一种同极型气磁双场动压径向混合轴承制造技术

本实用新型专利技术公开了一种同极型气磁双场动压径向混合轴承，该轴承包括磁轴承定子、气体轴承定子、定子固定套、转子和带铁芯的电磁线圈。磁轴承定子中的多个定子分瓣借助定子固定套拼接形成空心圆柱，每个定子分瓣上设有通槽，定子分瓣的内表面固定有向心凸台，向心凸台和通槽形成可以放置铁芯的通孔；气体轴承定子安装在磁轴承定子和转子之间，气体轴承定子的外表面为平面和弧面交替分布，平面处对应磁轴承定子内部组成的向心凸台和铁芯；气体轴承定子内表面开有多个模拟蜂鸟翅膀形状的凹槽。这样结合了同级型磁轴承和气体动压轴承的优点，明显提升轴承气隙内气膜的刚度，使轴承有更大的承载能力和更高的稳定性，并且便于制作和组装，适合推广使用。适合推广使用。适合推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种同极型气磁双场动压径向混合轴承


[0001]本技术涉及径向混合轴承领域，具体为一种同极型气磁双场动压径向混合轴承。

技术介绍

[0002]动压气体轴承是一种以气体作为润滑介质的轴承，在工作时转子可以完全浮离于定子，具有高速、洁净、平滑、耐高温、耐低温、寿命长等显著优势。根据轴承面形状，还可以将动压气体轴承分类，常见的有铂片型、槽型、圆柱型、阶梯型等。其中槽型动压气体轴承是在气体轴承表面或轴的表面加工出许多槽，当轴承转子高速旋转时，轴承气隙内粘性气体高速流动，由于气体运动的流量守恒原理，气隙内各个槽台间的气体压力梯度反复的规律性变化，使槽台交界处的气体压力明显增大，增强轴承动压效果，从而使得槽型动压气体轴承较其他型动压气体轴承有更大的承载能力和更高的稳定性。然而，由于气体作为润滑介质粘性小，气体动压轴承在低速旋转或启停阶段，轴承气隙内不能形成足够的压力使转子悬浮，致使轴承转子与定子在低速及启停阶段发生干摩擦。气体轴承在高速工作过程中一旦因超负荷或其他原因，导致定子、转子接触，发生干摩擦，气体轴承将在极短时间内完全失去工作能力。此外，气体动压轴承的自激涡动不稳定性和低负载能力也限制了其实用性。
[0003]主动磁悬浮轴承是利用电磁场力将轴承转子无机械摩擦、无润滑介质地悬浮在特定空间中运动的一种有源型非接触式轴承。主动磁悬浮轴承系统包括定子铁芯、电磁线圈、功率放大器、控制器、传感器及转子。工作时，传感器检测转子速度及位置偏移，由控制器将转子偏离位移转换为控制信号，再由功率放大器将控制信号转换为控制电流，控制电流使电磁铁产生磁力从而使转子保持其悬浮位置不变。主动磁悬浮轴承按磁极排列方式可分为异极型和同极型，异极型较为常见；一般的混合型磁轴承也多为异极型，同极型较为少见，多用的异极型磁轴承 N 极与 S 极沿周向成对交叉排列。
[0004]当转子每转动一圈，转子表面同一位置将经历多次磁力线反向。虽然异极型磁轴承的定子与转子一般均采用叠片结构，但表面涡流和磁滞损耗仍然较大；且在组装焊接时容易出错，制作成本较高。
[0005]目前已有多种磁气混合轴承的现有技术，有磁轴承与铂片气体轴承混合的类型，有磁轴承与带槽气体轴承混合的类型，但现有技术的这几种类型混合轴承都有各自的局限。现有的磁轴承与带槽气体混合轴承技术一般都是将槽设置于转子外表面，磁轴承磁极与气体轴承在轴向方向上串联排列，这样的混合轴承类型要想保证磁轴承和气体轴承性能就必须加大混合轴承的轴向尺寸，导致轴承整体结构不够紧凑。现有的磁轴承与铂片气体混合轴承是一种综合性能较好的混合轴承类型，可以保证混合轴承整体的紧凑性，但铂片式气体轴承在承载能力、稳定性及高速性能方面均弱于带槽式气体轴承。

技术实现思路

[0006]本技术提供一种同极型气磁双场动压径向混合轴承，解决了现有磁轴承的结
构不紧凑、承载力较小、稳定性较差的问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本技术提供的技术方案为：一种同极型气磁双场动压径向混合轴承，包括同轴心且从外到内依次设置的定子固定套、磁轴承定子、气体轴承定子和转子，所述转子为空心的圆柱型，所述气体轴承定子套设在所述转子外部，所述气体轴承定子的结构为薄壁圆柱型，其外表面由四个平面和四个弧面交替组成，内表面上开设有N个呈蜂鸟羽毛形状的凹槽；
[0008]所述磁轴承定子包括四个相同的定子分瓣，四个所述的定子分瓣通过设在磁轴承定子端面的定子固定套组成一个外表面闭合的空心圆柱，每个所述定子分瓣的圆周面的边缘开设有两个轴向的通槽，所述定子分瓣的内表面固定有呈长方体的向心凸台，所述向心凸台位于通槽的中部，四个定子分瓣组合后，所述向心凸台和通槽共同组成四个矩形通孔；每个所述矩形通孔中配合放置有带铁芯的径向电磁线圈，所述气体轴承定子外表面的每个平面的位置对应一个磁轴承定子上的向心凸台和一组带铁芯的径向电磁线圈。
[0009]该轴承将转子、气体轴承定子和磁轴承定子依次同轴心套装，气体轴承定子和磁轴承定子之间设置的带铁芯的电磁线圈用气体轴承定子外圆周面上的平面和磁轴承定子上的定子固定套、向心凸台共同作用进行固定，从而形成结构紧凑、性能更为稳定的气磁双场动压径向混合轴承。
[0010]定子分瓣的结构便于制作，拼装组合简单；向心凸台固定在内侧的圆周面，位于通槽中部，使得定子分瓣组合后，两边的通槽能够和内部的向心凸台共同组成通孔，用于安装带铁芯的线圈；而由四个完整的块状定子分瓣组成的定子使用起来更加安全稳定，维修和更换也较为方便。
[0011]在气体轴承定子的内表面开设N个气体凹槽，代替了叠片转子上的凹槽，使得转子旋转时其本身的阻力和损耗大大减小，同时凹槽的存在保证了转子与气体轴承定子之间的气体流动速度和密度的变更，进而提升了间隙中的气膜刚度。
[0012]所述铁芯的形状为半封闭的矩形框，两个短边上安装有径向电磁线圈，所述向心凸台的长度与两端的径向电磁线圈的间距相适应。
[0013]所述气体轴承定子外表面的平面宽度与向心凸台的宽度以及径向电磁线圈的宽度相适应；所述平面对应的圆心角小于等于弧面对应的圆心角。磁轴承定子中的向心凸台与半封闭的矩形框型铁芯形状配合，使得轴承内部结构紧凑布置的同时固定带径向电磁线圈的铁芯。径向电磁线圈的宽度和高度与向心凸台的宽度和高度相适应，而且径向电磁线圈缠绕在铁芯的两个短边上，径向电磁线圈的宽度略小于向心凸台的宽度，便于后续安装固定装置使得径向电磁线圈与向心凸台固定；这样三个零件的尺寸相匹配，一方面平面的宽度保证可以承接住向心凸台和带铁芯的径向电磁线圈，另一方面在制造时容易进行统一各零件的尺寸标准，各零件嵌套，明显节省了轴承内部的空间。
[0014]气体轴承定子上的平面用于放置外部的铁芯，相较于圆周面放置时更加平稳，而且平面相对于直接叠加放置在圆周面上，与圆周面相切的情况能够节省一部分空间，提高了空间的利用率；同时不过度放大平面的范围，保证圆周面占大部分，尽可能与外部的磁轴承定子形状匹配，预留足够空间放置其他零部件。
[0015]所述气体轴承定子内表面的N个凹槽紧密开设，每个凹槽的中心线相对于气体轴承定子的轴线方向倾斜，相邻凹槽的首、尾两端接连排列、形成螺旋轨迹，其螺旋轨迹的轴
线与气体轴承定子轴线重合。其中，相邻凹槽的首尾两端留有一定的间距，凹槽的中心线与螺旋线重合。
[0016]单个所述凹槽的外边缘呈蜂鸟羽毛的外轮廓形状，内部结构呈楔形，所述凹槽包括两个弧形边和两条侧边，两个所述弧形边的弧形半径不同，分为大半径弧形边和小半径弧形边，小半径弧形边凹陷深度大于大半径弧形边；两个弧形边与两个侧边的连接处表面光滑。具体地，小弧形半径和大弧形半径相对设置，中间由第一侧边和第二侧边连接。N个凹槽交错、紧密排列在气体轴承定子的内表面，当内部的转子旋转起来后，能在转子与整个气体轴承定子之间形成较为稳定的气膜。楔形的形状以及N个凹槽呈螺旋分布的结构设计让转子旋转后，气体可以更顺利地进入转子与气体轴承定子内部；而凹槽本身的楔形与凹槽之间的平台又使得内部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同极型气磁双场动压径向混合轴承，其特征在于：包括同轴心且从外到内依次设置的定子固定套、磁轴承定子、气体轴承定子和转子，所述转子为空心的圆柱型，所述气体轴承定子套设在所述转子外部，所述气体轴承定子的结构为薄壁圆柱型，其外表面由四个平面和四个弧面交替组成，内表面上开设有N个呈蜂鸟羽毛形状的凹槽；所述磁轴承定子包括四个相同的定子分瓣，四个所述的定子分瓣通过设在磁轴承定子端面的定子固定套组成一个外表面闭合的空心圆柱，每个所述定子分瓣的圆周面的边缘开设有两个轴向的通槽，所述定子分瓣的内表面固定有呈长方体的向心凸台，所述向心凸台位于通槽的中部，四个定子分瓣组合后，所述向心凸台和通槽共同组成四个矩形通孔；每个所述矩形通孔中配合放置有带铁芯的径向电磁线圈，所述气体轴承定子外表面的每个平面的位置对应一个磁轴承定子上的向心凸台和一组带铁芯的径向电磁线圈。2.根据权利要求1所述的同极型气磁双场动压径向混合轴承，其特征在于：所述铁芯的形状为半封闭的矩形框，两个短边上安装有径向电磁线圈，所述向心凸台的长度与两端的径向电磁线圈的间距相适应。3.根据权利要求1所述的同极型气磁双场动压径向混合轴承，其特征在于：所述气体轴承定子外表面的平面宽度与向心凸台的宽度以及径向电磁线圈的宽度相适应；所述平面对应的圆心角小于等于弧面对应的圆心角。4.根据权利要求1所述的同极型气磁双场动压径向混合轴承，其特征在于：所述气体轴承定子内表面的N个凹槽紧密开设，每个凹槽的中心线相对于气体轴承定子的轴线方向倾斜，相邻凹槽的首、尾两端接连排列、形...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷玉枫，王嘉誉，付良，韩原臻，龚霖，陈思汉，吕景儒，柴晓峰，张鑫，唐杰，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：新型
国别省市：