一种电磁使能的主动式动压气体轴承的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高速无油润滑支承设备技术领域，特别涉及一种电磁使能的主动式动压气体轴承。
【背景技术】
[0002]电磁轴承是利用电磁力使转子稳定悬浮起来并且可以由控制系统控制其轴心位置的一种轴承，通常也可称为电磁轴承或磁悬浮轴承，现有技术中最常用的类型是主动磁悬浮轴承(AMB)。电磁轴承是利用磁力的作用是转轴悬浮在空间特定位置，实现传统轴承的作用，他避免了转子与轴承的直接接触，也无需润滑和密封，可以完全消除磨损，降低功耗；其具有可控性，可以对转子的位置进行主动控制，并且通过控制系统可以调整轴承的刚度和阻尼；电磁轴承还具有寿命长、工作温度范围大、自动平衡等优点。磁轴承系统由转子、传感器、控制器和执行器四大部分组成，其中执行机构包括电磁铁和功率放大器等。
[0003]从磁轴承自身的发展上看，还存在不少缺陷，如磁轴承运转的所有核心数据与响应都来自于转子的位置，但现有的用于确定转子参考位置的传感器通常容易受到临近电磁铁磁场的干扰，传感器信号的错误经常是导致磁轴承突发损毁性故障的主要原因；由于材料的磁饱和性和电磁发热等原因，电磁轴承的承载能力有限。
[0004]气体轴承是悬浮轴承技术中较为成熟的一种，具有良好的自适应性，可以在高温、高速和高污染条件下长期运行，无需供油润滑，因此结构简单。采用气体作为润滑介质，因此其在转子低速运转状态下承载能力比较低，并且阻尼和刚度也相对比较低，造成热停车性能差；另外，在起动和停机阶段，气体轴承由于在转子启停时转速下降，导致轴内气压不足、支撑力不够的情况下，会导致轴承出现不可避免的磨损。在通常情况下气体轴承的急停车或快速启停都需要额外的气源进行辅助，且每重复起停一次，都一定会相应地折损一定量的使用寿命，同时造成可靠性的下降；由于气体轴承对结构的加工精度和材料的要求都非常高，故而限制了气体轴承的应用与发展，是其无法低成本、高可靠性地普及到各个行业应用中的主要原因之一。
[0005]现有技术中的气磁混合轴承基本上只是在一套完整的静压气体轴承的结构和功能基础上增加了另一套完整的磁轴承并在磁轴承，通常这种做法只能以提高回转精度目的。其生产维护成本和结构复杂性等特征反而要因此大幅上升，使其仅为在实验室里的高价概念样机，无法大规模工业应用。
[0006]为弥补现有气磁混合轴承的不足，希望有一种新的气磁混合轴承，其磁轴承的工作主要用于校准轴承与转子之间的参考位置，当气体轴承质量或精度不佳的情况下导致的震动或来自外界的扰动使转子与轴套间的“触壁”即将发生时，可由磁轴承主动地将转子牵引回位，避免轴间接触的发生，预防“抱轴”事故。能够采用低成本传感器，降低电磁电扰动，提高控制效率。一方面可以提高对磁轴承系统的阻尼、刚度、承载力，另一方面又可以克服气体轴承难以控制的缺点。
【发明内容】
[0007]本发明的发明目的是提供一种电磁使能的主动式动压气体轴承，其结构简单、精度要求不高，采用气磁混合轴承结构，具有可调的磁性平箔片和低成本的压力传感器，解决了现有动压气体轴承在工作中，存在的低速承载力低、轴承扰动偏心而使润滑气流泄漏而难以控制的问题。
[0008]本发明的具体技术方案是一种电磁使能的主动式动压气体轴承，包括电磁轴承以及嵌套在电磁轴承和转子轴之间的弹性箔片轴承，其特征在于，所述的弹性箔片轴承包括顶层弹性箔片和底层弹性箔片，所述的顶层弹性箔片为非导磁材料，在顶层弹性箔片的表面分布有多个各自独立的磁性材料区域。
[0009]更进一步地，所述的磁性材料区域为条状磁性材料区域或点状磁性材料区域，多个条状磁性材料区域或点状磁性材料区域均匀分布，所述的条状磁性材料区域的长度方向与转子轴的轴线方向平行。
[0010]更进一步地，所述的顶层弹性箔片为平箔片，所述的底层弹性箔片为波箔片，所述的平箔片由非导磁材料的不锈钢带制成，在顶层弹性箔片的表面遮喷多个各自独立的磁性材料区域后，用陶瓷涂层覆盖。
[0011]更进一步地，还包括弹性箔片轴承座、轴承壳体和压力传感器，所述的电磁轴承位于弹性箔片轴承座和轴承壳体之间，所述的弹性箔片轴承座用于安装底层弹性箔片，所述的压力传感器的探头穿过弹性箔片轴承座用于测量底层弹性箔片处的气体压力。
[0012]更进一步地，还包括左端盖和右端盖，所述的电磁轴承包括磁极和缠绕在磁极上的线圈，所述的磁极有多个，安装在弹性箔片轴承座和轴承壳体之间，沿气体轴承的周向匀布，所述的磁极的一端指向转子轴的轴线，所述的左端盖和右端盖位于弹性箔片轴承座和轴承壳体两端，将磁极压紧。
[0013]更进一步地，所述的压力传感器有8个，位于气体轴承的中部，沿气体轴承的周向匀布，所述的磁极有8个，每个磁极为硅钢片叠压而成。
[0014]更进一步地，所述的弹性箔片轴承座、左端盖和右端盖的材料为硬铝材料。
[0015]本发明的有益效果是本发明的电磁使能的主动式动压气体轴承与现有技术相比，具有如下优点:
[0016]I)顶层箔片上设置有多个磁性材料区域，通过电磁轴承的磁极的吸引使顶层箔片适度变形，提高轴承中润滑气膜一侧的最高压力和防止润滑气流泄漏，提高转子抗受扰动偏心撞壁的能力，从而也提尚了轴承的承载能力；
[0017]2)采用成本较低的压力传感器采集气体压力变化，通过简单的控制规律控制顶层箔片的变形，可提供较高转子阻尼，并提高了转子稳定性。在这样的简化控制下，轴承加工精度要求不高；
[0018]3)电磁轴承与气体轴承采用嵌套的并联式结构，缩短了气磁轴承的轴向长度，简化了结构，集成度高，提高了轴承的综合性能；
[0019]4)电磁轴承与气体轴承协同工作，改善了轴承在高速运转状态下的动态性能和稳定性；
[0020]5)轴承在低速时，动压气膜沿未建立，用电磁轴承使转子起浮，提高了气体轴承的低速性能；
[0021]本发明的气体轴承结构简单，操作简便，精度要求不高，实用性强，经济成本低。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的电磁使能的主动式动压气体轴承的正视图；
[0023]图2为图1中A-A剖视图；
[0024]图3为图2中B放大图；
[0025]图4为本发明的电磁使能的主动式动压气体轴承的具有条形磁性材料的顶层箔片展开示意图；
[0026]图5为本发明的电磁使能的主动式动压气体轴承的具有点状磁性材料的顶层箔片展开示意图；
[0027]图6为本发明的电磁使能的主动式动压气体轴承的顶层箔片变形示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步地描述。
[0029]如图1-2所示，本发明的一种电磁使能的主动式动压气体轴承，包括电磁轴承1、嵌套在电磁轴承I与转子轴2之间的弹性箔片轴承3、弹性箔片轴承座4、轴承壳体5、压力传感器6、左端盖7和右端盖8，其特征在于，所述的弹性箔片轴承3包括顶层弹性箔片31和底层弹性箔片32，所述的顶层弹性箔片31为非导磁材料，在顶层弹性箔片31的表面分布有多个各自独立的磁性材料区域。
[0030]所述的电磁轴承I位于弹性箔片轴承座4和轴承壳体5之间，所述的弹性箔片轴承座4用于安装底层弹性箔片32，所述的压力传感器6的探头穿过弹性箔片轴承座4用于测量底层弹性箔片32处的气体压力。所述的压力传感器6有8个，位于气体轴承的中部，沿气体轴承的周向匀布。所述的压力传感器6包括压力传感器盖61和压力传感器探头62。
[0031 ]所述的电磁轴承I包括磁极11和缠绕在磁极11上的线圈12，所述的磁极11有8个，每个磁极11为硅钢片叠压而成。磁