[实用新型]永磁能悬浮轴承

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种无机械接触的磁悬浮支撑永磁型磁浮轴承，更具体地说，本实用新型涉及一种永磁能悬浮轴承。

背景技术

现有的轴承由于承担了轴转动时的精确定位和轴载荷产生的全部作用力，使传统的轴承使用时间长后，都会产生严重磨损，而必须更换。由于机械旋转体在转动时，轴载荷对轴承会产生影响轴承使用寿命的摩擦力，要消耗轴转动的部分能量，尤其是卧式旋转设备中高速运转的旋转轴自身重量，产生的单边径向作用力，加剧了滚珠轴承摩擦力对轴承的磨损速度，导致转轴的动态性能以及刚度、阻尼和稳定性的失衡。甚至产生极高的温度，轴承产生的摩擦力发热而消耗转轴的能量，进一步缩短了旋转体的使用寿命。特别是在大型设备、发电机、高速旋转机械设备的转轴轴承，这种问题尤为突出，因此，现有技术不得不配置结构复杂、体积庞大、价格昂贵的冷却循环系统来加以解决。

随着旋转机械朝高转速、高精度和高柔性等多方向的发展，近年来有关磁力轴承的研究成果及发展动向论述已成为专家们竞相研究的热门课题。2010年8月22日至25日，在汉举行的，由武汉理工大学与西安交通大学共同主办，武汉理工大学校承办的“第十二届国际磁悬浮轴承学术会议”，来自17个国家和地区的约130位代表出席了会议，来自英、美、德、日、南非、瑞士、奥地利等国家和地区的近80名知名学者作了磁悬浮轴承的学术报告。

现有技术中的特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中的悬浮轴承(Magnetic Bearing)，是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。其原理是磁感应线与磁浮线成垂直，轴芯与磁浮线是平行的，将转子的重量固定在运转的轨道上，利用几乎是无负载的轴芯往反磁浮线方向顶撑，形成整个转子悬空在固定运转轨道上。但这项技术并没有得到欧美国家的认可。例如山东科技大学磁悬浮研究中心研制的可用于高速旋转机械、高速加工机床、超洁净环境、飞轮储能、风力发电机等的磁悬浮轴承电主轴，是一种图6所示的在单个方向上五自由度的磁悬浮轴承结构。它是由设置在旋转体承托部上，并具有轴向开口的环形凹槽及被该环形凹槽所界定出的内外环形磁軛和在环形凹槽内设置的电磁线圈所构成具有环形凸极的初级铁心，与设置在旋转体上并具有轴向开口的环形凹槽及被该环形凹槽所界定出的内外环形磁軛所构成具有浅槽型环形凸极的次级铁心所组成。所构成的初级定子部和具有与初级定子部环形副磁极直径相等的旋转体心轴端，两者通过气隙对正，并使其具有相互对称的齿槽极面，是用位移传感器检测转子的轴偏差信号，并转换送入控制器，功率放大器控制电磁铁中的电流，产生的电磁力来保证转子稳定悬浮于设定位置的。

长期以来人们努力研究，投入了大量人力、物力研制的电磁型“磁悬浮轴承”，通常都是由控制器、转子、电磁铁、传感器和功率放大器五部分组成磁悬浮轴承系统。其中最为关键的控制器部件是决定整个磁悬浮轴承系统性能的核心。国内对磁悬浮轴承控制器的控制规律研究起步较晚，当前使用较多的都是控制精度不是很高的常规PID和PD控制。由于每个系统都必须对应相应的K_P，K_I，K_D，调节起来很麻烦，使用很不方便。不能做成象“傻瓜型设备”那样任何人都能很方便的使用产品。

目前国内外集众多门学科于一体，号称最能体现机电一体化的磁悬浮轴承产品，其磁悬浮的意义在事实上都是一种辅助功能，并非是独立的轴承形式。从整个装置结构上看，不仅结构及其复杂，功耗大、成本高，体积大，互换性差，而且不同的磁悬浮轴承还必须有相对应的控制器，还不能同时实现两个及两个以上自由度的控制，即便是数字化的控制器，都难以实现复杂的控制。

当前的各种“磁悬浮轴承”虽然都能在理论上利用“磁能”来对冲轴上的承载力，使转轴在悬浮状态转动。但都不能解决应用简单、低成本、自适应控制和轴在转动时的精确定位，并未起到实际的轴承作用。在各种技术方案中，采用多个向心设置的电磁铁和复杂的反馈控制，都带有不同程度的技术缺陷，运行成本太高，悬浮4Kg的轴载荷，花费的成本高达30余万，而且运行的成本也很高，实用磁悬浮轴承的关键技术仍未突破。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种结构简单，低成本，不产生机械磨损和热量，能耗低、无噪声、寿命长、无需润滑、无油污染，使用方便，动态稳定，既能冲兑轴上承载，又能提高机械旋体转速，并能与普通转轴轴承组合消除轴承承载力的永磁能悬浮轴承。