基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径轴一体磁悬浮轴承制造技术

本发明专利技术公开了一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径轴一体磁悬浮轴承，该正交磁路径轴一体磁悬浮轴承的径向磁轴承线圈安装在定子铁芯的定子齿组上，定子铁芯的外圆盘处安装有存在一定间隙的两个径向刚性导磁环，以防止永磁磁路短路；轴向磁轴承线圈位于转子轴的推力盘处，且轴向磁轴承线圈安装在两个导磁环形成的腔中；推力盘的两侧分别设有起到轴向自润滑的石墨环与辅助轴承骨架；在径向柔性导磁环的内环腔中设置径向辅助轴承骨架与石墨内凸环，起到径向自润滑。本发明专利技术采用轴向与径向电磁磁路，以及径向磁轴承与辅助轴承相结合为一体的技术手段，解决了传统磁轴承同轴度低的技术问题。

Orthogonal magnetic path axis integrated magnetic bearing based on symmetrical self lubricating flexible auxiliary bearing structure

The invention discloses an orthogonal magnetic path shaft bearing based on the symmetrical self lubricating flexible auxiliary bearing structure. The radial magnetic bearing coils of the magnetic bearings are installed on the stator teeth of the stator core, and there are two radial rigidity in the outer disk of the stator core. The magnetic loop is used to prevent the permanent magnetic circuit from short circuit; the axial magnetic bearing coil is located at the thrust disc of the rotor shaft, and the axial magnetic bearing coils are installed in the cavity formed by two magnetic rings; both sides of the thrust disc are equipped with the axial self lubricating graphite ring and the auxiliary bearing skeleton, and the diameter is set in the inner ring cavity of the path to the flexible magnetic ring. Radial self lubrication is applied to the auxiliary bearing skeleton and graphite inner convex ring. The invention adopts the axial and radial electromagnetic magnetic circuit, as well as the combination of radial magnetic bearing and auxiliary bearing, and solves the technical problem of low coaxiality of the traditional magnetic bearing.

【技术实现步骤摘要】
基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径轴一体磁悬浮轴承
本专利技术涉及磁悬浮轴承，更特别地说，是指一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径轴一体磁悬浮轴承。
技术介绍
磁悬浮轴承(MagneticBearing)是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。对于磁悬浮电机的结构请参考《ModelingandDesignof3-DOFMagneticBearingforHigh-SpeedMotorIncludingEddy-CurrentEffectsandLeakageEffects》，作者乐韵等，2016年6月第63卷第6期，公开在“IEEETRANSACTIONSONINDUSTRIALELECTRONICS”。此文献的图1介绍了一种典型的高速磁悬浮电机的总体结构，所述图1的右半部分中，由辅助轴承(Backupbearing)与径轴一体磁轴承(3-DOFMB)形成了所述高速磁悬浮电机的径向支撑部分。传统磁悬浮轴承和辅助轴承配合使用的缺点：1、由于磁悬浮轴承定子与辅助轴承分别固定在不同的零件上，使磁悬浮轴承定子与辅助轴承很难达到较高的同轴度要求，进而使磁间隙与辅助间隙不对称，从而使控制系统很难达到磁悬浮轴承的高精度控制。2、当高速磁悬浮转子失稳时将与辅助轴承发生激烈碰撞，由于传统机械轴承刚度较高且阻尼较低，机械轴承滚珠很容易受高频冲击变形而使辅助轴承“卡死”，进而使高速转子与辅助轴承内圈发生剧烈摩擦，大量的摩擦生热会使转子与辅助轴承融焊在一起，使高速磁悬浮电机报废。3、磁悬浮轴承与辅助轴承的配合使用使高速磁悬浮电机的轴向长度比传统机械轴承电机的长度很多(至少2倍左右)，进而降低了转子的刚性模态。
技术实现思路
为了提高高速磁悬浮电机的抗失稳能力和转子的刚性模态，以及提高控制系统对磁悬浮轴承的控制精度，本专利技术设计了一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径轴一体磁悬浮轴承。该磁悬浮轴承设有径向轴承部分和轴向轴承部分。本专利技术磁悬浮轴承一方面利用通电线圈产生电磁磁路，另一方面利用永磁体产生永磁磁路，并且电磁磁路与永磁磁路为空间正交分布。该永磁磁路经过柔性辅助轴承，将辅助轴承的结构作为磁轴承磁路的一部分，节省了磁悬浮轴承的空间，也使得磁轴承和辅助轴承的结构可以进行一体化设计，进而使磁悬浮电机整体结构变得更加紧凑，达到小尺寸设计。本专利技术是一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径轴一体磁悬浮轴承，其特征在于：该正交磁路径轴一体磁悬浮轴承是由A轴向导磁环(1A)、B轴向导磁环(1D)、A永磁体(1B)、A径向冲磁刚性导磁环(1C)、径向冲磁柔性导磁环(2A)、B永磁体(2B)、B径向冲磁刚性导磁环(2C)、A轴向辅助轴承骨架(3A)、B轴向辅助轴承骨架(3C)、A石墨外凸环(3B)、B石墨外凸环(3D)、径向冲磁轴承骨架(4A)、石墨内凸环(4B)、径向冲磁轴承挡环(4C)、径向磁轴承线圈组(5)、轴向磁轴承线圈(5A)和定子铁芯(8)组成；径向磁轴承线圈组(5)中的线圈和轴向磁轴承线圈(5A)为线径0.5mm的纯铜绕制；A轴向导磁环(1A)的中心设有用于转子轴(6)穿过的A中心通孔(1A-1)；A轴向导磁环(1A)的一端面为光滑面板，A轴向导磁环(1A)的另一端面上从内至外设有AA内圆环(1A2)、AA凹腔(1A3)、AA内凸圆台(1A5)、AB凹腔(1A4)、AA外圆环(1A1)，所述AB凹腔(1A4)用于放置轴向磁轴承线圈(5A)，所述AA凹腔(1A3)用于放置装配后的A轴向辅助轴承骨架(3A)与A石墨外凸环(3B)；B轴向导磁环(1D)的中心设有用于转子轴(6)穿过的O中心通孔(1D-1)；B轴向导磁环(1D)的一端面为光滑面板，B轴向导磁环(1D)的另一端面上从内至外设有BA内圆环(1D2)、BA凹腔(1D3)、BA内凸圆台(1D5)、BB凹腔(1D4)、BA外圆环(1D1)，所述BB凹腔(1D4)用于放置轴向磁轴承线圈(5A)，所述BA凹腔(1D3)用于放置装配后的B轴向辅助轴承骨架(3C)与B石墨外凸环(3D)；转子轴(6)的推力盘(61)是卡合在A轴向导磁环(1A)的AA内凸圆台(1A5)与B轴向导磁环(1D)的BA内凸圆台(1D5)之间的；径向冲磁柔性导磁环(2A)上设有外圆环(2A1)、内圆环(2A2)、多个三角形通孔(2A4)，三角形通孔(2A4)使外圆环(2A1)与内圆环(2A2)之间存在有连接的柔性臂(2A3)；多个三角形通孔(2A4)之间通过柔性臂(2A3)分开；径向冲磁柔性导磁环(2A)的中心设有用于转子轴(6)穿过的D中心通孔(2A-1)；径向冲磁柔性导磁环(2A)的一端面为光滑面板，径向冲磁柔性导磁环(2A)的另一端面上设有内凸圆台(2A5)，内凸圆台(2A5)上设有螺纹盲孔(2A51)，在内凸圆台(2A5)与内圆环(2A2)之间设有内环腔(2A6)；所述内环腔(2A6)内安装有石墨内凸环(4B)，径向冲磁轴承挡环(4C)通过螺钉固定在径向冲磁柔性导磁环(2A)的内凸圆台(2A5)上；A永磁体(1B)的中心设有用于转子轴(6)穿过的B中心通孔(1B-1)；B永磁体(2B)的中心设有用于转子轴(6)穿过的E中心通孔(2B-1)；A径向刚性导磁环(1C)的中心设有C中心通孔(1C-1)，A径向刚性导磁环(1C)的环体内侧设有A内挡环(1C1)；B径向刚性导磁环(2C)的中心设有F中心通孔(2C-1)，B径向刚性导磁环(2C)的环体内侧设有B内挡环(2C1)；A径向刚性导磁环(1C)的A内挡环(1C1)与B径向刚性导磁环(2C)的B内挡环(2C1)之间用于放置定子铁芯(8)的外圆盘(8A)；且A径向刚性导磁环(1C)与B径向刚性导磁环(2C)之间存在有A间隙(9)；A轴向辅助轴承骨架(3A)的中心设有G中心通孔(3A-1)；A轴向辅助轴承骨架(3A)的一端面为光滑面板，A轴向辅助轴承骨架(3A)的另一端面设有AA圆台(3A3)和AB圆台(3A4)；所述AA圆台(3A3)上按圆周均匀分布设有多个供AA石墨柱(3B1)穿过的AA通孔(3A1)；所述AB圆台(3A4)上按圆周均匀分布设有多个供AB石墨柱(3B2)穿过的AB通孔(3A2)；B轴向辅助轴承骨架(3C)的中心设有I中心通孔(3C-1)；B轴向辅助轴承骨架(3C)的一端面为光滑面板，B轴向辅助轴承骨架(3C)的另一端面设有BA圆台(3C3)和BB圆台(3C4)；所述BA圆台(3C3)上按圆周均匀分布设有多个供BA石墨柱(3D1)穿过的BA通孔(3C1)；所述BB圆台(3C4)上按圆周均匀分布设有多个供BB石墨柱(3D2)穿过的BB通孔(3C2)；A石墨外凸环(3B)的中心设有H中心通孔(3B-1)，H中心通孔(3B-1)用于转子轴(6)穿过；A石墨外凸环(3B)的一端面为光滑面板，A石墨外凸环(3B)的另一端面设有按圆周分布的AA石墨柱(3B1)和AB石墨柱(3B2)；所述AA石墨柱(3B1)安装在A轴向辅助轴承骨架(3A)的AA内圆台(3A3)的AA通孔(3A1)中；所述AB石墨柱(3B2)安装在A轴向辅助轴承骨架(3A)的AB外圆台(3A4)的AB通孔(3A2)中；B石墨外凸环(3D)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径轴一体磁悬浮轴承，其特征在于：该正交磁路径轴一体磁悬浮轴承是由A轴向导磁环(1A)、B轴向导磁环(1D)、A永磁体(1B)、A径向冲磁刚性导磁环(1C)、径向冲磁柔性导磁环(2A)、B永磁体(2B)、B径向冲磁刚性导磁环(2C)、A轴向辅助轴承骨架(3A)、B轴向辅助轴承骨架(3C)、A石墨外凸环(3B)、B石墨外凸环(3D)、径向冲磁轴承骨架(4A)、石墨内凸环(4B)、径向冲磁轴承挡环(4C)、径向磁轴承线圈组(5)、轴向磁轴承线圈(5A)和定子铁芯(8)组成；径向磁轴承线圈组(5)中的线圈和轴向磁轴承线圈(5A)为线径0.5mm的纯铜绕制；A轴向导磁环(1A)的中心设有用于转子轴(6)穿过的A中心通孔(1A‑1)；A轴向导磁环(1A)的一端面为光滑面板，A轴向导磁环(1A)的另一端面上从内至外设有AA内圆环(1A2)、AA凹腔(1A3)、AA内凸圆台(1A5)、AB凹腔(1A4)、AA外圆环(1A1)，所述AB凹腔(1A4)用于放置轴向磁轴承线圈(5A)，所述AA凹腔(1A3)用于放置装配后的A轴向辅助轴承骨架(3A)与A石墨外凸环(3B)；B轴向导磁环(1D)的中心设有用于转子轴(6)穿过的O中心通孔(1D‑1)；B轴向导磁环(1D)的一端面为光滑面板，B轴向导磁环(1D)的另一端面上从内至外设有BA内圆环(1D2)、BA凹腔(1D3)、BA内凸圆台(1D5)、BB凹腔(1D4)、BA外圆环(1D1)，所述BB凹腔(1D4)用于放置轴向磁轴承线圈(5A)，所述BA凹腔(1D3)用于放置装配后的B轴向辅助轴承骨架(3C)与B石墨外凸环(3D)；转子轴(6)的推力盘(61)是卡合在A轴向导磁环(1A)的AA内凸圆台(1A5)与B轴向导磁环(1D)的BA内凸圆台(1D5)之间的；径向冲磁柔性导磁环(2A)上设有外圆环(2A1)、内圆环(2A2)、多个三角形通孔(2A4)，三角形通孔(2A4)使外圆环(2A1)与内圆环(2A2)之间存在有连接的柔性臂(2A3)；多个三角形通孔(2A4)之间通过柔性臂(2A3)分开；径向冲磁柔性导磁环(2A)的中心设有用于转子轴(6)穿过的D中心通孔(2A‑1)；径向冲磁柔性导磁环(2A)的一端面为光滑面板，径向冲磁柔性导磁环(2A)的另一端面上设有内凸圆台(2A5)，内凸圆台(2A5)上设有螺纹盲孔(2A51)，在内凸圆台(2A5)与内圆环(2A2)之间设有内环腔(2A6)；所述内环腔(2A6)内安装有石墨内凸环(4B)，径向冲磁轴承挡环(4C)通过螺钉固定在径向冲磁柔性导磁环(2A)的内凸圆台(2A5)上；A永磁体(1B)的中心设有用于转子轴(6)穿过的B中心通孔(1B‑1)；B永磁体(2B)的中心设有用于转子轴(6)穿过的E中心通孔(2B‑1)；A径向刚性导磁环(1C)的中心设有C中心通孔(1C‑1)，A径向刚性导磁环(1C)的环体内侧设有A内挡环(1C1)；B径向刚性导磁环(2C)的中心设有F中心通孔(2C‑1)，B径向刚性导磁环(2C)的环体内侧设有B内挡环(2C1)；A径向刚性导磁环(1C)的A内挡环(1C1)与B径向刚性导磁环(2C)的B内挡环(2C1)之间用于放置定子铁芯(8)的外圆盘(8A)；且A径向刚性导磁环(1C)与B径向刚性导磁环(2C)之间存在有A间隙(9)；A轴向辅助轴承骨架(3A)的中心设有G中心通孔(3A‑1)；A轴向辅助轴承骨架(3A)的一端面为光滑面板，A轴向辅助轴承骨架(3A)的另一端面设有AA圆台(3A3)和AB圆台(3A4)；所述AA圆台(3A3)上按圆周均匀分布设有多个供AA石墨柱(3B1)穿过的AA通孔(3A1)；所述AB圆台(3A4)上按圆周均匀分布设有多个供AB石墨柱(3B2)穿过的AB通孔(3A2)；B轴向辅助轴承骨架(3C)的中心设有I中心通孔(3C‑1)；B轴向辅助轴承骨架(3C)的一端面为光滑面板，B轴向辅助轴承骨架(3C)的另一端面设有BA圆台(3C3)和BB圆台(3C4)；所述BA圆台(3C3)上按圆周均匀分布设有多个供BA石墨柱(3D1)穿过的BA通孔(3C1)；所述BB圆台(3C4)上按圆周均匀分布设有多个供BB石墨柱(3D2)穿过的BB通孔(3C2)；A石墨外凸环(3B)的中心设有H中心通孔(3B‑1)，H中心通孔(3B‑1)用于转子轴(6)穿过；A石墨外凸环(3B)的一端面为光滑面板，A石墨外凸环(3B)的另一端面设有按圆周分布的AA石墨柱(3B1)和AB石墨柱(3B2)；所述AA石墨柱(3B1)安装在A轴向辅助轴承骨架(3A)的AA内圆台(3A3)的AA通孔(3A1)中；所述AB石墨柱(3B2)安装在A轴向辅助轴承骨架(3A)的AB外圆台(3A4)的AB通孔(3A2)中；B石...

【技术特征摘要】
1.一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径轴一体磁悬浮轴承，其特征在于：该正交磁路径轴一体磁悬浮轴承是由A轴向导磁环(1A)、B轴向导磁环(1D)、A永磁体(1B)、A径向冲磁刚性导磁环(1C)、径向冲磁柔性导磁环(2A)、B永磁体(2B)、B径向冲磁刚性导磁环(2C)、A轴向辅助轴承骨架(3A)、B轴向辅助轴承骨架(3C)、A石墨外凸环(3B)、B石墨外凸环(3D)、径向冲磁轴承骨架(4A)、石墨内凸环(4B)、径向冲磁轴承挡环(4C)、径向磁轴承线圈组(5)、轴向磁轴承线圈(5A)和定子铁芯(8)组成；径向磁轴承线圈组(5)中的线圈和轴向磁轴承线圈(5A)为线径0.5mm的纯铜绕制；A轴向导磁环(1A)的中心设有用于转子轴(6)穿过的A中心通孔(1A-1)；A轴向导磁环(1A)的一端面为光滑面板，A轴向导磁环(1A)的另一端面上从内至外设有AA内圆环(1A2)、AA凹腔(1A3)、AA内凸圆台(1A5)、AB凹腔(1A4)、AA外圆环(1A1)，所述AB凹腔(1A4)用于放置轴向磁轴承线圈(5A)，所述AA凹腔(1A3)用于放置装配后的A轴向辅助轴承骨架(3A)与A石墨外凸环(3B)；B轴向导磁环(1D)的中心设有用于转子轴(6)穿过的O中心通孔(1D-1)；B轴向导磁环(1D)的一端面为光滑面板，B轴向导磁环(1D)的另一端面上从内至外设有BA内圆环(1D2)、BA凹腔(1D3)、BA内凸圆台(1D5)、BB凹腔(1D4)、BA外圆环(1D1)，所述BB凹腔(1D4)用于放置轴向磁轴承线圈(5A)，所述BA凹腔(1D3)用于放置装配后的B轴向辅助轴承骨架(3C)与B石墨外凸环(3D)；转子轴(6)的推力盘(61)是卡合在A轴向导磁环(1A)的AA内凸圆台(1A5)与B轴向导磁环(1D)的BA内凸圆台(1D5)之间的；径向冲磁柔性导磁环(2A)上设有外圆环(2A1)、内圆环(2A2)、多个三角形通孔(2A4)，三角形通孔(2A4)使外圆环(2A1)与内圆环(2A2)之间存在有连接的柔性臂(2A3)；多个三角形通孔(2A4)之间通过柔性臂(2A3)分开；径向冲磁柔性导磁环(2A)的中心设有用于转子轴(6)穿过的D中心通孔(2A-1)；径向冲磁柔性导磁环(2A)的一端面为光滑面板，径向冲磁柔性导磁环(2A)的另一端面上设有内凸圆台(2A5)，内凸圆台(2A5)上设有螺纹盲孔(2A51)，在内凸圆台(2A5)与内圆环(2A2)之间设有内环腔(2A6)；所述内环腔(2A6)内安装有石墨内凸环(4B)，径向冲磁轴承挡环(4C)通过螺钉固定在径向冲磁柔性导磁环(2A)的内凸圆台(2A5)上；A永磁体(1B)的中心设有用于转子轴(6)穿过的B中心通孔(1B-1)；B永磁体(2B)的中心设有用于转子轴(6)穿过的E中心通孔(2B-1)；A径向刚性导磁环(1C)的中心设有C中心通孔(1C-1)，A径向刚性导磁环(1C)的环体内侧设有A内挡环(1C1)；B径向刚性导磁环(2C)的中心设有F中心通孔(2C-1)，B径向刚性导磁环(2C)的环体内侧设有B内挡环(2C1)；A径向刚性导磁环(1C)的A内挡环(1C1)与B径向刚性导磁环(2C)的B内挡环(2C1)之间用于放置定子铁芯(8)的外圆盘(8A)；且A径向刚性导磁环(1C)与B径向刚性导磁环(2C)之间存在有A间隙(9)；A轴向辅助轴承骨架(3A)的中心设有G中心通孔(3A-1)；A轴向辅助轴承骨架(3A)的一端面为光滑面板，A轴向辅助轴承骨架(3A)的另一端面设有AA圆台(3A3)和AB圆台(3A4)；所述AA圆台(3A3)上按圆周均匀分布设有多个供AA石墨柱(3B1)穿过的AA通孔(3A1)；所述AB圆台(3A4)上按圆周均匀分布设有多个供AB石墨柱(3B2)穿过的AB通孔(3A2)；B轴向辅助轴承骨架(3C)的中心设有I中心通孔(3C-1)；B轴向辅助轴承骨架(3C)的一端面为光滑面板，B轴向辅助轴承骨架(3C)的另一端面设有BA圆台(3C3)和BB圆台(3C4)；所述BA圆台(3C3)上按圆周均匀分布设有多个供BA石墨柱(3D1)穿过的BA通孔(3C1)；所述BB圆台(3C4)上按圆周均匀分布设有多个供BB石墨柱(3D2)穿过的BB通孔(3C2)；A石墨外凸环(3B)的中心设有H中心通孔(3B-1)，H中心通孔(3B-1)用于转子轴(6)穿过；A石墨外凸环(3B)的一端面为光滑面板，A石墨外凸环(3B)的另一端面设有按圆周分布的AA石墨柱(3B1)和AB石墨柱(3B2)；所述AA石墨柱(3B1)安装在A轴向辅助轴承骨架(3A)的AA内圆台(3A3)的AA通孔(3A1)中；所述AB石墨柱(3B2)安装在A轴向辅助轴承骨架(3A)的AB外圆台(3A4)的AB通孔(3A2)中；B石墨外凸环(3D)的中心设有P中心通孔(3D-1)，P中心通孔(3D-1)用于转子轴(6)穿过；B石墨外凸环(3D)的一端面为光滑面板，B石墨外凸环(3D)的另一端面设有按圆周分布的BA石墨柱(3D1)和BB石墨柱(3D2)；所述BA石墨柱(3D1)安装在B轴向辅助轴承骨架(3C)的BA内圆台(3C3)的BA通孔(3C1)中；所述BB石墨柱(3C2)安装在B轴向辅助轴承骨架(3C)的BB外圆台(3C4)的BB通孔(3C2)中；径向冲磁轴承骨架(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坤，李腾，郑世强，韩邦成，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11