利用永磁体减轻转子-支承系统中推力负荷的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于提高一转子支承系统推力负荷承载能力的装置及其方法。该提高承载能力的装置包括一定子和一转子，它们设置为可通过使用多个永磁体来提高磁性推力负荷承载能力，其中永磁体在转子和定子之间产生一吸力或一斥力。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种转子-支承系统。更具体地，本专利技术涉及一种用以提高一转子-支承系统推力承载能力的装置及其方法。
技术介绍
在具有较大推力负荷的高速转子-支承系统，即存在平行于旋转轴的较大负荷并倾向于沿轴线方向推动该轴的高速转子-支承系统的应用场合，对承受轴的纵向推力或压力的推力(thrust)轴承的设计通常是一项复杂的任务，尤其是在所谓的无油支承系统中。在这种高速无油应用场合，经常选用尺寸确定成可经受最恶劣的工作环境的磁力轴承以及气体轴承。然而，要在磁力轴承系统的推力轴承中获得一高的负荷承载能力，就需要解决一些设计难题，这些难题包括例如—一高的负荷承载能力需要轴上一大的推力面积，但是推力面积受到一由转子的材料强度极限确定的最大外径(“OD”)的限制；—高的负荷承载能力通常要求定子中的线圈和磁通路线的尺寸要大，从而使得定子的轴向尺寸很大，这继而需要一较长的转子，但是转子长度受到轴的模频率(mode frequency)限制；—通常需要在线圈中产生一较高的电流，但这受到绕组中温度上升的限制。此外，高电流需要昂贵的大功率电子设备。在气体轴承系统例如流体静力系统或流体动力系统中，要承载高的推力负荷就需要一非常大的推力面积，这经常是不能实现的。在这样的系统中，主要问题是由于气体的低粘滞度、转子和靠近旋转中心的轴承之间的低的相对速度以及有限的压力供应而产生的。在滚动元件推力轴承系统和流体轴承系统中，高负荷增加了系统的损耗，从而使系统的效率降低，甚至使系统过热。根据上文，明显需要一种用来提高转子-支承系统的推力负荷承载能力的紧凑且高效的装置及其方法。
技术实现思路
因此本专利技术的一个目的是，提供一种用来提高转子-支承系统推力负荷承载能力的改进的装置及其方法。更具体地说，本专利技术提供了一种用于转子-支承系统的提高推力负荷(承载能力)的装置，它包括一设置在转子-支承系统的一旋转轴线上的定子；一在旋转轴线上通过一第一气隙与定子隔开的转子；以及至少一个通过一第二气隙与转子隔开的永磁体，其中所述至少一个永磁体、该定子以及转子形成一特征在于一磁通路线的磁回路，从而第一和第二气隙中的一磁通产生一处于该定子和转子之间的抵抗一外力Fext的补偿力。此外还提供了一种用于提高转子-支承系统的推力负荷承载能力的方法，它包括以下步骤在转子-支承系统的一旋转轴线上设置一定子；在旋转轴线上设置一通过一第一气隙与该定子隔开的转子；设置至少一个通过一第二气隙与该转子隔开的永磁体；由此，所述至少一个永磁体、该定子以及转子形成一特征在于一磁通路线的磁回路，从而第一和第二气隙中的一磁通产生一处于该定子和转子之间的抵抗一外力Fext的补偿力。根据下面参照附图仅以示例形式给出的实施例的非限制性说明，本专利技术的其它目的、优点以及特征将更加明显。附图说明在附图中图1是根据本专利技术的第一方面的一第一实施例的提高承载能力的装置的剖视面；图2是根据本专利技术的第一方面的一第二实施例的提高承载能力的装置的剖视面；图3是根据本专利技术的第一方面的一第三实施例的提高承载能力的装置的剖视面；图4是根据本专利技术的第二方面的一第一实施例的提高承载能力的装置的剖视面；图5是根据本专利技术的另一个实施例的提高承载能力的装置的剖视面。具体实施例方式总体来说，本专利技术提供了一种装置和一种方法，以提高一转子-支承系统的推力负荷承载能力。更具体地说，根据本专利技术第一方面的提高承载能力的装置包括一定子和一转子，所述定子和转子设置成可通过采用多个永磁体来提高磁推力负荷承载能力，其中所述永磁体在转子和定子之间产生一抵抗一由外部施加的、以下用Fext表示的力的吸力。这种外力Fext可由压力或者例如重心较低的垂直轴构型中的重力产生。现在参见附图中的图1至3，下面将对根据本专利技术第一方面的不同实施例的提高承载能力的装置进行说明。提高承载能力的装置包括一定子14和一转子12，它们设置成可在该定子14和该转子12之间产生补偿吸力。参见图1，作为第一实施例，所述提高承载能力的装置包括转子12、一定子磁极部14、一永磁体16以及一垫片18。永磁体16这样固定在定子磁极部14上，以使永磁体16、定子磁极部14和转子12形成一磁回路，其中定子磁极部14和转子12隔开一间隙，转子12和永磁体16也隔开一间隙。所形成的磁回路以图1中虚线所示的一磁通路线为特征。定子磁极部14和转子12之间的气隙中的磁通，以及转子12和永磁体16之间的气隙中的磁通分别产生一可补偿外力Fext的吸力。通过优化不同软磁极面、磁体以及气隙的几何形状，就可在满足尺寸和气隙约束的情况下使用一体积最小的磁体。当如此确定永磁体16相对于软磁极的设置时，可通过垫片18来调节气隙以改变补偿(值)，这是由于当气隙减小时磁力增大是公知的物理定律。这种调节提供了应对成型精度、制造和材料公差的处理以及加工偏差(process variation)的灵活性。在图2所示的第二实施例中，提高承载能力的装置基本上与图1中所示的装置类似。唯一的区别是，转子12和定子14之间的吸力由设置在转子12上的一磁体16产生。转子12由一软磁材料例如碳(素)钢制成。定子磁极部14也由一软磁材料例如低碳钢制成。如图3中的第三实施例所示，转子12和定子14之间的吸力由一安装在转子12中的第一磁体16a和一安装在定子14中的第二磁体16b产生，磁体16a和16b分别以具有不同极性的磁极彼此相对。可选地，在转子12和定子14由软磁材料制成的情况下，转子12和定子14之间的吸力可通过在转子12和定子14之间设置极面而产生。根据本专利技术的第二方面，提供一种包括一定子和一转子提高承载能力的装置，所述定子和转子设置成可通过利用多个永磁体在转子和定子之间产生一斥力来提高磁性推力承载能力。如图4所示，可由一设置在转子12中的第一磁体16a和一设置在定子14上的第二磁体16b产生斥力，磁体16a和16b设置成以具有同极性的磁极彼此相对，例如磁体16a的N极与磁体16b的N极相对。从上文可以看出，利用两个磁体，根据待处理的外力的方向通过改变不同磁体的磁极布置就可产生一吸力或者一斥力。在本专利技术的提高承载能力的装置包括一固定在转子中的磁体和一固定在定子中的磁体的两种情况下(见图3和图4)，转子12和定子14可由非磁性材料制成。如果在转子12和定子14中使用了软磁材料，则可优化磁体几何形状、极面和气隙的布置以使用体积最小的磁体，从而获得紧凑的产品并节省了成本。实际上，如果将软磁材料用于定子14和转子12，在它们之间的气隙中产生的力也对补偿力有所贡献。因此需要较少的磁性材料。但这种可选方案成本可能较高，因为软磁材料可能相当昂贵。再次说明，垫片18使得能够改变气隙，从而可调节补偿力。如图5所示，如果需要对补偿力进行自动或现场调节，可使用一压电致动器20(代替垫片)来调节本专利技术的提高承载能力的装置的气隙，所述气隙又会改变补偿力。本领域技术人员可以理解，如果向压电致动器20施加一动态补偿信号，则图5的构型还可用于补偿一外部动态力。此外，如图5所示，可将测力装置22-例如应变仪(stain gauge)或压电元件—应用到提高承载能力的装置以测量补偿力。这种可选方案在进行监控的应用场合中可能很有用。在主动磁力支承系统的应用场合，固有地存在主动支承件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于转子－支承系统的提高推力承载能力的装置，包括：一设置在该转子－支承系统的一旋转轴线上的定子；一在旋转轴线上通过一第一气隙与所述定子隔开的转子；以及至少一个通过一第二气隙与所述转子隔开的永磁体，其特征在 于，所述至少一个永磁体、所述定子以及所述转子形成一以一磁通路线为特征的磁回路，从而所述第一和第二气隙中的一磁通产生一处于所述定子和所述转子之间的抵抗一外力Ｆ↓［ｅｘｔ］的补偿力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：LX孙，HY林，
申请(专利权)人：特伯考尔公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]