[实用新型]一种高温超导磁悬浮径向轴承

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种轴承，尤其涉及一种高温超导磁悬浮径向轴承。

背景技术

轴承定义为支持轴旋转并保持其正确的位置，支承轴颈、耳轴、枢轴、短轴或其他部件，并使轴等在其中转动、摆动的机器部件。其主要作用就是减轻两个相对运动的机械零件之间的摩擦。轴承为机械产品中的基础关键器件，很大程度上决定了最终机械设备的性能，研制无摩擦高速轴承可大幅度提高现有机器设备的性能。

为了最大程度地减小摩擦，磁悬浮轴承成为了一种理想的选择。目前广泛应用的电磁悬浮轴承的结构为多磁极结构，包括转子、环绕在转子外的多个对称分布的定子磁铁铁芯、绕制在磁铁铁芯上的线圈，定子磁铁铁芯和线圈在通电时构成电磁铁，以及包围在磁铁铁芯外的用于固定磁铁芯的基座。定子所产生的电磁场的方向，所产生的电磁力能使转子处于与定子无接触的完全悬浮状态。一般通过设置线圈的同名端使磁极按NSSN或NSNS方式排列，每一方向由一对电磁铁对转子进行差动控制；电磁轴承外加的控制电路，接受传感器检测的转子的轴偏差信号，将该信号送入控制电路，控制各个电磁铁中的电流变化，使转子所受的电磁力的相应变化，以抵偿转子转动偏差，从而使转子稳定地悬浮于规定的位置。由于转子与定子之间的间隙很小，通常在0.01～1mm范围内，因此对转子的控制精度和动态响应要求很高。整个电磁轴承的结构复杂，可靠性差。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种高温超导磁悬浮径向轴承，该轴承刚度高、稳定性好、损耗小、转速高、体积小、结构简单，承载能力大。

本实用新型实现其发明目的，所采用的第一种技术方案是：一种高温超导磁悬浮径向轴承，其组成是：

转轴外圈上固定轴向磁化的永磁体及聚磁体构成转子；

转子外圈环绕有液氮低温容器，液氮低温容器的内侧内壁上固定有铜盒，铜盒内装有作为定子的高温超导块材。

本实用新型实现其发明目的，所采用的第二种技术方案是：一种高温超导磁悬浮径向轴承，其组成是：

转轴外圈上固定轴向磁化的永磁体及聚磁体构成转子；

转子外圈环绕有液氮低温容器，液氮低温容器的内侧外壁上固定有作为定子的高温超导块材；

所述的转子、定子及液氮低温容器均置于真空容器中。

本实用新型实现其发明目的，所采用的第三种技术方案是：一种高温超导磁悬浮径向轴承，其组成是：

转轴外圈上固定轴向磁化的永磁体及聚磁体构成转子；

转子外圈环绕有液氮低温容器，液氮低温容器的内侧外壁上固定有作为定子的高温超导块材；

所述的转子、定子及液氮低温容器均置于真空保护腔中，但转子的转轴伸出真空保护腔，转轴与真空保护腔的交接处设有密封圈。

以上三种技术方案共同的工作过程和原理是：把转轴与旋转轴线对中，再轴向平移对中，并将其固定，使其处于初始固定状态。然后液氮低温容器工作，使其中的高温超导体处于超导临界温度以下，进入超导状态。此时高温超导体与永磁体转子间产生钉扎作用，使转子稳定地处于初始固定状态。解除固定后，转子继续保持该状态，即悬浮在定子内部的空间中。当转轴与外部动力连接后，即可实现与定子之间的无接触的且无偏移的高速转动。

以上三种技术方案的区别是：

第一种技术方案中，超导体定子处于液氮低温容器中，由于液氮低温容器内部无空气，为真空状态，超导体的保温效果好。但由于超导体定子与转子之间间隔有铜盒壁及液氮真空容器壁，定子与转子之间间隔较远，超导体钉扎作用降低，需加大永磁体及超导体的用量。第二种方案中，超导体定子位于液氮低温容器的内侧外壁上，定子与转子之间无间隔物，间隙小，超导体的钉扎作用强，轴承的悬浮力大和刚度强。但是由于超导体位于液氮低温容器外部，为保证其低温保温效果，则需要使超导体所处的液氮低温容器外部空间也为真空状态，因此该种方案将整个装置均置于真空环境中。第三种方案与第二种方案相同，也需要使超导体所处的液氮低温容器外部空间为真空状态，第三种方案是除转轴伸出外，其它部件全部置于真空保护腔的真空环境中，而在转轴和真空保护腔的交接处，安装密封圈。

与现有技术相比，本实用新型以上三种技术方案的有益效果是：

一、高温超导体块材构成的定子与永磁体及聚磁体构成的转子，形成径向轴承。通过高温超导定子与转子的磁场的钉扎作用，可使永磁体转子在无任何外界控制的条件下稳定地悬浮。由于高温超导块材的磁通钉扎作用强，因此转子的悬浮稳定性好、垂向和径向刚度大、可达到几千牛顿/毫米。从而可以使本实用新型的轴承转速高，承载能力强。