[发明专利]一种适用于磁悬浮轴承-转子系统的辅助轴承系统

说明书

本发明提供了一种适用于磁悬浮轴承‑转子系统的辅助轴承系统，所述系统包括滚动轴承(2)、用于支撑滚动轴承的弹性支撑件(8)、磁性液体形成的可控油膜(7)、励磁线圈(5)、用非导磁材料制作并固定线圈的线圈架(6)、弹性密封(3)及控制装置(11)；所述滚动轴承(2)安装在弹性支撑件(8)上，轴承内圈直接承受转子坠落的冲击，并在转子坠落后支撑转子旋转。本发明提供的辅助轴承系统采用弹性支撑件支撑辅助轴承，弹性支撑件的刚度可以根据不同转子系统重量、转速等特性进行预先选定，从而在转子坠落或碰撞辅助轴承后，提供最优支撑刚度。

技术领域

本发明属于机械设计及自动控制技术领域，具体涉及一种适用于磁悬浮轴承的转子系统的辅助轴承系统。

背景技术

磁悬浮轴承因其无摩擦、无需润滑、转子转速高、可对转子行为进行主动控制等优点，近年来逐渐应用于工业、航空航天等领域。由于电磁吸力的不稳定性及相对滚动、滑动轴承等较弱的承载能力，在采用磁悬浮轴承的转子系统中均配备有辅助轴承(或备用轴承，Backup bearing)，以防在磁悬浮轴承过载或失效时，转子坠落后损坏磁悬浮轴承本体甚至整个转子系统。

在现今的磁悬浮轴承应用系统中，辅助轴承一般采用滚动轴承，以利用其体积小、结构简单、可靠性高等优点。设计加工时，转子轴颈与辅助轴承内圈的间隙小于磁悬浮轴承中磁极表面和转子表面间隙(气隙)，使得在磁轴承运转失效或转子振动过大时，转子碰撞或坠落在辅助轴承上，既避免了转子坠落损坏造价昂贵的磁悬浮轴承，也能使转子坠落后在辅助轴承上运行一段时间，为转子系统减速停机争取时间，不至于完全破坏整个转子系统。在实际使用中，辅助轴承往往直接安装在转子系统基座或机壳上。一方面转子高速旋转坠落后将对辅助轴承产生极大冲击载荷，另一方面辅助轴承自身阻尼极小，使得转子坠落冲击几乎全部由转子自身和基座吸收，这将对转子和辅助轴承内圈接触表面以及整个转子系统造成破坏，若转子高速重载工况下运行，其坠落后果将更加严重。

此外，在现今应用中，大量转子工作转速在其临界转速之上。磁悬浮轴承失效后，转子坠落在辅助轴承上将逐渐减速停机，期间要减速通过临界转速；转子坠落后和辅助轴承内圈不断碰撞，有极大概率会激发转子的反向涡动共振；再加之转子与轴承内圈是间隙配合，这几个因素共同作用下，转子的振动与碰撞将更加剧烈。

发明内容

发明目的：为了解决上述问题，提供一种适用于磁悬浮轴承-转子系统的辅助轴承系统，当转子跌落、碰撞辅助轴承后，或以辅助轴承支撑运转时，能够通过自动调节辅助轴承外阻尼，吸收一定的跌落、碰撞冲击载荷以及转子上不平衡力及过临界转速能带来的振动，从而实现保护转子系统及磁悬浮轴承的目的。

技术方案

本发明提供一种适用于磁悬浮轴承-转子系统的辅助轴承系统，所述系统包括滚动轴承(2)、用于支撑滚动轴承的弹性支撑件(8)、磁性液体形成的可控油膜(7)、励磁线圈(5)、用非导磁材料制作并固定线圈的线圈架(6)、弹性密封(3)及控制装置(11)；

所述滚动轴承(2)安装在弹性支撑件(8)上，轴承内圈直接承受转子坠落的冲击，并在转子坠落后支撑转子旋转；

励磁线圈(5)绕制在线圈架(6)上，且线圈架(6)与弹性支撑件(8)的间隙中充满磁性液体形成的可控油膜(7)，油膜两端由弹性密封(3)密封防止泄露。

优选的，所述构成可控油膜(7)的磁性液体的粘度特性可以被励磁线圈(5)产生的磁场改变。

优选的，所述控制装置(11)采集来自磁悬浮轴承系统所有线圈(9)的励磁电流信号，以及来自磁悬浮轴承系统位移传感器(10)的转子位移信号，经控制算法判断后，向励磁线圈(5)提供励磁电流，产生磁场，进而改变可控油膜(7)特性。

优选的，所述控制装置(11)包括采集卡、控制器及放大器，所述采集卡用于采集磁悬浮轴承线圈电流及位移传感器信号；

所述控制器根据采集的信号计算输出控制信号；