[实用新型]一种轴向磁悬浮轴承装置

说明书

本实用新型提供的轴向磁悬浮轴承装置，包括：转子套件、上轴向磁轴承定子套件、下轴向磁轴承定子套件和装配体，所述转子套件包括轴芯和围绕所述轴芯对称设置的轴向推力盘，所述上轴向磁轴承定子套件、所述下轴向磁轴承定子套件和所述装配体以所述轴芯的中心呈中心对称结构，所述上轴向磁轴承定子套件及所述下轴向磁轴承定子套件固定设置于所述装配体的两侧，所述装配体及所述轴向推力盘所在的水平方向一致，所述上轴向磁轴承定子套件包括永磁体，所述永磁体可吸引所述推力盘致使所述轴芯移动，上述轴向磁悬浮轴承装置，以永磁体代替上轴向磁轴承的线圈，轴向推力盘在永磁铁的吸合作用下具有自保持功能，而无需额外耗电，解决了上轴向磁轴承发热严重的问题。

技术领域

本实用新型涉及制冷及低温技术领域，特别涉及一种轴向磁悬浮轴承装置。

背景技术

随超流氦在高能物理、核聚变、超导电力等领域的广泛应用，大型超流氦制冷循环系统已成为不可或缺的基础支撑设施。目前国际上普遍采用离心式冷压缩机对液氦存储器中的氦蒸汽进行抽吸降压以大规模产生超流氦。

现有技术中提供了一种技术方案，冷压缩机竖直放置，转子由两个径向电磁悬浮轴承和一个轴向电磁悬浮轴承支撑，转速达50krpm。叶轮和蜗壳处于转子的下端，置于约3K冷箱中。为保证冷压缩机工作效率，理论上叶轮和蜗壳之间的叶顶间隙越小越好，但是考虑到实际加工和装配限制，叶顶间隙一般为0.1-0.2mm。电机和轴承处于转子的上端，置于室温环境。为避免外界环境污染工质，一般对压缩机整机采用较为严格的气动密封措施。然而，磁轴承、电机和转子都属于发热装置，气动密封措施进一步加剧了机内气温的升高。压缩机在正常运行时，位于转子上端，轴承附近的温度接近340K。转子下端处于极低温环境，转子跨越温区达340K。材料的热胀冷缩为冷压缩机的顺利启停、甚至正常运行带来一些问题。

其中最为显著的一个问题是，冷压缩机在正常停机后，处于冷箱中的蜗壳继续保持极低温度，而转子复温较快，和转子连接的叶轮由于热膨胀会和蜗壳冻结在一起，不仅影响冷压缩机的正常复工，甚至会对叶轮和蜗壳造成不可逆损伤。

此外，对于竖直放置的磁悬浮旋转机械，为抵消转子重力，同时保证轴向磁轴承的推力盘处于气隙的中间位置，一般采用如下两种方式：(1)上、下轴向磁轴承结构对称，上轴向磁轴承的电流大于下轴向磁轴承；(2)轴向磁轴承采用非对称结构形式：上轴向磁轴承的结构尺寸，如线圈绕组匝数、磁极面积等大于下轴向磁轴承。无论采用哪种方式，为抵消转子重力，上轴向磁轴承都要比下轴向磁轴承产生更多的热量。对于极低温制冷系统而言，发热是一个敏感且严重的问题。

为避免磁轴承产热，在冷压缩机停机后需要关闭其电源，转子在重力作用下，落在辅助轴承上，使得叶轮和蜗壳的间隙更小。由于转子上部分处于室温区，和转子连接的叶轮复温较快，而蜗壳复温较慢，导致叶轮和蜗壳冻结在一起，不仅影响冷压缩机的正常复工，甚至会对叶轮和蜗壳造成不可逆损伤。

实用新型内容

鉴于此，有必要提供一种能有效避免叶轮和蜗壳接触、且发热较少的冷压缩机用停机防护的轴向磁悬浮轴承装置。

为解决上述问题，本实用新型采用下述技术方案：

本实用新型提供了一种轴向磁悬浮轴承装置，包括：转子套件、上轴向磁轴承定子套件、下轴向磁轴承定子套件和装配体，所述转子套件包括轴芯和围绕所述轴芯对称设置的轴向推力盘，所述上轴向磁轴承定子套件、所述下轴向磁轴承定子套件和所述装配体以所述轴芯的中心呈中心对称结构，所述上轴向磁轴承定子套件及所述下轴向磁轴承定子套件固定设置于所述装配体的两侧，所述装配体及所述轴向推力盘所在的水平方向一致，所述上轴向磁轴承定子套件包括永磁体，所述永磁体可吸引所述推力盘致使所述轴芯移动。

在其中一些实施例中，所述轴芯为阶梯型轴，采用非铁磁材料，所述轴向推力盘呈环形，采用导磁材料。

在其中一些实施例中，所述轴芯和所述轴向推力盘以过盈的方式装配。