發(fā)明涉及一種新型混合磁懸浮軸承。屬于電磁自動化設備研究領域。

背景技術：

磁懸浮軸承是利用磁力使轉子懸浮的無接觸式軸承，較之于一般軸承其具有無摩擦，無需潤滑，轉子位移精度高，可支撐轉速高，壽命長，轉動性能可控等優(yōu)勢。磁懸浮軸承保護軸承又叫輔助軸承或安全軸承，是在外界沖擊、振動加劇和電磁軸承故障等突發(fā)狀況下，為避免轉軸與電磁軸承直接接觸進行臨時支撐，以起到對電磁軸承和轉子的保護作用。目前，保護軸承多采用固定間隙的滾動軸承。采用有間隙的輔助軸承會導致轉子跌落后轉軸不對中，因此會產生附加力矩。該力矩就是引起轉子振動的激勵力。加之高速轉子較大的離心力，轉子與軸承內圈的碰撞和摩擦會加速轉子和軸承的磨損，降低軸承壽命，大的沖擊和碰撞甚至致使機組運行性能惡化。另外，目前電磁軸承多采用無機械接觸的電磁場力來控制轉子的位置，控制魯棒性差，超高速運轉下對控制系統(tǒng)要求很高，經濟性差。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種結構簡單緊湊、成本低且能夠提高磁懸浮軸承支撐性能和控制可靠性、減小了跌落磨損，延長了輔助軸承的使用壽命的新型混合磁懸浮軸承。

本發(fā)明采用的技術方案是：包括轉軸、徑向永磁軸承、輔助調節(jié)裝置。所述轉軸由兩個徑向永磁軸承支撐，兩個輔助調節(jié)裝置安裝在兩個徑向永磁軸承外側；所述徑向永磁軸承包括永磁轉子和定子；所述輔助調節(jié)裝置包括推力盤、壓縮彈簧、軸向定子、勵磁線圈、滾動軸承、軸承襯套、安全彈簧、安全銷、軸承端蓋和隔離擋圈。所述推力盤固定連接在轉軸上，壓縮彈簧安裝在推力盤與軸向定子之間；所述勵磁線圈繞在軸向定子中，軸向定子內徑加工出齒與轉軸上的齒槽相互配合，隨轉軸同速轉動；所述滾動軸承內徑與軸向定子外徑過盈連接，軸承襯套熱套在滾動軸承外徑上；所述軸承透蓋裝配在靠近轉軸端部一側；所述隔離擋圈裝配在靠近徑向磁軸承一側用以隔離徑向和軸向的磁路。

上述的新型混合磁懸浮軸承中，所述的兩個軸向定子布置于兩個推力盤的內側；

上述的新型混合磁懸浮軸承中，所述的斜面襯套呈錐臺形，斜面襯套的小端相對設置。軸承端蓋通過螺釘連接在襯套的大端面上。

上述的新型混合磁懸浮軸承中，所述的安全銷通過安全彈簧連接在軸向定子的孔內，所述安全銷采用永磁體材料。通電時，安全銷受電磁力吸引收縮進軸向定子的孔內，此時彈簧處于壓縮狀態(tài)；斷電時，在彈簧力作用下，安全銷彈出。

上述的新型混合磁懸浮軸承中，所述的轉軸在與軸向定子連接的軸段處需要加工出連接槽；輔助調節(jié)裝置達到輔助支撐位置處所對應安全銷位置處需要加工出安全孔。

與現有技術相比，本發(fā)明的技術效果是：

本發(fā)明專利可以通過永磁徑向軸承提供偏置磁場產生較大的徑向懸浮力；輔助調節(jié)裝置在系統(tǒng)正常工作時起到調整轉子徑向位置的作用，利用機械的間斷接觸調整代替磁場力控制，簡化了控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的控制魯棒性；在系統(tǒng)意外斷電時，輔助調節(jié)裝置起到輔助支撐的作用，斜面接觸的自動調心性減小了轉軸由于附加力矩而產生的不平衡振動，有利于提高了整機在轉子跌落過程中的運行性能；另外，輔助調節(jié)裝置中的滾動軸承外圈采用不對稱結構，能轉軸高速運轉時保持靜止，避免了結合面的動靜接觸，這不但使得調整軸承能高效控制轉子位置而且有效減小了轉子由高速旋轉狀態(tài)下斷電跌落造成的劇烈磨損；輔助調節(jié)裝置即可以起調節(jié)作用又可以做輔助支撐，系統(tǒng)的結構更簡單、緊湊，易于安裝調整，靈活度高，經濟性好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明的控制流程圖。

圖3是本發(fā)明的轉軸極限狀態(tài)下輔助軸承軸向支撐原理圖。

圖4是本發(fā)明的轉軸任意狀態(tài)下輔助軸承軸向支撐原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明專利作進一步說明。

如圖1所示，一種新型混合磁懸浮軸承包括轉軸1、軸承透蓋2、推力盤3、壓縮彈簧4、定子線圈5、軸向定子6、滾動軸承7、軸承襯套8、安全銷9、安全彈簧10、隔離擋圈11、永磁轉子12、銅環(huán)13、永磁定子14。所述永磁轉子12，銅環(huán)13，永磁定子14組成徑向永磁軸承；所述軸承端蓋2，推力盤3，壓縮彈簧4，定子線圈5，軸向定子6，滾動軸承7，軸承襯套8，安全銷9，安全彈簧10，隔離擋圈11組成輔助調節(jié)裝置；所述轉軸1由兩個徑向永磁軸承懸浮支撐，兩外側分別安裝一個輔助調節(jié)裝置。輔助調節(jié)裝置沿轉軸端部到中部的方向依次安裝有，推力盤3，壓縮彈簧4，軸向定子6，隔離擋圈11。所述推力盤3固定連接在轉軸上，所述軸向定子6可以在轉軸上軸向移動，所述壓縮彈簧4兩邊分別連接推力盤3和軸向定子6，通電時，利用電磁引力與彈簧斥力相平衡來調節(jié)軸向定子6的軸向位移。所述定子線圈5繞在軸向定子6中。所述滾動軸承7與軸向定子6外徑過盈連接，所述軸承襯套8與滾動軸承7外徑過盈連接，斜面襯套8呈錐臺形，兩斜面襯套8的小端相對設置，軸承襯套的大端與軸承透蓋通過螺釘連接。所述隔離擋圈11通過螺釘連接在軸向定子上，同時起到隔離磁路和定位滾動軸承的作用。所述安全銷9通過安全彈簧10連接在軸向定子6的孔中，通電時，安全銷受磁力吸引收縮到孔內，安全彈簧壓縮，斷電時，磁力消失，安全銷在壓縮彈簧作用下彈出，插入轉軸上的安全孔后，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的支撐轉子。

圖2為本專利的控制流程圖。本發(fā)明專利的控制流程如下：

通電時，軸向電磁鐵得電，使兩個輔助調節(jié)裝置支撐距離變大，輔助調節(jié)裝置的軸承襯套與定子內圈脫離接觸；高速旋轉時，位移傳感器感應轉子時實位置，通過控制器輸出控制電流到軸向磁軸承的電磁鐵，輔助調節(jié)裝置的電磁鐵對推力盤產生的電磁引力與壓力彈簧對推力盤產生的斥力相平衡，使輔助調節(jié)裝置中的軸承襯套支撐面達到預計的支撐位置，實現對轉子位置的輔助調節(jié)；斷電時，軸向電磁鐵失電，輔助調節(jié)裝置在壓力彈簧作用下向內靠攏，與此同時，安全銷失去磁力，在保護彈簧的作用下彈出，當軸承襯套與永磁軸承定子內圈表面緊密接觸時，定位銷插入轉軸安全孔內，固定輔助調整軸承機構在軸向的相對位置，實現穩(wěn)定的輔助支撐?；謴碗娏r，定位銷在磁力作用下回縮，軸向電磁鐵得電使軸承襯套與定子內圈接觸脫離接觸，進入正常的運轉調節(jié)狀態(tài)。

本發(fā)明的輔助軸承軸向支撐原理如下：

圖3、4為輔助軸承軸向支撐原理圖，圖3為輔助軸承最大軸向移動位置；圖4為轉軸任意狀態(tài)下的支撐位置。圖中1為定子鐵心，2為轉軸，3為可軸向移動的輔助支撐。

已知左右兩個磁軸承之間距離為L0，支撐斜面角度，最大間隙C0，輔助軸承支撐高度h

接觸襯套長度

完全支撐位置

轉軸極限位置下極限位置下：

最大轉角

定子斜面長度

最大軸向移動距離

轉軸任意狀態(tài)下：

由位移傳感器測得左右兩邊磁懸浮軸承處轉子位置分別為（x1，y1），（x2，y2）；

則有：，

兩磁軸承軸面之間轉子的長度為

轉子位置，

輔助軸承移動位置

受力分析：

任意狀態(tài)下：

彈簧力

初始彈簧壓縮長度，Z為任意狀態(tài)彈簧壓縮長度

電磁力

線圈匝數，A有效電磁面積，初始軸向氣隙，Z輔助軸承軸向位移

控制電磁鐵電流大小使輔助軸承到達任意位置的理想支撐位置，可以認為輔助軸承與定子接觸屬于完全彈性接觸，只改變轉子速度方向，有

控制電流

當轉子達到穩(wěn)定狀態(tài)時：

電磁力轉子質量為

控制電流