[发明专利]着陆轴承和磁轴承组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用在磁轴承组件中的着陆轴承(landing bearing)和包含根据本发明的着陆轴承的磁轴承组件。

背景技术

已知可采用磁轴承来在正常操作下通过使用磁悬浮将转子或轴保持在定子内的中心径向位置而不会使得转子和定子之间机械接触。磁轴承包括由适合电路电驱动的电磁铁以伺服控制定子中转子的径向位置。

转子径向保持在定子内的效果由电磁铁传递的力所决定，这就需要以充足的电能对电磁铁进行稳定的供电。

如果供给电磁铁的电能发生中断或者如果对磁轴承所支承的轴或转子突然施加大的径向或轴向力，轴承将不再能够将转子固定在中心并且将发生“着陆(landing)”状态，在该状态下，转子从被保持在无机械接触的状态变化到被保持在有机械接触的状态。

在该着陆过程中，转子将与定子接触。由于转子或轴在通常情况下高速旋转，例如，以大于30,000转每分钟(rpm)的速度旋转，这样的接触将导致包含该磁轴承的设备损坏。

为了解决该问题，磁轴承已经安装有着陆用的副机械轴承，其通常被称作着陆轴承。

由于磁轴承通常以非常高的速度运行，因此紧急停运(滑动)的功率通常很高。该高停运功率需要着陆轴承具有很高的耐磨性和很小的摩擦力。由于空间的限制和成本的原因，滑动平面轴承(sliding plain bearings)要优于滚动轴承，特别是对于小型磁悬浮轴承系统而言。

为滑动轴承提供液压润滑的油润滑需要较大的空间和昂贵的密封系统。由于滑动轴承的协调接触，油脂将被推出，从而难以对油脂润滑进行密封。为了克服高滑动功率的损害，例如类金刚石(DLC)的先进涂层已被推荐用来对平面轴承的内环或轴套进行涂敷，然而这大大增加了着陆轴承的成本。

发明内容

本发明试图通过提供一种耐久性高、同时能避免润滑剂泄漏的着陆轴承来解决上述问题。

本发明涉及一种用在磁轴承组件中的着陆轴承，着陆轴承包括优选为形成在安装在轴上的轴套上的第一着陆表面并包括优选为形成在与着陆轴套同轴地安装在壳体中或定子中的衬套上的第二着陆表面。第二着陆表面被设置为面向第一着陆表面。

作为对在轴套或衬套上提供涂层着陆表面的替代，涂层可以直接涂敷在转子和/或壳体上。

提出第一着陆表面和第二着陆表面的至少一个具有填充有润滑剂的至少一个凹部。着陆轴承可以是径向轴承或轴向轴承或组合了彼此成一角度设置的两个或多个着陆表面的径向-轴向轴承。表面可以位于轴承环的一个部件或两个部件上。为了便于制造，具有凹部的着陆表面优选是第一着陆表面，即，着陆衬套的一个表面。

着陆表面的凹部能够长时间的保留住润滑剂并同时防止泄漏。其结果是，能够实现具有良好或者至少是令人满意的使用寿命的低成本着陆轴承。

优选的，第一着陆表面和第二着陆表面的至少一个涂敷有多孔结构层。多孔结构层可吸收润滑剂的基础油并避免泄漏。如果多孔结构层与凹部位于同一着陆表面，则对基础油的吸收将尤其有效。

优选的，衬套由最低表面硬度为40HRC、优选大于52HRC的淬火钢制成。此外，提出着陆轴套由淬火钢制成(其可以特别地比用于衬套的钢更硬)，具有的最低表面硬度为40HRC，优选大于52HRC。衬套的硬度更高可以降低磨损。然而，为了节省成本，优选可对轴套和衬套采用相同的钢材。

当多孔结构层的孔大小为0.001至2μm，孔密度为1至20％和/或层厚度为0.5至20μm时，可以实现充分的和可靠的效果。该范围内的孔的大小一方面易于制造，同时较大的孔还会弱化结构和载荷能力，而较小的孔不能填充润滑剂。

优选的，多孔结构层的孔大小为0.1至1μm，孔密度为5至10％和/或层厚度为3至7μm。这种层的厚度被选择为一方面易于制造实现，同时较大的层厚度尺寸还会弱化结构和载荷能力。

此外还提出多孔结构层包括锰磷酸盐、锌-钙磷酸盐和黑色氧化物中的至少一种。锰磷酸盐的孔密度更大、层厚度更厚，但是比黑色氧化物相对要软。因此，锰磷酸盐是长持久时间而软着陆的优先选择。黑色氧化物的孔密度更低、层厚度更小、但是硬度更高。因此，黑色氧化物对于硬着陆而短持久时间来说是优先选择。锌磷酸盐比其他两种涂层更软，比锰磷酸盐更薄，但是比黑色氧化物更厚。其可用于中等着陆情况。

在制造工艺简单的本发明的优选实施例中，采用化学转换工艺优选在80至140℃的温度下涂敷多孔结构层。

也可使用如等离子体沉积、PVD或CVD方法来涂敷其他可能的涂层。