[发明专利]一种可调刚度径向永磁轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴承，尤其涉及一种可调刚度径向永磁轴承。

背景技术

磁轴承的理论研究最早从永磁轴承开始，Earnshaw等人发现，仅由永磁轴承不能实现所有自由度的稳定悬浮。Yonnet等提出了多种结构的径向和轴向永磁轴承，并建立模型对其承载力和刚度进行了计算。Dellinger，谭庆昌等人利用等效磁荷法，对轴向磁化的径向永磁轴承进行了数学建模和求解。田录林等人利用磁路模型和虚位移法对多种永磁轴承的刚度和承载力进行了计算。以上研究都集中在求解永磁轴承的承载力和刚度与永磁体尺寸、悬浮间隙之间的关系，刚度由系统的结构参数决定，一旦设计加工完成后，无法进行调节，缺乏可调刚度永磁轴承的理论与应用研究。

径向永磁磁悬浮轴承利用永磁体之间的磁力，实现转子悬浮于径向设定位置。目前的径向永磁轴承多采用双环状，或者多环状结构，转子部分由一个或者多个磁环轴向并排装配，定子部分也由一个或者多个磁环轴向并排装配，两者无物理接触。当转子在径向偏移平衡位置时，定子磁环对转子磁环会产生一个指向平衡位置的径向力，使转子回到平衡位置，从而实现径向的被动悬浮。刚度是表征径向永磁轴承特性的主要指标和参数。

永磁轴承在应用中常常要面临可变负载，因此刚度不可调节往往影响永磁轴承的被动悬浮特性。另外，刚度调节在高速旋转机械过临界转速和振动抑制方面都有重要的作用。传统永磁轴承刚度不可调，从而限制了永磁轴承的应用。实现永磁轴承刚度的调节，将拓宽永磁轴承的应用。

目前的径向永磁轴承的缺点是，刚度由系统的结构参数决定，具体包括永磁体的磁性能、结构尺寸、充磁方向等参数，一旦设计加工完成后，转子在空间某一位置时，径向永磁轴承的刚度是确定的，无法进行调节。

径向永磁轴承的刚度无法调节，会导致一系列的系统问题：

1)系统的支撑性能无法调节，无法适应可变负载。

2)系统的临界转速由刚度确定，当工作转速在临界转速附近时，将发生共振，导致系统不稳定。

3)与电磁轴承相比，不具备承载力可调、刚度可调的特性，限制了径向永磁轴承应用。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种可调刚度径向永磁轴承，该径向永磁轴承的刚度可以根据实际工程需求进行调节，能够适应不同负载的需要。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可调刚度径向永磁轴承，包括：定子、定子永磁磁环、定子磁环调节装置、转子、转子永磁磁环；

在定子和转子的内周面相对应位置处分别设置数量相同的定子永磁磁环和转子永磁磁环；

所述定子永磁磁环上连接有用于调节定子磁环轴向间距的定子磁环调节装置，定子磁环调节装置能够在外力下带动定子永磁磁环沿轴向移动，所述定子永磁磁环与转子永磁磁环之间留有用于形成径向气隙的间隙。

所述定子磁环调节装置一端设有用于与定子永磁磁环连接的连接头、另一端设有用于带动定子磁环调节装置旋转的旋转头，定子磁环调节装置的中间部分与定子接触的一面设有用于与定子进行配合连接的螺纹结构；所述旋转头位于定子外侧，由外部驱动装置驱动旋转，进而通过改变定子磁环调节装置旋进定子的距离控制定子磁环调节装置轴向位置的改变。

所述外部驱动装置驱动为外部步进电机，由电机控制定子磁环调节装置轴向位置的改变。

所述定子磁环调节装置由非磁性材料制成。

所述定子磁环调节装置与定子永磁磁环之间通过粘接或者机械配合方式紧固连接；定子磁环调节装置能够由外力驱动沿轴向移动。

所述转子设置在定子内部或者转子设置在定子外部。

所述定子永磁磁环由两个轴向充磁且充磁方向相对的定子磁环组成，每一个定子磁环均连接用于调节定子磁环轴向间距的定子磁环调节装置。

所述转子永磁磁环由两个轴向充磁且充磁方向相对的转子磁环组成。

所述定子永磁磁环和转子永磁磁环分别在定子和转子的内周面上均匀布置。

本发明的有益效果：

1)与传统径向永磁轴承相比，当转子处于某一位置时，可以通过调节定子磁环的轴向位置和轴向间距，调节定子转子之间径向力和径向悬浮刚度，传统径向永磁轴承无法调节。

2)本发明结构简单，传统的刚度可调的径向电磁轴承需要传感器、控制器、功率放大器等硬件，本发明省略的这些硬件。

3)本结构通过径向刚度调节，可以改变转子的临界转速，可以适应不同的工作环境。

附图说明

图1为可调刚度径向永磁轴承转子在内的结构示意图；