一种单自由度磁悬浮转子支撑系统与磁力定心轴承的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种单自由度磁悬浮转子支撑系统和适用于单自由度磁悬浮转子支撑系统使用的磁力定心轴承。
【背景技术】
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[0002]本发明是对提高磁悬浮转子轴定心旋转精度的新结构和新方法。
【发明内容】
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[0003]1、一种单自由度磁悬浮转子支撑系统，适用于磁悬浮平台、电主轴、分子泵、风力发电机等具有转子立轴的装置使用；它是将两个预应力磁悬浮复合轴承(16-37)分别设置在所述立轴的上下近端部的位置上，所述预应力磁悬浮复合轴承是指:由一个相斥型径轴向磁悬浮轴承和一个轴向吸引型径向磁悬浮轴承以同心圆内外径向排列(图1_9、11、16所示)或径向错位排列(如图10所示)的方式所形成的复合磁悬浮轴承结构；在同一个预应力磁悬浮复合轴承当中，相斥型径轴向磁悬浮轴承上的转子部环形永磁体(81)和轴向吸引型径向磁悬浮轴承的转子部环形永磁体(82、83)共同设置在同一个转子基盘(84-105)上，所述转子基盘与所述立轴固连；相斥型径轴向磁悬浮轴承的定子部环形永磁体(107)或圆环形电磁铁线圈(108、109)和所述轴向吸引型径向磁悬浮轴承的定子部环形永磁体
(110,111)设置在同一个定子基盘(112-131)上，也可以将相斥型径轴向磁悬浮轴承的定子部环形永磁体和圆环形电磁铁线圈设置在立轴外围壳体的内壁(图2、6、7所示)上；为了节省材料，部分定子基盘还可以和立轴外围固定装置上的端盖(112、115、116、124、126、135、134、122、202、132、133、121)进行复合，从而成为复合定子基盘，所述定子基盘和复合定子基盘与所述立轴外围的定子壳体固连；所述轴向吸引型径向磁悬浮轴承的定转子部环形永磁体通过气隙轴向相对并使轴向所对应的环形永磁体数量相等和相互吸引以及具有相同规格的内外径；所述相斥型径轴向磁悬浮轴承当中的定转子部环形永磁体的内部磁通方向相互一致并通过气隙形成磁体间的部分径向重叠交叉以及使气隙两侧磁体等高和具有相同的体积；当气隙一侧使用的磁场源是圆环形电磁铁线圈(5051)时，则要求该圆环形电磁铁线圈与气隙对侧的转子部环形永磁体等高；在同一个预应力磁悬浮复合轴承当中，所述相斥型径轴向磁悬浮轴承的转子部所受推力和所述轴向吸引型径向磁悬浮轴承转子部所受的拉力相反；对于所述立轴上下部的两个预应力磁悬浮复合轴承当中的轴向吸引型径向磁悬浮轴承来说，两者对系统转子部产生的拉力是一致的；所述预应力磁悬浮复合轴承使用的环形永磁体均采用轴向充磁；所述预应力磁悬浮复合轴承当中的定子基盘和转子基盘以及定转子基盘上设置的各环形永磁体均与立轴保持同心并使立轴非接触地穿过端盖和复合定子基盘上的中心孔；在所述的单自由度磁悬浮转子支撑系统当中，具有相同功能的磁力轴承之间均可互换使用(图1、7所示)或叠加使用，相斥型径轴向磁悬浮轴承和轴向吸引型径向磁悬浮轴承的位置亦可对调互换(图4、9所示)；所述的单自由度磁悬浮转子支撑系统当中磁力定心轴承亦可视为轴向吸引型径向磁悬浮轴承；而电机亦被视为现有技术的磁阻型径向吸引型轴向磁悬浮轴承；所述的单自由度磁悬浮转子支撑系统当中，在至少一个所述轴向吸引型径向磁悬浮轴承的定转子磁极极面上设有非导磁的防粘死隔离片(图4、10所示)；
[0004]在本发明当中，位于当中气隙两侧的环形永磁体的数量可以是一个(图1)、两个(图1-4、6-8、10、11)或三个(图9)，当采用多个磁体组合时，各磁体之间都是紧密套装在一起并使相邻磁体保持等高和保持相邻磁体内部磁通在闭合回路当中的顺畅一致性；所述转子基盘和定子基盘采用非导磁材料制作。
[0005]在本发明当中，在所述立轴外围定子壳体上部或下部或上下部无输出轴一端的端盖(116、132、133、121、124、134、135、)中心部位还可以设置有轴向向外延伸的筒形延长部(140-149、130)，所述立轴的轴端端面与设置在筒形延长部内部的定子部圆柱体(191-194，182、186、189)的内端面通过气隙形成轴向相对并通过镶嵌在立轴轴端中心孔内且被轴向充磁的实心圆柱形永磁体(图4-6)或环形永磁体或由一个实心永磁体和一个环形永磁体紧密套装在一起构成的复合永磁体(图10、12)与气隙对侧定子部圆柱体中心部位上相同结构和数量的永磁体彼此正对和相互吸引，从而构成了单自由度磁悬浮转子支撑系统广泛应用的永磁型磁力定心轴承(图4、5、6、10、12、14、15)，在所述永磁型磁力定心轴承当中的定子部圆柱体可以采用轴向气隙可调型(图4、5、6、10、12、14)，也可以采用气隙固定式(图15)结构，但气隙固定式结构，只限于在立轴上下两端均无输出轴的情况下使用；在所述的复合永磁体当中，径向相邻永磁体的内部磁通互为相反和体积相等；所述定子部圆柱体的轴向位气隙调节，可以通过定子部圆柱体下部设置的外螺纹与筒形延长部内壁上的内螺纹配合(图10、12、14)实现，也可以通过定子部圆柱体上的球头连接杆(153)与筒形延长部端盖中心孔之见的螺旋配合实现，还可以通过固定在定子部圆柱体上的尾杆(150-152)与筒形延长部端盖中心孔之间的丝杠连接方式(图5、6)实现。
[0006]在本发明当中，所述永磁型磁力定心轴承还可以被电磁吸引型磁力定心轴承(图8、13)，所替代，所述电磁吸引型磁力定心轴承是将一个圆环形电磁铁线圈套装在筒形延长部端盖的中心芯柱(136、137)上，所述中心芯柱通过轴向气隙与立轴的上端部相对应，所述中心芯柱的磁极面可以是平面(图13)、锥形(图8)或截锥形极面，所述立轴的端部可以是和所述的中心芯柱的磁极面形成面对面(图13)的形式，也可以是锥形极对平面的形式，还可以是锥形极对锥形极(图8)的形式；所述电磁吸引型磁力定心轴承通过调整电流的大小实现对轴向工作气隙的厚度调节。
[0007]在本发明当中，所述永磁型磁力定心轴承当中的定子部圆柱体还可以是空心圆柱体(图14),所述空心圆柱体有被轴向充磁的实心圆柱形永磁体(154),所述空心圆柱体下部带有外螺纹，所述外螺纹与筒形延长部内壁上的内螺纹配合实现固定与气隙的调节。
[0008]在本发明当中，所述定子部圆柱体还可以被一个轴向充磁的实心圆柱形永磁体所替代，实心圆柱形永磁体被筒形延长部下部的肩台和上端部的端盖所固定，所述实心圆柱形永磁体与立轴端部之间的气隙是固定的(图15)。
[0009]在本发明当中，当预应力磁悬浮复合轴承的定转子基盘采用非导磁材料制造时，还可以在相斥型径轴向磁悬浮轴承的定转子部环形永磁体背离内外磁环径向重叠交叉的端部位置上，各设置一个内法兰式的导磁磁轭(157、158)和一个外法兰式的导磁磁轭
(159,160)并使两个导磁磁轭(157和159，160和158)的轴向延伸壁顺着相斥型径轴向磁悬浮轴承内外磁环之间的气隙走向形成轴向相对(图9)。
[0010]在本发明当中，在所述立轴与立轴外围的定子壳体的端盖之间还可以设置机械保护轴承，所述机械保护轴承与立轴之间采用滑动副配合。
[0011]在本发明当中，还可以采用使所述立轴上部预应力磁悬浮复合轴承(35)当中的相斥型径轴向磁悬浮轴承(56)的定子部环形永磁体和轴向吸引型径向磁悬浮轴承的定子部永磁体设置在同一个带有筒形延长部(145)的电主轴的上部端盖(134)上，所述轴向吸引型径向磁悬浮轴承由所述立轴上端中心孔内的实心圆柱体永磁体或复合永磁体通过轴向气隙所对应在所述筒形延长部(145)端部定子部圆柱体(182)中心孔内的实心圆柱体永磁体或复合永磁体所构成的永磁型磁力定心轴承(图10)所替代；所述相斥型径轴向磁悬浮轴承的转子部环形永磁体设置在立轴(10)外侧，所述永磁型磁力定心轴承也可以由电磁吸引型磁力定心轴承(图8、13)所替代；所述立轴上部的相斥型径轴向磁悬浮轴承(56)也可以被现有全永磁的径向吸引型轴向磁悬浮轴承所替代。
[0012]2、一种单自由度磁悬浮转子支撑系统，由电机定、转