超导体、永磁体及涡轮复合轴承制造技术

一种超导体、永磁体及涡轮复合轴承，由定子和转子组成。定子由圆筒形高温超导体、制冷剂容腔组件组成，高温超导体置于制冷剂中且被容腔组件固定。转子由分别用沿径向充磁和沿轴向充磁的圆环（筒）形永磁体、非磁性圆环、非磁性圆盘、圆环形导磁体、非磁性转轴及涡轮组成。定子高温超导体极力排斥转子永磁体发出的大部分磁力线，同时钉扎少部分磁力线，使转子悬浮。设置在转子两端的涡轮随着转子高速旋转，将所处环境的流体旋压入转子和定子之间的间隙，形成高压气垫或静液层，有力地遏制轴承运转的不稳定因素，提高轴承的悬浮力和运转刚度，从而提高运转精度和稳定性，增强轴承动载荷能力。满足高精度设备的需要。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种悬浮轴承，特别是一种超导体、永磁体及涡轮复合浮轴承。
技术介绍
磁悬浮轴承的转动套与固定套依靠磁力相对悬浮，因此工作时无摩损、 无噪声、无污染、不传递振动、免润滑、寿命长。磁悬浮轴承有电磁式、永磁式、电磁永磁组合式、永磁与高温超导体复 合式。相比较，永磁式悬浮轴承结构简单且成本低，但运转精度和稳定性差， 应用受到很大的限制。电磁式利用电流产生的磁力使轴承的内套与外套相对 悬浮，得配置一套复杂的电路控制系统才能使其内套运转达到满意的精度和 稳定性，还需要维护，使用成本高。电磁永磁组合式悬浮轴承也有同样的缺 陷。永磁与高温超导体复合式磁悬浮轴承，以永磁体作转子，高温超导体作 定子，利用高温超导体对永磁磁力线的排斥和钉扎特性实现悬浮和稳定，虽 然结构复杂，成本高，但是运转精度和稳定性较高，不需要复杂的电路控制 系统。能较好地满足飞轮储能装置、陀螺装置、磁浮车等高运行速度及高精 度要求的装置或设备的需要。然而，永磁与高温超导体复合式磁悬浮轴承的 零部件制造和装配误差不可避免，永磁体的磁场分布不匀称，高温超导体对永磁体产生磁拉力矩；这些均会影响运转精度和稳定性，因而轴承高速运转 时稳定性不可能足够高，同时会造成损耗。而且现有的永磁与高温超导体复 合式磁悬浮轴承的运转刚度还不够大。
技术实现思路
本技术将涡轮、永磁体及高温超导体创造性的优化结合，形成一种 新颖悬浮轴承，旨在提高永磁体与高温超导体复合式磁悬浮轴承的悬浮力和 运转刚度，从而提高运转精度和稳定性，增强轴承载荷能力。为高精度设备提供高精度和高稳定性的轴承。本技术通过下述技术方案实现。本技术由定子和转子组成。定子由圓筒形高温超导体、制冷剂、制 冷剂容腔组件组成，容腔组件用非〃磁性保温材料制作，高温超导体置于制冷 剂中且被容腔组件固定。本技术按转子与定子的装配位置的不同方式， 分为内转子式和外转子式，内转子式是定子包围着转子，外转子式是转子包 围定子。内转子式转子，转子由分别用沿径向充磁和沿轴向充磁的圓环形永 磁体、非磁性圓环、非磁性圓盘、圓环形导磁体、非磁性转轴及涡轮组成。 外转子式转子，转子由沿径向充磁的圓环形永磁体、沿轴向充磁的圆盘形永 磁体、导磁圆筒、导磁圆盘及涡轮组成。本技术圆筒形高温超导体的大 小及数量、沿经向充磁的圆环形永磁体及沿轴向充磁的圆盘形(或圆环形) 永磁体的大小及数量，根据对轴承轴向和径向承载力、轴承的尺寸大小要求 以确定。本技术的定子高温超导体和转子的永磁体在径向和轴向均隔一 间隙相对，涡轮设置在转子两端。在真空环境中，应用本技术不用配置 涡轮，成为永磁体与高温超导体复合悬浮轴承。本技术中，定子高温超导体极力排斥转子永磁体发出的大部分磁力线，在径向和轴向间隙挤压磁力线，从而使转子与定子相对悬浮；另一方面， 由于定子高温超导体的晶体缺陷造成的微小空隙，部分永磁力线趁机穿过微 小空隙，结果被钉扎在其中，被钉扎的磁力线使转子和定子获得了一定的保 持相对稳定力，即转子和定子沿径向、沿轴向相互移动受到牵制。这种牵制 使转子和定子相对稳定的同时，也提供了 一定的悬浮力。设置在转子两端的涡轮随着转子高速旋转，将所处环境的流体(不腐蚀 表面处理过的金属和永磁体的流体如空气、惰性气体、清淡水、液态油等) 旋压入转子和定子之间的间隙，形成高压气垫或静液层，有力地遏制轴承运 转的不稳定因素，提高永磁体与高温超导体复合式磁悬浮轴承的悬浮力和运 转刚度，从而提高运转精度和稳定性，增强轴承动载荷能力。为高精度设备提供高精度和高稳定性的轴承。这就是本技术的显著优点和有益的效果。附图说明图1为实施例一的结构示意图；图2为图1的A-A剖面图；图3为实施例二的结构示意图；图4为图3的B-B剖面图；图5为实施例三的结构示意图；图6为图5的C-C剖面图。具体实施方式下面结合实施例进一步对本技术说明。实施例一如图1图2示，本实施例的轴承由定子和转子组成。定子由 圆筒形高温超导体8和13、非磁性保温圆盘6和14、非磁性保温内壳1和 15及非磁性保温圓筒10组成一圆筒形高温超导体8和13沿轴向对接且固定 在非磁性保温圆筒IO的内圆，并用外圆上的径向凸起(见图2示)作周向定 位，非磁性保温圓盘6和14固定在圓筒形高温超导体8和13及非磁性保温 圆筒10的两端，非磁性保温内壳1和15分别固结在非磁性保温圆盘6和14 的中孔内壁，非磁性保温内壳15的最大外圓固结在非磁性保温内壳1的最大 内圓右端；制冷剂20是为圆筒形高温超导体8和13提供必须的低温环境， 制冷剂20充满定子内部所有间隙，制冷剂20由外置设备循环制冷。转子由 沿径向充磁的圆环形永磁体7、 9、 16,非磁性圓环4、 5、 11、 12、 17，非磁 性转轴2及涡轮3和18组成一在非磁性转轴2的最大外圓上固套导磁圓筒 19,在导磁圆筒19的外圓沿轴向相间固套圓环形永磁体7、 9、 16和非磁性 圆环4、 5、 12、 17,并要求圆环形永石兹体7、 9、 16的极性沿径向交替排列 在导磁圆筒19母线方向，在圆环形永磁体7、 9、 16的外圓固套非磁性圆环 11，在非磁性转轴2两端的最小外圓固套涡轮3和18，涡轮3的最大外圓不 与非磁性保温内壳1的最小内圆接触，涡轮18的最大外圆不与非磁性保温内如图l示，圆筒形高温超导体8和13排斥圓环形永磁体7、 9、 16发出的大部分磁力线，这些磁力线只能沿箭头所示的方向闭合，这样造成定子与转子相对悬浮，而少量磁力线，穿过圓筒形高温超导体8和13的结晶缺陷形 成的微小空隙被钉扎于其中(如图中不带箭头的闭合虚线所示)，从而产生部 分稳定力和悬浮力。应该指出，沿轴向在圓环形永磁体7、 9、 16之间间隔非磁性圓环4和 12，是为了选取圆环形永磁体7、 9、 16在轴向的间隔距离与它们的轴向(厚 度)尺寸的最佳比例，以获得最大悬浮力。涡轮3和18随着非磁性转轴2高速旋转，将所处环境的流体(不腐蚀表 面处理过的金属和永^磁体的流体如空气、惰性气体、清淡水、液态油等) 旋压入转子和定子之间的间隙，形成高压气垫或静液层，有力地遏制轴承运 转的不稳定因素，提高转子与定子相对悬浮力和轴承的运转刚度。实施例二如图3图4示，本实施例的轴承由定子和转子组成。定子组 成同实施例 一 的。转子由沿轴向充》兹的圆环形永磁体21和2 2 、非石兹性圓环 23、非磁性圆盘24和25、非磁性转轴2及涡轮3和18组成一圓环形永磁体 21固套在非磁性转轴2的最大外圆，非磁性圆环23固套在圆环形永磁体21 的外圆，圆环形永磁体22固套在非磁性圆环23的外圆，圆环形永磁体21 中的轴向磁力线方向与圓环形永磁体22的相反，非磁性圓盘24和25也固套 在非磁性转轴2的最大外圓，且它们的端面与圓环形永磁体21和22、非磁 性圆环23的断面相贴，涡轮3和18固套在非磁性转轴2两端的外圓。转子 的外轮廓与定子的内腔轮廓隔离 一 间隙相对应。本实施例转子与定子相对稳 定悬浮原理同实施例一的。优化设计圓环形永磁体21、圓环形永磁体22及 非磁性圆环23的径向厚度，能获得最大悬浮力。实施例三如图5至6示，实施例的轴承由定子和转子组成。定子由非 磁性转轴26、支架40、圓筒形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超导体、永磁体及涡轮复合轴承，其特征是：该轴承由定子和转子组成；定子由圆筒形高温超导体、制冷剂、制冷剂容腔组件组成，容腔组件用非磁性保温材料制作，高温超导体置于制冷剂中且被容腔组件固定；本实用新型按转子与定子的装配位置的不同方式，分为内转子式和外转子式，内转子式是定子包围着转子，外转子式是转子包围定子；内转子式转子，转子由分别用沿径向充磁和沿轴向充磁的圆环形永磁体、非磁性圆环、非磁性圆盘、圆环形导磁体、非磁性转轴及涡轮组成；外转子式转子，转子由沿径向充磁的圆环形永磁体、沿轴向充磁的圆盘形永磁体、导磁圆筒、导磁圆盘及涡轮组成；本实用新型圆筒形高温超导体的大小及数量、沿经向充磁的圆环形永磁体及沿轴向充磁的圆盘形或圆环形永磁体的大小及数量，根据对轴承轴向和径向承载力、轴承的尺寸大小要求以确定；本实用新型的定子高温超导体和转子的永磁体在径向和轴向均隔一间隙相对，涡轮设置在转子两端；在真空环境中，应用本实用新型不用配置涡轮，成为永磁体与高温超导体复合悬浮轴承。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新广，
申请(专利权)人：刘新广，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]