永磁能悬浮轴承制造技术

本实用新型专利技术提出的一种永磁能悬浮轴承，包括，一个非磁体轴承外圈和与旋转轴相配合的非磁体内圈，在所述非磁体轴承外圈上，嵌入有相向对称分布的径向永磁体磁极组，在跟随旋转轴一起转动的内圈上，制有沿整个圆周面环绕形成的环形外径凸台，凸台两侧设置有两个相互吸引的永磁体磁环；在外圈的内侧环面上制有环形内径凸台，其下方半圆环槽内嵌入有半圆永磁体磁环，在该环形内径凸台的上方两侧，设有两个相互吸引的永磁扇形磁体。本实用新型专利技术使旋转轴载荷力和上拉下顶的磁浮力形成的动态平衡力系。解决了大型设备高速旋转体轴承轴载荷力对轴承摩擦力发热耗量，需要冷却设备冷却，使用维护周期短等的难题。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种无机械接触的磁悬浮支撑永磁型磁浮轴承，更具体地说，本 技术涉及一种永磁能悬浮轴承。
技术介绍
现有的轴承由于承担了轴转动时的精确定位和轴载荷产生的全部作用力，使传统 的轴承使用时间长后，都会产生严重磨损，而必须更换。由于机械旋转体在转动时，轴载荷 对轴承会产生影响轴承使用寿命的摩擦力，要消耗轴转动的部分能量，尤其是卧式旋转设 备中高速运转的旋转轴自身重量，产生的单边径向作用力，加剧了滚珠轴承摩擦力对轴承 的磨损速度，导致转轴的动态性能以及刚度、阻尼和稳定性的失衡。甚至产生极高的温度， 轴承产生的摩擦力发热而消耗转轴的能量，进一步缩短了旋转体的使用寿命。特别是在大 型设备、发电机、高速旋转机械设备的转轴轴承，这种问题尤为突出，因此，现有技术不得不 配置结构复杂、体积庞大、价格昂贵的冷却循环系统来加以解决。随着旋转机械朝高转速、高精度和高柔性等多方向的发展，近年来有关磁力轴承 的研究成果及发展动向论述已成为专家们竞相研究的热门课题。2010年8月22日至25日， 在汉举行的，由武汉理工大学与西安交通大学共同主办，武汉理工大学校承办的“第十二届 国际磁悬浮轴承学术会议”，来自17个国家和地区的约130位代表出席了会议，来自英、美、 德、日、南非、瑞士、奥地利等国家和地区的近80名知名学者作了磁悬浮轴承的学术报告。现有技术中的特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中的悬浮轴承(Magnetic Bearing)，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。其原理是 磁感应线与磁浮线成垂直，轴芯与磁浮线是平行的，将转子的重量固定在运转的轨道上，利 用几乎是无负载的轴芯往反磁浮线方向顶撑，形成整个转子悬空在固定运转轨道上。但这 项技术并没有得到欧美国家的认可。例如山东科技大学磁悬浮研究中心研制的可用于高速 旋转机械、高速加工机床、超洁净环境、飞轮储能、风力发电机等的磁悬浮轴承电主轴，是一 种图6所示的在单个方向上五自由度的磁悬浮轴承结构。它是由设置在旋转体承托部上， 并具有轴向开口的环形凹槽及被该环形凹槽所界定出的内外环形磁軛和在环形凹槽内设 置的电磁线圈所构成具有环形凸极的初级铁心，与设置在旋转体上并具有轴向开口的环形 凹槽及被该环形凹槽所界定出的内外环形磁軛所构成具有浅槽型环形凸极的次级铁心所 组成。所构成的初级定子部和具有与初级定子部环形副磁极直径相等的旋转体心轴端，两 者通过气隙对正，并使其具有相互对称的齿槽极面，是用位移传感器检测转子的轴偏差信 号，并转换送入控制器，功率放大器控制电磁铁中的电流，产生的电磁力来保证转子稳定悬 浮于设定位置的。长期以来人们努力研究，投入了大量人力、物力研制的电磁型“磁悬浮轴承”，通常 都是由控制器、转子、电磁铁、传感器和功率放大器五部分组成磁悬浮轴承系统。其中最为 关键的控制器部件是决定整个磁悬浮轴承系统性能的核心。国内对磁悬浮轴承控制器的控 制规律研究起步较晚，当前使用较多的都是控制精度不是很高的常规PID和PD控制。由于每个系统都必须对应相应的Kp，K1, KD，调节起来很麻烦，使用很不方便。不能做成象“傻瓜 型设备”那样任何人都能很方便的使用产品。目前国内外集众多门学科于一体，号称最能体现机电一体化的磁悬浮轴承产品， 其磁悬浮的意义在事实上都是一种辅助功能，并非是独立的轴承形式。从整个装置结构上 看，不仅结构及其复杂，功耗大、成本高，体积大，互换性差，而且不同的磁悬浮轴承还必须 有相对应的控制器，还不能同时实现两个及两个以上自由度的控制，即便是数字化的控制 器，都难以实现复杂的控制。当前的各种“磁悬浮轴承”虽然都能在理论上利用“磁能”来对冲轴上的承载力， 使转轴在悬浮状态转动。但都不能解决应用简单、低成本、自适应控制和轴在转动时的精确 定位，并未起到实际的轴承作用。在各种技术方案中，采用多个向心设置的电磁铁和复杂的 反馈控制，都带有不同程度的技术缺陷，运行成本太高，悬浮4Kg的轴载荷，花费的成本高 达30余万，而且运行的成本也很高，实用磁悬浮轴承的关键技术仍未突破。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种结构简单，低成 本，不产生机械磨损和热量，能耗低、无噪声、寿命长、无需润滑、无油污染，使用方便，动态 稳定，既能冲兑轴上承载，又能提高机械旋体转速，并能与普通转轴轴承组合消除轴承承载 力的永磁能悬浮轴承。本技术的目的是这样实现的，一种永磁能悬浮轴承，包括，一个与轴承座相配 合的非磁体外圈和与旋转轴相配合的非磁体内圈，其特征在于，在所述非磁体轴承外圈上， 嵌入有相向对称分布的径向永磁体磁极组。在跟随旋转轴一起转动的内圈上，制有沿整个 圆周面环绕形成的环形外径凸台，该环形外径凸台两侧设置有两个相互吸引的永磁体磁 环；在所述外圈的内侧环面上制有环形内径凸台，在所述环形内径凸台的下方半圆环槽内， 嵌入有半圆永磁体磁环，在该环形内径凸台的上方半圆环形凸台两侧，设有两个相互吸引 的永磁体扇形磁体。在外圈内运转，并具有径向活动空间的内圈磁极组合体，两侧磁极与上述永磁扇 形磁体的磁极相反，且上两侧内侧上构成的磁极与上述半圆永磁体磁环的磁极相同，上方 半圆上的扇形磁体和下方半圆上的半圆永磁体磁环1对称地向着外圈的中心轴线，组成一 个对内圈磁极组合体径向磁场作用力Pl+外圈磁极组合体径向磁场作用力P2 =悬浮磁场 合力的磁能举力P。本技术相比于现有技术具有如下有益效果。结构简单，低成本，无需润滑、无油污染、无需复杂的控制或维护系统，使用方便免 维护，悬浮几十公斤转轴的永磁能悬浮轴承制造成本仅几百元。本技术由内圈磁极组 合体和外圈磁极组合体两部分组成的永磁能悬浮轴承，结构简单且易制作，其制造成本低 于现有技术电磁型“磁悬浮轴承”成十倍，甚至上百倍。采用的两磁极组合体，始终处于相 互不接触的悬浮空间，使普通转轴轴承不再承担轴载荷产生的作用力，几乎是在“无轴载荷 状态”下，跟随旋转体转轴一起转动。旋转轴上的轴载荷力，由与其旋转轴载荷匹配的磁能 举力P冲抵。在磁浮轴承内部互相不接触的内、外圈磁极组之间，产生的定向磁场作用力互 相冲抵、并将旋转体转轴载荷直接传递到轴承座上承担，旋转轴始终处在永磁能悬浮状态中转动，使得旋转转轴上的载荷力，不会对轴承产生摩擦阻力。也不消耗旋转轴的能量，不 影响旋转体的使用寿命。因此无需润滑维护、无油污染，十分低碳环保。用本技术磁能悬浮组合普通轴承，普通转轴轴承只对转轴起定位作用，转轴 的轴载荷由永磁体磁能悬浮轴承的内、外磁极组合体之间的磁能作用力来承担，使其处于 磁悬浮状态转动。在磁能举力P支承下，完全互相不接触，而不产生机械磨损和发热热量， 因此能耗低、噪声小、寿命长，动态稳定好。试验证明，加装了本技术磁悬浮轴承的普通 电动机，旋转体上的温度测试，在12000转/分下，工作几个小时试验升温几乎为0°。用在 大型设备，如发电机、发动机、汽轮机以及高速旋转的飞轮设备上，可大大提高转速，且不发 热。发电输出功率可提高20%以上。风力电发电机在相同风速前提下，可比传统风力发电 机提高20%的发电量。从根本上解决了大型设备高速旋转体轴承轴载荷力对轴承产生的摩 擦力发热消耗转本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种永磁能悬浮轴承，包括，一个与轴承座相配合的非磁体外圈和与旋转轴相配合的非磁体内圈，其特征在于，在所述非磁体轴承外圈上，嵌入有相向对称分布的径向永磁体磁极组，在跟随旋转轴一起转动的内圈上，制有沿整个圆周面环绕形成的环形外径凸台，该环形外径凸台两侧设置有两个相互吸引的永磁体磁环；在所述外圈的内侧环面上制有环形内径凸台，在所述环形内径凸台的下方半圆环槽内，嵌入有半圆永磁体磁环，在该环形内径凸台的上方半圆环形凸台两侧，设有两个相互吸引的永磁体扇形磁体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆川，潘家烺，
申请(专利权)人：潘家烺，
类型：实用新型
国别省市：90