[发明专利]基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径轴一体磁悬浮轴承

说明书

本发明公开了一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径轴一体磁悬浮轴承，该正交磁路径轴一体磁悬浮轴承的径向磁轴承线圈安装在定子铁芯的定子齿组上，定子铁芯的外圆盘处安装有存在一定间隙的两个径向刚性导磁环，以防止永磁磁路短路；轴向磁轴承线圈位于转子轴的推力盘处，且轴向磁轴承线圈安装在两个导磁环形成的腔中；推力盘的两侧分别设有起到轴向自润滑的石墨环与辅助轴承骨架；在径向柔性导磁环的内环腔中设置径向辅助轴承骨架与石墨内凸环，起到径向自润滑。本发明采用轴向与径向电磁磁路，以及径向磁轴承与辅助轴承相结合为一体的技术手段，解决了传统磁轴承同轴度低的技术问题。

技术领域

本发明涉及磁悬浮轴承，更特别地说，是指一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径轴一体磁悬浮轴承。

背景技术

磁悬浮轴承(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。

对于磁悬浮电机的结构请参考《Modeling and Design of 3-DOF MagneticBearing for High-Speed Motor Including Eddy-Current Effects and LeakageEffects》，作者乐韵等，2016年6月第63卷第6期，公开在“IEEE TRANSACTIONS ONINDUSTRIAL ELECTRONICS”。此文献的图1介绍了一种典型的高速磁悬浮电机的总体结构，所述图1的右半部分中，由辅助轴承(Backup bearing)与径轴一体磁轴承(3-DOF MB)形成了所述高速磁悬浮电机的径向支撑部分。

传统磁悬浮轴承和辅助轴承配合使用的缺点：

1、由于磁悬浮轴承定子与辅助轴承分别固定在不同的零件上，使磁悬浮轴承定子与辅助轴承很难达到较高的同轴度要求，进而使磁间隙与辅助间隙不对称，从而使控制系统很难达到磁悬浮轴承的高精度控制。

2、当高速磁悬浮转子失稳时将与辅助轴承发生激烈碰撞，由于传统机械轴承刚度较高且阻尼较低，机械轴承滚珠很容易受高频冲击变形而使辅助轴承“卡死”，进而使高速转子与辅助轴承内圈发生剧烈摩擦，大量的摩擦生热会使转子与辅助轴承融焊在一起，使高速磁悬浮电机报废。

3、磁悬浮轴承与辅助轴承的配合使用使高速磁悬浮电机的轴向长度比传统机械轴承电机的长度很多(至少2倍左右)，进而降低了转子的刚性模态。

发明内容

为了提高高速磁悬浮电机的抗失稳能力和转子的刚性模态，以及提高控制系统对磁悬浮轴承的控制精度，本发明设计了一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径轴一体磁悬浮轴承。该磁悬浮轴承设有径向轴承部分和轴向轴承部分。本发明磁悬浮轴承一方面利用通电线圈产生电磁磁路，另一方面利用永磁体产生永磁磁路，并且电磁磁路与永磁磁路为空间正交分布。该永磁磁路经过柔性辅助轴承，将辅助轴承的结构作为磁轴承磁路的一部分，节省了磁悬浮轴承的空间，也使得磁轴承和辅助轴承的结构可以进行一体化设计，进而使磁悬浮电机整体结构变得更加紧凑，达到小尺寸设计。

本发明是一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径轴一体磁悬浮轴承，其特征在于：该正交磁路径轴一体磁悬浮轴承是由A轴向导磁环(1A)、B轴向导磁环(1D)、A永磁体(1B)、A径向冲磁刚性导磁环(1C)、径向冲磁柔性导磁环(2A)、B永磁体(2B)、B径向冲磁刚性导磁环(2C)、A轴向辅助轴承骨架(3A)、 B轴向辅助轴承骨架(3C)、A石墨外凸环(3B)、B石墨外凸环(3D)、径向冲磁轴承骨架(4A)、石墨内凸环(4B)、径向冲磁轴承挡环(4C)、径向磁轴承线圈组 (5)、轴向磁轴承线圈(5A)和定子铁芯(8)组成；

径向磁轴承线圈组(5)中的线圈和轴向磁轴承线圈(5A)为线径0.5mm的纯铜绕制；