[发明专利]航空器或航海器动力系统中的磁悬浮轴承

说明书

本发明是以磁体的趋中效应原理开发的新方法和新装置，本磁悬浮轴承是一种广谱的新结构无接触轴承，包含有主动型、被动型、全磁悬浮型，在磁体结构上可分为永磁型和励磁型，在结构布置上可分为磁体沿轴向布置和磁体沿径向布置的不同形式，可用以取代多种传统机械轴承，尤其适合用以替代航行器中的推力轴承，将轴向力由刚性机械接触改变为无接触式弹性传递，从根本上消除了摩擦力和磨损，提高轴系的机械传动效率，更能降低航行器动力噪声。

技术领域

本发明属于机械动力技术领域，具体地说，涉及航空器或航海器通用动力系统中的轴承装置及其安装方法。

背景技术

在航空器、航海器领域的各种航行器驱动推进器中，动力装置产生的转动能量，在将流体向后推动的过程中，航行器转轴会受到流体的反作用力，但是这个原始反作用推进力往往产生于推进轴上，必须通过推力轴承才可能将推进力传递到航行器本体，而成为航行器的真正推进动力。而在推进力传递过程中，由于转子轴处于转动状态，就会在推力轴承中产生摩擦力。这种摩擦力会带来多种不利影响，例如，摩擦力会造成能量损耗、降低机械传动效率；摩擦所产生的热能将恶化轴承的工作环境条件，增加散热的额外开销和难度；摩擦会造成机械磨损，降低轴承的工作寿命；摩擦会引起机械故障，增加维修保养成本；摩擦产生的振动和噪声，影响环境、降低航行器的隐蔽性，等等的缺陷，很难从根本上加以克服。

能否将航行器转轴上的推进力不经推力轴承，直接通过弹性方式转移到航行器本体，从而大幅消除甚至全部消除摩擦力和磨损，其意义非常巨大，但其难度也是不言而喻的。

发明内容

在研讨电机，特别是研究永磁电机的磁场结构时，发现了一种特别的磁场力，这种磁场力是由电机磁场的“趋中效应”所产生的。

所谓“趋中效应”是这样一种现象，在一段转轴上的两端设置滑动轴承，在这段轴上设置转子体，在转子体外围对应的位置设置定子体，定子体固定在机体上，定子体和转子体间没有任何机械接触，定子体和转子体上分别布置磁铁和导磁体。则不论转速是正转还是反转，也不论转速高低如何，磁铁和导磁体间都会产生稳定的磁性吸力，这个磁性吸力就能够利用于构成为定子体和转子体间力传递的媒介。如果使转轴在任何一个轴方向受到一定的轴向外力，则轴向外力都可能使转轴发生与外力方向相同的或多或少的轴向位移，但是移动后的转轴将产生一个针对所述轴向外力的磁性回复力，而且这个磁性回复力与所述轴向外力大小相同、方向相反。也就是说，在轴向可以自由移动的转轴能自动回返到其原始中心的平衡位置，且发现外力方向和大小与位移呈正相关，这种现象称为转轴的趋中效应，趋中效应是定子体和转子体间力传递的物理基础。

这一效应是首先在永磁电机中发现的，本发明的目的，就是利用磁场的趋中效应这一物理基础，来构筑一种与电机无关的新的轴承结构方法和装置，以取代传统的推力轴承，克服传统推力轴承的既有缺陷。

本发明的构成磁悬浮轴承装置和方法，目的是利用在一段转轴上设置的、类似于永磁电机的定子体和转子体的磁场结构，利用定子体和转子体间所产生的、使转轴自动回复到其原始中心平衡位置的趋中效应，可以将转轴上的受力从转轴无接触地传递到定子体，从而取代被替代推力轴承的力传递功能，消除原有传统轴承中的摩擦力及磨损，同时提高轴系的机械传动效率。

本发明的磁悬浮轴承装置，其特征为，装置由转子体(2)和定子体(3)两部分组成，转子体(2)设置在转轴(1)上，转轴能沿轴向自由移动；定子体则固定在机体上，定子体内无接触地包围着转子体；转子体和定子体相对应的表面分别布置有成双数的磁体和对应的导磁体，磁体的极性交替布置，即一种极性磁体的相邻磁体为另一极性；装置利用转子体和定子体间的轴向位移，将转轴上的轴向力无接触地转移到定子体上；转轴的两端分别设置滑动轴承，承担由转轴重力形成的径向力。