可以實現可控 徑向移動。圖8是鐵塊和不封閉永磁環共同組成抗偏心磁環結構的軸向視圖。其中鐵塊1可 以由電磁鐵取代，也可以由小磁塊取代，只要不封閉磁環2對懸浮環的徑向擠壓力與鐵塊 的合力能夠抵消懸浮軸的重力。或者是不封閉磁環2的懸浮力能夠抵消主軸重力加上上面 小磁塊的壓力，使得主軸懸浮更加穩定。圖9中，兩個抗偏心徑向擠壓磁環4固定在軸承套2的兩端，擠壓兩個固定在主軸 1上的抗偏心徑向懸浮磁環3，兩個徑向擠壓磁環4a固定在磁環4的內測，擠壓固定在主軸 1上的兩個徑向懸浮環3a。在相對穩定狀態下，主軸會懸浮於徑向擠壓磁環4a中心偏下的 位置。當受到超大徑向力時，磁環就會出現徑向偏移。此時抗偏心徑向懸浮磁環3的一邊 就會接近大直徑抗偏心徑向擠壓磁環4內側，而另外一邊就會遠離徑抗偏心徑向擠壓磁環 4內側，這樣就可以在實現徑向懸浮時，又可以防止懸浮軸的徑向偏心。兩個軸向擠壓環6 安裝在軸承套2的中間，分別擠壓固定在主軸1上的軸向懸浮環5，實現主軸的軸向懸浮。由於磁環側向擠壓時，距離越近，擠壓力越大，但是在距離2毫米附件存在一種擠 壓力劇烈變化的現象。就是在距離2毫米以上，距離越大，衰減明顯。而兩磁環側面距離 1. 5毫米以內，磁環間擠壓力衰減不明顯。當懸浮環勉強依靠磁力懸浮之後，再加上一個輕 微的力，就能夠使這種懸浮平衡改變。就會出現徑向力剛性不夠的現象。此時我們在其徑 向位置改變時，在其外側再附加一個徑向擠壓力，這種由大磁環4產生的徑向擠壓力，在懸 浮環3出現徑向偏移時，就會對靠近一邊的擠壓力增大，而遠離一邊的擠壓力明顯減小。這 樣就可以抵消過大徑向載荷，防止懸浮軸出現過度徑向偏心。而且不需要複雜的數字控制 系統，加工簡便，適宜大規模產業化生產。在上述設計中，可以在磁環的擠壓面和非擠壓面上開凹槽，所開的凹槽形狀不限， 凹槽可以是連續的環形，也可以是不連續的槽，或者是未穿透的孔。也可以在磁環非擠壓面 上加工一些突起，這些突起可以是環形連續的，也可以是不連續的環形，其形狀不限。其用 途可以是起到固定作用，也可以起到增加擠壓面表磁的作用。在上述設計中，在磁環上對稱、少量開孔，不會影響磁環的表磁。所以可以通過對 磁環實施穿孔優化，可以降低軸承的重量，節約資源。上述設計中的磁環的擠壓面和非擠壓 面邊緣可以倒角，也可以不倒角。
在上述設計中，磁環可以是整體磁環，也可以是由磁瓦拼接而成的磁環。拼接磁瓦 之間可以有間隙，也可以沒有間隙。磁瓦上也可以有凸起、凹槽和穿孔。在上述設計中，徑向擠壓環和徑向懸浮環的擠壓面可以平行於主軸，也可以是不 平行於主軸的錐面。在上述永磁懸浮結構中，徑向懸浮、 軸向懸浮結構可以根據不同需要進行任意排 列組合使用。另外鐵環與徑向擠壓永磁環之間要保持一定的距離或用阻磁材料隔開。上述軸承均可以從中間分開一段距離，在主軸中間或兩側安裝旋轉載體。除以上實施例外，本發明還有其他實施方式。凡採用等同替換、等效變形形成的電 磁、永磁混合式磁懸浮軸承，其技術方案均落在本發明的保護範圍內。
權利要求
一種抗偏心磁懸浮軸承，其特徵是安裝在軸承套2兩端的電磁鐵組4通過吸引力，對安裝在主軸1上的懸浮鐵環3實施均衡牽拉，使鐵環3處於徑向懸浮狀態。安裝在軸承套2上的永磁徑向擠壓環4a通過側面磁場擠壓徑向懸浮環3a側面磁場，使徑向懸浮環3a處於徑向懸浮狀態，進一步提高徑向懸浮穩定性。安裝在軸承套2中間的軸向擠壓環7兩側對稱擠壓由大軸向懸浮環5和小軸向懸浮環6組成的磁環組，使磁環組處於軸向懸浮狀態。徑向懸浮環和軸向懸浮環全部安裝在主軸上，使主軸完全懸浮起來。徑向懸浮環和軸向懸浮環通過不導磁的環8隔開。電磁鐵組4對鐵環3的牽拉力隨位移傳感器參數的變化而變化。
2.根據權利要求1所述的抗偏心磁懸浮軸承，其特徵是可以使用全永磁徑向抗偏心 結構取代電磁鐵與鐵環組成的徑向抗偏心結構。其中用內徑略大於徑向擠壓環內徑的磁環 取代電磁鐵，用永磁環取代鐵環。該大內徑抗偏心徑向擠壓環可以完全固定在軸承套上，也 可以安裝在可徑向移動裝置上，並且可以徑向移動。
3.根據權利要求1所述的抗偏心磁懸浮軸承，其特徵是可以用可徑向移動磁瓦取代 電磁鐵，但是每個永磁瓦都可以實現徑向移動。
4.根據權利要求1所述的抗偏心磁懸浮軸承，其特徵是固定在軸承套上的軸向擠壓 環可以是固定不動的，也可以是能夠軸向移動的。
5.根據權利要求1所述的抗偏心磁懸浮軸承，其特徵是磁環的擠壓面和非擠壓面都 可以存在凹槽。凹槽的形狀和深度不限，甚至可以是對稱穿透的孔。同時磁環的非擠壓面 是還可以安裝凸起，只要對稱和不影響旋轉，凸起的連續性和形狀不限。
6.根據權利要求1所述的抗偏心磁懸浮軸承，其特徵是用於徑向懸浮和軸向懸浮的 完整磁環都可以由磁瓦拼接而成，也可以是由大磁環套小磁環而成。
7.根據權利要求1所述的抗偏心磁懸浮軸承，其特徵是徑向懸浮和擠壓磁環的擠壓 面可以平行於主軸，也可以是不平行於主軸的錐形環。軸向懸浮用磁環其擠壓面邊緣可以 倒角。
8.根據權利要求1所述的抗偏心磁懸浮軸承，其特徵是以上所有設計均可以任意增 減組合使用。
全文摘要
本發明的抗偏心磁懸浮軸承是在永磁懸浮軸承基礎上加上的電磁抗偏心結構或永磁抗偏心懸浮結構，實現防止磁懸浮軸承主軸的出現過度徑向或軸向懸浮位移。
文檔編號F16C32/04GK101799045SQ20091002550
公開日2010年8月11日 申請日期2009年2月6日 優先權日2009年2月6日
發明者卓向東 申請人:卓向東