[发明专利]一种抗磁悬浮微型轴承转子系统

说明书

本发明公开了一种抗磁悬浮微型转子系统，包括：悬浮系统、旋转驱动系统，所述悬浮系统和旋转驱动系统相对放置，中间有工作气隙，所述悬浮系统包括悬浮转子和磁场提供装置，所述悬浮转子为圆片形，位于磁场提供装置上方，悬浮转子与磁场提供装置之间为通过磁场形成的悬浮气隙，所述悬浮转子采用抗磁性材料制作，磁场提供装置采用电磁铁或永磁体，旋转驱动系统采用磁场驱动系统或电涡流驱动系统。本发明的抗磁悬浮微型转子系统实现了抗磁悬浮轴承转子系统主动旋转功能，可降低了转子旋转时的涡流损耗，实现轴承的微型化，无需任何能量输入，即可以实现常温、被动、无摩擦、静态稳定悬浮，悬浮稳定。

技术领域

本发明公开了一种抗磁悬浮微型转子系统，属于磁悬浮轴承技术领域。

背景技术

轴承作为最为重要的机械基础件之一，广泛应用于各类机械设备中。随着人们对机械产品的轻量化、微型化和精密化等需求的日益增长，作为微机电系统的关键设备之一，微型轴承引起了相关领域的高度关注。

早期的微型轴承主要为干摩擦轴承，采用微加工技术设计和制造微型轴承。但由于尺度效应，随着微型机械几何尺寸减小，表面积与体积之比变大，机械接触式轴承的损耗比急剧增加。

抗磁悬浮是利用抗磁性物质的抗磁性使其在磁场中稳定悬浮的技术，最初于18世纪年发现，但由于抗磁力自身非常微弱，研究人员当时并未对抗磁悬浮进行深入的研究。直到近30年来，随着微细制造与强磁场技术的发展，抗磁悬浮相关研究及应用才开始兴起。抗磁悬浮不受恩绍(Earnshaws)定理的限制，可以实现常温、被动、无摩擦、静态稳定悬浮。在尺度效应下，抗磁悬浮力与被悬浮物重力之比随尺度降低而增大，在微型转子中具有极大的应用前景。

在本发明之前，在抗磁悬浮微型轴承转子方面，国内外相关研究处于起步阶段，大部分研究侧重于抗磁悬浮轴承转子的物理特性研究。而对于旋转功能的实现，大多数学者采用气体作为动力源，对如何主动实现抗磁悬浮轴承转子系统的旋转驱动功能研究成较少。例如在文献Cansiz A,Hull J R.Stable load-carrying and rotational losscharacteristics of diamagnetic bearings[J].IEEE transactions on magnetics,2004,40(3):1636-1641.中，作者采用氮气吹动抗磁悬浮转子运行，并在转子停止气体推动后，利用抗磁悬浮转子降速的特性，推算出抗磁悬浮轴承的损耗特性。

发明内容

发明目的：本发明针对现有微型干摩擦轴承损耗较大，而新型的抗磁悬浮微型轴承转子系统不具备自主旋转驱动的局限性，提出了一种抗磁悬浮微型轴承转子系统。

技术方案：

一种抗磁悬浮微型转子系统，包括：悬浮系统、旋转驱动系统，所述悬浮系统和旋转驱动系统相对放置，中间有工作气隙，所述悬浮系统包括悬浮转子和磁场提供装置，所述悬浮转子为圆片形，位于磁场提供装置上方，悬浮转子与磁场提供装置之间为通过磁场形成的悬浮气隙，所述悬浮转子采用抗磁性材料制作，磁场提供装置采用电磁铁，所述电磁铁包括圆柱型抗磁性器件、环型抗磁性器件、第一线圈绕组和第二线圈绕组，圆柱型抗磁性器件嵌套在环型抗磁性器件中；圆柱型抗磁性器件的直径与环型抗磁性器件的内径相同，圆柱型抗磁性器件的长度大于环型抗磁性器件的长度，且嵌套时候保持两者上平面平齐，圆柱型抗磁性器件下端未嵌套在环型抗磁性器件的部分，外部设置有第一线圈绕组，第一线圈绕组通过电流产生电磁场，环型抗磁性器件外圈设置有第二线圈绕组，第二线圈绕组通过电流产生电磁场，且第二线圈绕组与第一线圈绕组中通过的电流方向相反，产生两个相反的磁场。

进一步地，磁场提供装置采用永磁体代替电磁铁，所述永磁体包括圆柱型永磁体器件和环型永磁体器件，圆柱型永磁体器件嵌套在环型永磁体器件中，圆柱型永磁体器件的直径与环型永磁体器件的内径相同，高度相等，圆柱型永磁体器件置于环型永磁体器件内环中，且圆柱型永磁体器件与环型永磁体器件的充磁方向相反。