磁力轴承系统技术方案

一种磁力轴承系统，利用与磁铁相互作用的导电线圈悬浮转子，并将转子定中在旋转轴线上，转子带有闭合线圈，转子的运动使线圈产生磁场，每个线圈暴露在两个磁铁同时发出的磁场中，当线圈横向偏离其预定路径时，线圈内部受各磁场的作用不等，这样，在线圈中产生大小不等方向相反的电动势，从而产生的电流，又由于磁场的存在对线圈施加一个作用力，趋于使其朝预定路径横向移动。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自动悬浮和自动定心的磁力轴承。磁力轴承不用润滑剂而是用磁场支撑轴和其它移动物体。静止和移动部件之间无实体接触，因而无摩擦、无磨损，也不需润滑。这样，减少了动力损耗，这种轴承具有永久性寿命。现有的磁力轴承技术需要复杂的电力系统以悬浮和定位转轴。且还采用了能量储存系统。这些部件需要一个浪费空间的外部装置，且轴承装置的费用非常高。由于这种磁力轴承既复杂又昂贵，所述它的应用受到限制。仅能用于少数几个专门领域，如空间卫星和半导体制造中所使用的涡轮分子真空泵中。在铁路工业中，已经提出利用相互作用的静止和移动磁力线圈来支撑轨道车辆。这方面有代表性的专利如下小波瓦尔等人的 3，470，828商顿等人的 3，768，417富士哇等人的 4，779，538福杰等人的 4，913，059可靠又便宜的磁力轴承的一种重要潜在应用是支撑储能飞轮，这种飞轮可以代替或者用作对电池的补充，通过磁力轴承的增强，这种飞轮用于车辆的重复制动，电动卡车和台式计算机电源。本专利技术的目的是提供一种简单、有效、可靠又便宜的磁力轴承装置。根据本专利技术，这种磁铁装置包括一组由磁性材料(即磁化的或能够被磁化的材料)组成的磁极。每个磁极具有发出磁场的磁极表面。有一物体，它包括一组由具有有限电感系数和有限导电系数(即非超导体)的导电材料构成的闭合线圈。该物体和磁铁装置可绕一旋转轴线相对旋转，使得线圈沿着一预定的环形路径相对于沿该预定路径分布的磁场运动并穿过该磁场。磁场是这样分布的，使线圈内部受磁力线作用，这样，当线圈处在其预定的环形路径上时，在线圈中产生大小相等方向相反的电动势，这样，线圈中无电流流过。磁铁装置的位置还应当是这样的，当线圈偏移其预定的路径时，磁铁装置能够使线圈内部受磁力线作用在线圈中产生大小不等而方向相反的电动势，这样，在线圈中产生电流。电流的方向是这样的，在有一个或多个磁场的情况下，该磁场对线圈作用一个力，趋于使线圈朝着预定的环形路径横向(轴向和/或径向)移动。在一个实施例中，每个磁铁装置设置在线圈的路径上形成一个磁场的位置，线圈有两瓣，以8字形关系电连接在一起，并沿相反方向偏置在预定路径两侧。根据本专利技术的第一实施例，磁铁装置产生第一和第二磁场，线圈设置在能同时暴露在这两个磁场中的位置。第一和第二磁场有方向相反的磁力线，这些磁场位于距旋转轴线不同距离的位置或相对于旋转轴线不同的轴向位置处。磁铁装置最好包括具有面向该路径的N极和S极的第一磁铁，和相对于第一磁铁而设置在线圈路径另一侧的第二磁铁。第二磁铁的N极面对第一磁铁的S极，第二磁铁的S极面对第一磁铁的N极。第一磁铁的N极和S极位于距旋转轴线不同距离的位置处。在其它实施例中，第一磁铁的N极和S极位于相对于旋转轴线不同的轴向位置处。相邻磁极最好间隔开一个O至2D的距离，沿平行于线圈的运动路径方向测得的磁极的尺寸约为0.5D-2D，其中“D”为沿平行于预定路径方向测得的线圈长度。磁铁装置最好是静止的，而携带线圈的物体最好是可运动的。L/R值近似于D/2V，其中R是线圈电阻，D是沿平行于该路径方向测得的线圈长度，L是线圈的自感系数，V是线圈的相对速度。线圈中的电流是可逆的，因此它也可沿第二反方向流动，又由于有磁场存在，它将趋于使线圈沿横向而背离预定路径的方向运动。然而，线圈在磁场中时，电流沿第一方向流动的时间要比第二方向流动的时间长。电流沿第一方向流动时，该线圈位于磁场中的纵向部分的长度大于沿第二方向流动时位于磁场中的纵向部分的长度，由此，第一方向电流所产生的作用于线圈的平均作用力大于第二方向电流所产生的平均作用力。在一种理想的形状中，每个线圈上具有一前边和一后边，两者连接在一起形成所述的线圈。线圈的相对运动穿过一磁场，包括(ⅰ)第一相位，当线圈的前边进入磁场而后边还未进入磁场时，该第一相位开始;(ⅱ)第二相位，当至少一部分线圈的内部处在磁场中，并且线圈的前、后边暴露其中的磁场强度基本相等时，该第二相位开始，该磁场强度范围为从零到一个限定值之间;(ⅲ)第三相位，当前边退出磁场而后边还处在磁场中时开始;(ⅳ)第四相位，在前、后边都退出磁场时开始。由于线圈的自感系数，在线圈中沿第一方向产生了自感电流，同时线圈内部至少一部分在磁场中，以影响线圈的横向位置，在整个线圈内部移出磁场之后，自感系数还可引起在线圈中沿相反方向流动的第二自感电流。而第二自感电流不在磁场中，因此，对线圈的横向位置不产生影响。根据线圈和磁铁的相对长度，在第二相位期间，线圈的前、后边可以都在磁场中，也可以都不在磁场中。线圈可以由多根并联、扭在一起和互相绝缘的导线组成。本专利技术的第一特征是，沿该路径布置的相邻磁铁装置具有不同的极性，以使线圈顺序暴露在不同极性的磁场中。沿该路径相邻磁铁装置是反向取向的，这样，沿该路径圆周方向相邻磁铁装置的磁场方向相反。第一和第二磁铁设置在线圈路径的相对的两侧并且互相面对面朝向该路径。这些反向磁铁中的第一磁铁的N极面对着第二磁铁的S极，第一磁铁的S极面对着第二磁铁的N极。本专利技术的其它特征涉及用来改变轴承系统刚性和/或相对磁铁移动物体位置的调节装置。具有这些特征的轴承称之为“半活动”轴承，这是由于他们同时包括具有恒定磁场的被动磁铁和活动线圈或磁铁，它们可改变线圈暴露其中的磁场强度。调节装置包括分离的电磁铁或装置以改变绕在轴承系统的永磁铁上的电磁线圈中的电流。通过均匀改变磁场强度，可以获得刚性调节，通过不均匀改变磁场强度，可以获得物体移动调节，因此在所有磁铁上的磁场强度是不等的。附图说明图1是本专利技术原理透视图;图2是装运行过程中其中一个线圈经过所碰到的磁场时运动简图;图3是径向发生偏移的线圈穿过两个相邻磁场时，线圈中电压变化曲线图;图4是径向发生偏移的线圈穿过两个相邻磁场时，线圈电流曲线图;图5是本专利技术一个最佳实施例的截面图，其中，旋转物体不论径向还是轴向都是对中的;图6是沿图5中6-6线的截面图，示出了径向轴承旋转盘的一个面;图7是沿图5中7-7线的截面图，示出了径向轴承磁铁的位置;图8是沿图5中8-8线的截面图，示出了轴向轴承中的磁铁;图9是图5的局部放大图，示出了位于磁铁和运动线圈之间的静止磁通量压缩环;图10A是图5的一种替换细部结构，示出一种改型的磁通量压缩元件;图10B是移动线圈中有铁芯的本专利技术一个实施例;图11、12和13是本专利技术的各种实施例，其中马蹄形磁铁气隙中设有静止线圈;图14是本专利技术的一个实施例，其中移动线圈与圆周间隔开的磁铁同时作用。图15是一个实施例，其中移动线圈仅与一个静止磁铁的磁场发生作用，产生定心力;图16和17是允许轴承刚性和/或旋转轴位置可调的本专利技术一个实施例的示意图。图16是轴承系统的正视图。图17是该装置的下部磁铁组件的顶视图;图18和19是旋转轴可以倾斜的一种实施例的简图。图19是该装置的仰视图。图18是沿图19中18-18线的截面示意图;图20是具有永久磁铁和单独的可控电磁铁的半活动轴承截面图;图21和22是沿图20中21-21和22-22线所取的实施例示意图。本专利技术的原理通过图1所示的非常简单的说明可以更清楚地理解。从图中可以看出，转子2绕竖直轴线A旋转，三个静止的永久磁铁4以相同的夹角绕着该轴线A布置，并取向成使它们的N、S极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁力轴承系统，包括：一个物体，包括多个由具有有限电感系数和有限导电系数的导电材料制成的闭合线圈；磁铁装置，包括多个由磁性材料形成的磁极，每个磁极有一个磁极表面，从该磁极表面发出磁场；所述物体和所述磁铁装置可绕一旋转轴线相对转 动，使每个线圈沿一条闭合的预定的环形路径相对于所述磁铁装置的所述磁场运动，并通过所述磁场；所述磁铁装置沿所述预定的环形路径设置，并排列成使所述磁极表面面对线圈的所述预定的环形路径，使沿着所述预定路径运动的线圈受磁通作用，该磁通在沿预定路 径运行的不同位置处，是不同的；所述磁极是这样定位的，（ａ）当所述线圈处在其预定的环形路径上时，每个所述线圈内部受磁通作用，在所述线圈中产生相等和方向相反的电动势，这样，在线圈中无明显的电流流动，以及（ｂ）当所述线圈偏离其预定的环形路径时 ，每个所述线圈内部受磁通作用，在线圈中产生大小不等和方向相反的电动势，这样，在线圈中，将产生明显的电流；该电流有第一方向，由于所述磁场的存在，该电流将产生一个施加在线圈上的作用力，趋于使线圈朝预定的环形路径移动。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫F平克顿，
申请(专利权)人：磁性支承技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]