[发明专利]用于磁悬浮转子系统的辅助轴承

说明书

一种组件，包括相对于固定外壳(16)通过至少一个主动磁性轴承(12)和至少一个辅助轴承(18)支撑的旋转轴(10)，主动磁性轴承(12)存在平均径向气隙(E1)，辅助轴承(18)包括一方面固定到外壳(16)的衬套(21)和另一面固定到旋转轴(10)的套筒(20)。衬套(21)和套筒(20)具有定义小于所述平均径向气隙(E1)的间隙(E2)的相对表面(24、23)。衬套(21)和套筒(20)的每个围绕轴(10)的纵轴呈现出对称，而在包括所述纵轴的纵向截面内具有不同形状，以当旋转轴(10)落在辅助轴承上时优化接触压力分布。

技术领域

本发明涉及用于磁悬浮转子系统的辅助轴承和涉及包含这种辅助轴承的磁悬浮。

背景技术

磁性轴承运行没有机械摩擦，但是需要持续供给电力。在动力失效的情况中，轴需要通过所谓的辅助轴承支撑，辅助轴承还称作着陆轴承、应急轴承或备用轴承。

装备有主动磁性轴承的旋转机械包括机械辅助轴承，辅助轴承用于如果一个磁性轴承过载或如果电气或电动控制电路失效或其他故障或悬浮过载的情况。

辅助装置提供机械冗余并且需要正确的界定和定义尺寸以便充分保证机械不被损坏并且一旦过载或伺服控制失效消失设备可以立刻恢复。

一般地干润滑或套筒衬套组合(平滑环)的滚动元件轴承可以被用于构建辅助轴承。

更特别地是使用滚动元件轴承的辅助轴承可以使用陶瓷滚动元件轴承。然而这种轴承费用高昂而且需要很大的空间。

辅助滑动轴承具有平滑表面，特别是使用套筒衬套组合的辅助轴承具有各种各样的缺点。特别地，通常套筒具有负载不足的承载能力和不能应对高滑动速度。由于磁性轴承的气隙，其不能预测轴是否以轴向对齐衬套中心轴的方式下降。可能发生轴和衬套未对齐而不是同心。这在安装在轴上的套筒的边缘上产生很高的接触压力。因此，通常避免套筒的使用。

安装在磁性轴承上的转子通常呈现非常高的公称转速。在这样的情形下，由于控制或动力供给失效如果发生转子落在辅助轴承上，转子在其旋转速度下存在偏心回旋运动，偏心随后通过辅助轴承的间隙定义。在这种情形下，出现非常高度的不平衡导致轴承的损坏或转子的变形。

图1示出了用于支撑旋转轴10的常规径向磁性轴承12的示例。磁性轴承12包括构成为电磁的定子，并包括铁磁芯14和线圈13。气隙E1定义在定子13、14和轴10外表面外围之间，其构成转子电枢。

套筒衬套型的辅助轴承18包括套筒20，套筒20可以例如为压配合在轴10的直径减小的圆柱部分22上。衬套21安装在外壳16中并且具有固定到外壳16并且相对于套筒20同心设置的圆柱状层。间隙E2定义在衬套21的内圆柱表面24和套筒20的外圆柱表面23之间。

辅助轴承18的相对表面23、24之间的间隙E2可以例如在0.2到0.3毫米之间并且小于磁性轴承12的气隙E1，气隙E1可以例如在0.4到0.6毫米之间。通常间隙E2大约为气隙E1的一半。

在套筒衬套型的常规辅助轴承中，例如辅助轴承18，如图1所示在纵轴截面相对表面23、24定义为直线形状。如上所述，当磁性轴承12失效并且轴10的套筒20落在衬套21上时，如果在下落期间轴与衬套未对齐，套筒的边缘上产生非常高的接触压力。

发明内容

因此需要解决的技术问题是弥补上述缺点，并且特别是在相关磁性轴承失效期间或通过相关磁性轴承支撑的停止运行时，降低套筒以及套筒衬套型辅助轴承的衬套的磨损和损坏。

本发明进一步的目的是即使轴在非常高的旋转速度下旋转让套筒衬套型辅助轴承的使用成为可能。

一般而言本发明的目的是让使用具有平滑表面的滑动轴承成为可能，平滑表面包括可以是与外壳或轴一体成型的或者是与外壳或轴通过衬套或套筒固定在一起的热处理表面。