[发明专利]一种磁悬浮转子支撑系统与磁悬浮轴承及偏磁减重装置

说明书

技术领域：

本发明涉及磁悬浮领域的单自由度磁悬浮转子支撑系统。尤其是涉及一种 采用吸引型轴向磁悬浮轴承和吸引型径向磁悬浮轴承组合而成的单自由度磁悬 浮转子支撑系统。本发明还涉及更具体的吸引型轴向磁悬浮轴承和吸引型径向 磁悬浮轴承。本发明还涉及减少旋转体重力作用的偏磁减重装置以及针对径、 轴向磁悬浮轴承气隙的限位保护装置。

背景技术：

为适应超高速电机和真空洁净技术、高精度机械加工技术与太空技术的发 展需要，一种无机械接触的磁悬浮转子支撑系统，引起了人们的广泛关注，它 是继油润滑和气润滑轴承之后，在行业内的又一次技术革命。这种新兴的支撑 方式，通过轴向磁悬浮轴承和径向磁悬浮轴承的协同作用而得以实现。其具有 “无机械摩擦、能耗少，噪音小，寿命长，不需要润滑介质与密封、并允许转 子有极高的转速和适应在高低温、真空环境下工作”等传统技术无法替代的突 出优点，而成为国内外许多企业和科研单位的热门课题之一。近年来，有关磁 悬浮轴承的科研论文与专利成果大量涌现。但就现有技术来说，实用磁悬浮轴 承的关键技术仍未突破。在各种技术方案中，都带有不同程度的技术缺陷。如： 在永磁型磁悬浮轴承当中，采用“同性相斥”的悬浮机制，会导致不确定轴向 力或径向力的产生。在电磁型磁悬浮轴承当中，则采用多个向心型设置的电磁 铁和复杂的反馈控制技术，但最终不能保证在360度的任意方向上，实现转子 的自动调心以及现有技术在磁路设计方面还存在着大量的非工作气隙，造成现 有技术的实用性降低。

发明内容：

本发明就是要提供一种全部由吸引型轴向磁悬浮轴承和吸引型径向磁悬浮 轴承组合而成，并消除了电磁线圈或永磁体存在非工作气隙技术缺陷，同时， 还可以使转子在360度的任意方向上获得自动调心功能的单自由度磁悬浮转子 支撑系统。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下的技术方案：就是将至少一个 吸引型轴向磁悬浮轴承与至少两个吸引型径向磁悬浮轴承设置在同一运动机构 当中，并使它们之间的分布规律具有对称性。每个磁悬浮轴承的动子部和定子 部，分别固定在系统当中的旋转体和旋转体的承托部上，并通过气隙构成非机 械接触的可转动连接。具有径向气隙的轴向磁悬浮轴承，用来约束旋转体的轴 向移动。具有轴向气隙的径向磁悬浮轴承，用来约束旋转体的径向错位移动， 为了避免产生单边拉力，径向磁悬浮轴承在系统内均以双边型结构的形式出现。 在本发明的单自由度磁悬浮转子支撑系统当中，具有径向气隙的电动机或发电 机，可视为吸引型轴向磁悬浮轴承，它们包含了电工领域中所有的交直流电动 机或交直流发电机。具有轴向气隙的电动机或发电机，可视为吸引型径向磁悬 浮轴承。但基于同样的理由，被视为吸引型径向磁悬浮轴承的电动机或发电机， 也只允许以双边型结构出现在系统之内。在本发明的单自由度磁悬浮转子支撑 系统当中，无论何种类型的磁悬浮轴承，只要功能相同，就可以根据设计空间 的需要，进行相互间的替代和置换。

在本发明中，禁止使用平面配合的相斥型永磁磁悬浮轴承，但具有锥面配 合的预应力磁悬浮轴承也可以叠加在系统之内，但它属于不必要的技术特征。

在本发明中，吸引型轴向磁悬浮轴承，包含：电磁型、永磁型和具有永磁 与电磁两种特征的混合型轴向磁悬浮轴承。下面将分别述及：

(1)电磁型轴向磁悬浮轴承，为具有径向气隙的轴向磁悬浮轴承。它是由 设置在旋转体承托部上，并具有径向开口的环形凹槽及被该环形凹槽所界定出 的前后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，它与设置在旋转体上并具有径向开口的环形凹槽及被该环形凹槽所界定出 的前后环形磁軛所构成具有浅槽型环形凸极的次级铁心所组成。具有环形凸极 的初级铁心与具有浅槽型环形凸极的次级铁心通过气隙相互对正，并使气隙两 侧相互对应着的磁軛极面的宽度相等。