[发明专利]Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统有效

专利信息
申请号: 201410213725.9 申请日: 2014-05-21
公开(公告)号: CN103939523A 公开(公告)日: 2014-07-23
发明(设计)人: 张铁林 申请(专利权)人: 张铁林
主分类号: F16F15/30 分类号: F16F15/30;F16C32/04
代理公司: 天津市宗欣专利商标代理有限公司 12103 代理人: 胡恩河
地址: 300180 天津市河东*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: halbach 阵列 磁悬浮 轴承 转子 支撑 系统
【说明书】:

技术领域

发明属于一种磁悬浮轴承与转子支撑装置,具体涉及一种Halbach(海尔贝克)阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统。

背景技术

储能技术在供电系统的节能、稳定与供电品质方面的应用越来越重要,储能飞轮作为一项重要的储能技术,受到世界各国的重视。美国、欧洲及日本均从国家战略的角度出发,对储能飞轮的研发提供政策与资金的支持,并获得了长足的进步。我国在储能飞轮技术研发方面已与国外先进水平拉开了明显的差距。

由于储能飞轮的技术瓶颈之一在于维持自身存储能量时需要外部提供轴承磨耗、电力变换与气体摩擦造成的能量损失,在使用机械轴承时,其机械磨耗占据了将近总能量损失的一半。据此极力降低储能飞轮储能运行期间的轴承磨耗,成为各国储能飞轮工程师的重要任务。

以上各国储能飞轮的转子支撑技术研发路线以超导、电磁轴承为主,永磁轴承作为辅助手段。由于我国在超导块体材料的实用化应用方面尚需时日,储能飞轮走超导悬浮的技术路线很不现实。五自由度电磁轴承一般采取与永磁轴承相结合的方式,应用中技术复杂、成本高,还需要着陆辅助轴承进行保护,在市场的推进方面遇到较大的阻力。机械轴承由于损耗大,劣势明显,应用范围狭窄。

如此一来,永磁悬浮技术成为国内储能飞轮转子支撑技术研发的一条重要途径。

《机械设计与研究》第22卷第四期2006年8月钱坤喜文章《陀螺效应使永磁悬浮心脏泵稳定平衡》中研究了利用转子达到一定转速时的陀螺效应,实现了转子稳定的永磁悬浮。

《International Journal of Research in Mechanical Engineering and Technology》Vol.1,Issue 1,Oct 2011中钱坤喜文章《关于陀螺效应对永磁悬浮从静态到动态平衡稳定的Earnshaw理论拓展》再次论述了陀螺效应实现转子稳定永磁悬浮现象,认为是关于Earnshaw永磁悬浮理论的拓展。

目前,由于常规的永磁悬浮轴承采用简单的同极相斥或是异极相吸方式,浮力小,体积大,难于应用到大型转子结构上,限制了永磁悬浮轴承的应用范围。同时由于恩绍定理(Earnshaw’s Theorem)的强制性限制,轴向稳定的磁轴承组合在径向不稳定,反之亦然。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的,其目的是提供一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统。

本发明的技术方案是:

一种Halbach阵列磁悬浮轴承与转子支撑系统,包括飞轮轴,在飞轮轴上安装有盘式储能飞轮,在飞轮轴的上下两端分别安装有上部机械轴承和下部机械轴承,在上部机械轴承的外围安装有上部阻尼器,在下部机械轴承的外围安装有下部阻尼器,所述盘式储能飞轮与上部机械轴承之间的飞轮轴上安装有上部径向永磁轴承内环,盘式储能飞轮与下部机械轴承之间的飞轮轴上安装有下部径向永磁轴承内环,上部径向阻尼器和下部径向阻尼器分别固定于与上部径向永磁轴承内环和下部径向永磁轴承内环相对应的真空容器内壁上,上部径向阻尼器和下部径向阻尼器内侧分别安装有上部径向永磁轴承外环和下部径向永磁轴承外环;盘式储能飞轮与下部径向永磁轴承内环之间的飞轮轴上安装有轴向永磁轴承内环,在真空容器内壁上对应轴向永磁轴承内环的位置设置有轴向永磁轴承外环;所述的上部径向永磁轴承内环、上部径向永磁轴承外环、轴向永磁轴承内环、轴向永磁轴承外环、下部径向永磁轴承内环和下部径向永磁轴承外环均是由多个充磁方向不同的环形永磁磁钢构成的Halbach阵列。

所述的上部机械轴承和下部机械轴承均为具有脱离功能的机械轴承;上部阻尼器、下部阻尼器、上部径向阻尼器和下部径向阻尼器均为挤压膜阻尼器。

所述的上部径向永磁轴承外环的上端面比上部径向永磁轴承内环的上端面低δmm、下部径向永磁轴承外环的上端面比下部径向永磁轴承内环的上端面低δmm。

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