本发明专利技术公开了一种单自由度磁悬浮转子支撑系统及磁力轴承与减重方法。它是由电动机（５）左右两侧并与电动机定转子部保持良好同轴度的全永磁径向磁悬浮轴承或主被动混合型磁悬浮轴承或全永磁预应力磁悬浮轴及减重偏磁装置和径轴向气隙限位保护装置所组成。利用电动机所具有的轴向稳定力和磁力轴承具有的径向稳定力协同作用，使系统当中的旋转部被约束在一种只能作切向定轴旋转的单自由度磁力悬浮状态。所述全永磁径向磁悬浮轴承（６、７）是将经过轴向充磁并具有磁极极面相等而体积和磁吸力大小不同并各自带有外部导磁轭的两个环形永磁体分别设置在电动机（５）的定转子部上和通过轴向气隙保持两侧界面的高度对称与相互吸引而成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种单自由度磁悬浮转子支撑系统，尤其是涉及到一种可以不采用反馈控制技术的自稳定单自由度磁悬浮转子支撑系统。本专利技术还涉及组成单自由度磁悬浮转 子支撑系统的磁悬浮轴承装置，包括全永磁径向磁悬浮轴承、全永磁预应力磁悬浮轴和主 被动混合型磁悬浮轴承以及电动机和发电机的设置方法。本专利技术还涉及减少旋转体对磁悬 浮轴承重力危害的减重偏磁装置及设置方法。本专利技术还涉及单自由度磁悬浮转子支撑系统 当中，磁悬浮轴承的径轴向气隙限位保护装置。本专利技术还涉及对气隙两侧体积与磁吸力大 小不同永磁体之间的配置方法及多个环形永磁体动定子的组合方法。
技术介绍
在现有技术的磁悬浮转子支撑系统当中，所用的磁悬浮轴承可分为电磁和永磁两 个基本类型。电磁型磁悬浮轴承，由转子轴杆通过气隙与转子轴杆外围的多个向心型设置 的电磁铁所组成。这种电磁型磁悬浮轴承，必须有位置检测器的参与和通过一套复杂的电 子控制系统才能维持转子的悬浮运行。其存在结构复杂和稳定性较差的缺陷。这是因为无 论在转子轴杆的外围增加多少个向心型电磁铁，也不能够使转子轴杆获得在任意方向上的 自动调心功能，同时，在反馈控制系统当中的信号输入与输出及执行调整过程中存在的"实 时性"和"准确性"之间的矛盾更无法解决。直接导致现有技术电磁型磁悬浮轴承的"实用 性"降低。永磁型磁悬浮轴承，虽然，不需要复杂的控制系统就可以实现自我悬浮，但其有效 承载能力却十分有限。这是因为永磁型磁悬浮轴承的磁力不能随机调节和其应有的悬浮 承载力大部分要被旋转体本身重力相抵消的结果。另外，现有技术当中的永磁体在非工作 气隙侧存在着大量的漏磁场，也降低了永磁体磁能的有效利用。同时，在现有技术的永磁磁 悬浮轴承当中，对动定部之间采用永磁体体积平均分配的方式，也不利于提高永磁磁悬浮 轴承的有效承载。如果，在减轻转子重量和消除了永磁体非工作气隙漏磁场的同时，能有一 种方法可以解决旋转体本身对磁悬浮轴承的重力危害，必将使磁悬浮轴承的有效承载力和 稳定性大大提高。
技术实现思路
本专利技术就是要提供一种结构简单且不需要位置检测器和反馈控制技术就能够使 旋转体获得稳定悬浮运行的单自由度磁悬浮转子支撑系统以及组成该系统的全永磁径向 磁悬浮轴承或主被动混合型磁悬浮轴承或全永磁预应力磁悬浮轴和消除旋转体重力影响 的减重偏磁装置与径轴向气隙限位保护装置与最大限度地减轻磁悬浮轴承动子部重量的 设置方法。 作为实现本专利技术的基本构思是单自由度磁悬浮转子支撑系统由电动机或发电机 与设置在电动机或发电机定转子上下部或左右两侧并与电动机或发电机定转子部保持良 好同轴度的全永磁径向磁悬浮轴承或主被动混合型磁悬浮轴承或全永磁预应力磁悬浮轴 所组成。利用电动机或发电机所具有的轴向稳定力和径向磁悬浮轴承所具有的径向稳定力，使本系统中的旋转部被约束在一种只能作切向定轴旋转的单自由度悬浮状态。在本系统当中所称的旋转部是指电动机或发电机的转子部和设置在转子部上的径向磁悬浮轴承当中的永磁体及外围磁軛与减重偏磁装置的动子部和径轴向气隙保护装置当中的动子部。所述旋转体的承托部是指电动机或发电机的定子部和设置在定子部上的径向磁悬浮轴承当中的永磁体及外围磁軛与减重偏磁装置的定子部和径轴向气隙保护装置当中的静子部以及外围固定连接装置的机壳、机座或安装支撑体等。在本专利技术的单自由度磁悬浮转子支撑系统当中，旋转部对磁悬浮轴承所产生的重力危害，可根据电动机或发电机垂直使用或水平使用方式的不同，选择相应的减重偏磁装置和最大限度的减少旋转体的重量来改善。即当确定了旋转体为水平状态使用时，即在旋转体两侧沿铅垂线上方的旋转体承托部上，设置具有径向开口的一段弧形磁轭或一段具有弧形极面的矩形磁轭(以下通称为弧形极面磁轭)和在弧形极面磁轭当中设置经过轮辐式径向充磁的弧形永磁体或经过径向平行充磁且具有弧形极面的矩形永磁体(以下通称为弧形极面永磁体)所构成的永磁定子部与设置在旋转体上并具有径向开口的圆环形磁轭及设置在圆环形磁轭当中并经过轮辐式径向充磁的圆环形永磁体所构成的永磁动子部。该永磁动子部和永磁定子部通过径向气隙相互对应在同一个宽度和旋转运行的圆周轨道上以及使两者之间的永磁体形成相互吸引的状态。在该减重偏磁装置当中，如果采用的电动机或发电机是外转子时，位于永磁定子部上的弧形极面磁轭为外向型开口以及使位于外向型弧形极面磁轭当中的弧形极面永磁体的形状与弧形极面磁轭的极槽相适应。在该减重偏磁装置当中，如果采用的电动机或发电机是内转子时，不仅可以采用使位于永磁定子部上的弧形极面磁轭为内向型开口以及使位于内向型弧形极面磁轭当中的弧形极面永磁体的形状与弧形极面磁轭的极槽相适应并固定于机壳内部的设置方式。还可以采用将具有弧形极面的矩形磁轭从机壳外部插入固定的方式。在该减重偏磁装置当中的永磁动子部也可以采用与气隙对侧的永磁定子部的弧形极面磁轭轴向宽度相等的圆环形软铁凸极所替代。在该减重偏磁装置当中的永磁动子部和永磁定子部也都可以采用不带外围磁軛的环形永磁体独立担任。在该减重偏磁装置当中的永磁定子部也可以采用与永磁动子部圆环形磁轭的轴向宽度相等的一段且具有弧形极面的软铁凸极所替代。永磁动子部也可以与铁磁材料的旋转体直接形成气隙配合。在上述的减重偏磁装置当中，由具有弧形极面的矩形磁轭段和在矩形磁轭段当中经过径向平行充磁且具有弧形极面的矩形永磁体段所组成的永磁定子部，也可以由经过径向平行充磁且具有平面磁极的矩形永磁体段及其相适应的外围磁軛组成的永磁定子部所替代，从而使永磁定子部和永磁动子部之间形成以点对面的不均匀气隙配合。当采用以点对面的配合方式时，还可以在永磁动子部的铅垂线下方增设一段与永磁动子部轴向结构相同的弧形永磁定子部，但下方弧形永磁定子部与永磁动子部要形成磁力的相斥状态以及使上下永磁定子部对旋转体的抬升力小于或等于旋转体的自重。在本专利技术的减重偏磁装置当中的动子部和定子部，还可以采用均不带左右两侧导磁軛的多个弧形段永磁体和多个环形永磁体所构成。即在动子部上设有两个或三个经过轮辐式径向充磁的环形永磁体和以轴向并列的方式紧密靠装在一起并在远离气隙一侧的两个径向磁极面之间由导磁軛一并覆盖后组成的多磁体永磁动子部，该多磁体永磁动子部当中各相邻的环形永磁体之间的磁场极性互为相反，当多磁体永磁动子部的环形永磁体有两个时，两个环形永磁体具有相等的径向磁极极面。当多磁体永磁动子部的环形永磁体为三个时，位于两侧的环形永磁体的径向磁极极面各占中间环形永磁体径向磁极极面的二分之一。同时，在多磁体永磁动子部通过径向气隙所对应的旋转体承托部上设置均不带外围磁軛的弧形段多磁体组成的多磁体永磁定子部，在弧形段多磁体永磁定子部当中的永磁体数量与径向气隙对侧的圆环形多磁体永磁动子部当中的数量相等，其磁通回路与轴向排列方式亦相同。不同的是当在弧形段多磁体永磁定子部当中使用具有弧形极面的矩形永磁体时。矩形永磁体的内部磁通是以径向平行穿越的充磁方法而得到。对于多磁体永磁动子部和多磁体永磁定子部之间的配合方式，还可以采用使径向气隙对侧的多磁体永磁定子部或多磁体永磁动子部成为气隙两侧具有相同轴向宽度的环形软铁凸极或弧形段软铁凸极的配合方式。当确定了旋转体为垂直状态使用时，即在旋转体承托部的一个向下面部位上，设置具有轴向开口的环本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单自由度磁悬浮转子支撑系统，由电动机或发电机与设置在电动机或发电机上下部或左右两侧并与电动机或发电机的定转子部保持着良好同轴度的全永磁径向磁悬浮轴承或主被动混合型磁悬浮轴承或全永磁预应力磁悬浮轴所组成。依靠电动机或发电机在定转子之间所具备的轴向稳定力与径向磁悬浮轴承所具有的径向稳定力协同作用，使构成磁悬浮转子支撑系统当中的旋转部被约束在一种只能做切向定轴旋转的单自由度悬浮状态。本专利技术所称的旋转部是指：构成单自由度磁悬浮转子支撑系统当中的电机转子部和可随电机的转子部一起旋转通的组合环形永磁体（未示）。在本装置当中，每个环形永磁体的非工作气隙侧均由软铁磁轭所包围和位于气隙两侧的永磁体磁极面及软铁磁轭磁极面之间都具有高度对称的关系。在本装置当中，体积较大的环形永磁体和体积较小的环形永磁体，分别位于电动机或发电机的定子部和转子部上，并以此来减少旋转体的重量，但此种分配方式在磁悬浮储能飞轮当中可以例外。的磁悬浮轴承当中的永磁体及其磁軛与减重偏磁装置的永磁动子部和径轴向气隙限位保护装置当中的动子部。本专利技术所称旋转体的承托部是指：构成自由度磁悬浮转子支撑系统当中的电机定子部和和与定子部固连的磁悬浮轴承当中的永磁体及其磁軛以及减重偏磁装置的定子部和径轴向气隙限位保护装置当中的定子部与磁悬浮转子支撑系统外围的固定连接装置。本专利技术所称的减重偏磁装置，是一种用来减少或避免旋转部对磁悬浮轴承所产生重力危害的装置。在实际应用当中，可根据电动机或发电机垂直使用或水平使用方式的不同，通过相应的减重偏磁装置和最大限度的减少旋转部的重量来实现其减重力效果。本专利技术所称的径轴向气隙限位保护装置是指：在电动机或发电机端盖的内侧或外侧与电动机或发电机的外转子空心静轴或内转子动轴之间设置的机械轴承，该机械轴承的外径与电机端盖之间采用紧密配合，而内径则与外转子电机的空心静轴或内转子电机的动轴形成气隙配合。该气隙配合的间隙以小于单自由度磁悬浮转子支撑系统所设计的径向气隙为标准。同时，还在该机械轴承与外转子电机空心静轴或内转子电机动轴上的轴肩挡块之间留有间隙。该间隙的大小以小于单自由度磁悬浮转子支撑系统所设计的轴向气隙为标准。在本装置当中的机械轴承，也可以采用将机械轴承的内径与外转子电机的空心静轴或内转子电机的动轴之间采用紧密配合，而在外径和电机端盖之间采用气隙配合以及在机械轴承两侧的电机端盖上设置间距大于机械轴承厚度的挡圈。使该机械轴承在径轴向的自由面上...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉宝，
申请(专利权)人：张玉宝，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]
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