[发明专利]一种磁悬浮轴承预充磁结构及其控制系统

说明书

技术领域

本发明属于机械磁悬浮领域，具体涉及一种磁悬浮轴承预充磁结构及其控制系统。

背景技术

磁悬浮轴承预充磁结构及其控制系统(MagneticBearing)是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触的一种装置结构。与传统的滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。目前的磁悬浮轴承预充磁结构及其控制系统，至今都仍然沿用如图1所示，也即定子内壁处沿其周向均布多根绕制有线圈的衔铁结构，从而依靠多组环绕转子设置的N、S极沿转子径向布置的结构方式，来实现对于转子的电磁吸附悬浮作用，上述结构固然具备了基于转子的磁悬浮功能，但其存在的缺陷仍不可小视，主要在于：一方面，每当转子旋转一圈时，每当转子的各区域均必然会多次频繁的经过如图1所示的各组N、S极（图1中虚线部分为其磁力线流动路径示意图），其上相应感应区域也就会对应加以磁极转化，也即不断进行充放电操作，方才能保证各对N、S极对于转子的吸附作用，然而，转子在工作时必然是不断转动的，上述转子各区域再不断经过各组N、S极而不断发生频繁的充放电现象，进而不可避免使其产生涡流损耗并引发电发热效应，最终导致转子产生过热现象，轻则影响其正常使用效果，重则产生设备的过热损坏现象；另一方面，N、S极的形成都为依靠衔铁和线圈共同组成，传统结构的衔铁或为整体与定子一体形成，线圈整体绕制，且一旦轴承加工完成就无法进行更改，如需遇到需增大悬浮力等特殊场合时，只能通过更换轴承的方式进行，更换繁琐且成本高，又或为先期制作衔铁并绕制线圈后再行固接于转子内壁上，该方式不但因各种安装误差等而致使各衔铁顶端无法形成准确圆周面，也即出现转子外壁与定子内壁的不同心现象，从而导致两者根本无法正常适配工作。此外，实际实验时发现，传统定子的上述整圆状构造，往往导致定子的上半圆能够实现对于转子的吸附悬浮作用，而其下半圆所形成的磁极吸力反而导致了加重转子向下的作用力，从而间接的增重了转子重量，从而致使其装置工作能耗性增加，最终给实际操作人员带来极大困扰。

有鉴于此，某些企业也曾考虑采用半圆状定子来实现对于转子是悬浮功能，但是，在转子的旋转过程中，转子外壁上会产生涡流，由于定子形成了开环状结构，该涡流会使得转子进入磁场一侧的磁密降低，而离开磁场一侧的磁密增加，在磁铁线圈电流不变的情况下，涡流效应会导致两侧电磁铁的电磁力发生变化，使得转子进入侧的电磁力减小，另一侧的电磁力增加，当转子转速增加到一定值，可能会导致转子在侧向的不稳定性，最终对其装置的正常可靠工作带来极大影响。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种结构简单的磁悬浮轴承预充磁结构，以解决转子旋转导致的两侧电磁铁电磁力严重不均的问题，确保其在高速旋转下的稳定性，工作效率高。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种磁悬浮轴承预充磁结构，包括转子以及与之适配的定子组件，两者间构成悬浮配合关系；所述定子组件包括位于其上的用于形成转子悬浮动力的磁极单元，所述定子组件上设置用于执行转子悬浮操作的工作段以及执行转子预充磁操作的预充磁段，工作段外形呈开环式的圆弧体状，所述预充磁段分置于定子组件工作段上的两弧面周向端面的至少一端处设置，所述预充磁段与工作段磁极方向同向且共同构成所述磁极单元。

本发明的主要优点在于：通过以上结构，依靠呈开环布置的定子组件，从而实现基于转子的开环悬浮目的，也就避免了传统的闭环圆形定子所必然导致的间接增加转子悬浮重量的缺陷；更重要的是，本发明通过设置预充磁段，在每次转子上某块区域需要进入开环状定子组件的工作段并进行正常悬浮工作之前，其都必然会首先经过预先设置好的预充磁段并进行转子的该区域的预充磁操作，也就是说，通过人为添加预充磁单元，从而可控的保证转子旋转时的定子组件两侧电磁铁电磁力的均衡性，以最终确保其在高速旋转下的稳定性；本发明通过预充磁操作，也就从根本上杜绝了传统磁悬浮轴承固有操作方式所带来的电磁力乃至电流失衡状况，其工作效率极高。

本发明的另一个目的是提供一种用于磁悬浮轴承预充磁结构的控制系统，以有效实现基于磁悬浮轴承的预充磁目的，其工作稳定可靠。