[实用新型]高温超导磁悬浮径向轴承

说明书

技术领域

本实用新型涉及轴承，尤其涉及高温超导磁悬浮径向轴承。

背景技术

轴承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、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：转子的外周面上固定有高温超导体，高温超导体外包裹有轴套；轴套外环绕定子，所述的定子由轴向磁化的永磁体与聚磁环相间构成；且定子固定在低温容器的底板上，低温容器中充满液氮。

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：转子的外周面上固定有高温超导体，高温超导体外包裹有轴套；轴套外环绕有定子；所述的定子由轴向磁化的永磁体与聚磁环相间构成；且定子固定在低温容器的底板上，转子体内有封闭的内腔，内腔中充有液氮。

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：转子的外周面上固定有高温超导体，高温超导体外包裹有轴套；轴套外环绕定子，所述的定子由轴向磁化的永磁体与聚磁环相间构成；且定子固定在低温容器的底板上，低温容器的下部充有液氮；所述的转子的上部和下部分别由热传导率低和热传导率高的材料组成，转子下部伸入液氮中。

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，并使其固定，处于初始状态。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三种方式的液氮存放的位置不同。

第一种技术方案中，液氮充满了整个低温容器中，这种方案的致冷效果好，但液氮的用量多；第二种方案中，液氮在转子内的密封腔体中，这种方案的液氮的用量少，致冷速度慢，需在转子内开腔；第三种液氮在低温容器的下部，通过由不同热传导率的材料组成转子，实现热传导和保温的效果，这种方案液氮用量也少，致冷速度也较慢。

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环构成的转子，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。

二、整个结构由高温超导体块材定子、永磁体转子及液氮低温容器构成，没有复杂的转子位移测控系统，整个结构简单、紧凑，体积小，可靠性好。

三、本实用新型可方便地通过调整定子和转子的轴向长度及永磁体和超导块材的用量，来提高或者降低轴承的承载能力，使得本实用新型的适用范围广，可适用于各种场合。