极11安装在弹性箔片轴承座4和轴承壳体5之间，沿气体轴承的周向匀布，所述的磁极11的一端指向转子轴2的轴线，所述的左端盖7和右端盖8位于弹性箔片轴承座4和轴承壳体5两端，将磁极11压紧。
[0032]所述的弹性箔片轴承座4、左端盖7和右端盖8的材料为非磁性的硬铝材料。
[0033]如图4-5所示，所述的顶层弹性箔片31的表面分布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2的轴线方向平行。若整张顶层弹性箔片31完全覆盖磁性材料，则会大幅增加磁力加以控制时节流器薄板受力情况的复杂程度。若顶层弹性箔片31的柔性不足，则容易出现曲率随动变形的问题。
[0034]所述的顶层弹性箔片31为平箔片，所述的底层弹性箔片32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31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。顶层弹性箔片31也可以使用40%氧化锆+30%α氧化铝+30%铝酸镁尖晶石的陶瓷纳米微粉烧结制成薄板。
[0035]如图6所示，现实中转子轴2的截面不可能是一个理想圆，当不圆度在旋转过程中影响了气膜的压力时，气体轴承中的顶层弹性箔片31下移，下腔压力变大而上腔压力减小。
[0036]为降低转子轴精度而使轴承间隙增加后，转子轴2不圆度对气膜压力和分布的影响则也相应下降。所以当这种提高轴承间隙的动压气体轴承达到足够的转速完成开机并达到平衡态后，与间隙较小的轴承相比其轴承刚度和承载能力均有所下降。这时需要引入磁轴承的来弥补这一点。
[0037]当载荷负载在转子轴2上并使转子轴2逐渐下降接近顶层弹性箔片31时，电磁轴承I可以获得压力传感器6传来的气压增大的信号，开始介入工作。电磁轴承I并不完全是直接将磁力作用于转子轴2上使其悬浮，而是使用磁力将顶层弹性箔片31主动向上推动使之主动提高下腔压力，适应转子轴2上负载的重量，自动重新分配轴承内各个方向上气流的压力。当转子轴2到达新的平衡位置时，电磁轴承I即停止工作，除非新的扰动发生。
[0038]当有外部冲击扰动发生时，转子轴2可能快速地接近顶层弹性箔片31。若此时气体轴承未能及时作出响应，则有可能导致因瞬时间隙过小使局部气体流速接近甚至达到音速，从而引发激波产生气锤自激现象发生。激波的产生会导致局部气体流动发生扰动和混乱，当流体速度在音速到亚音速之间变化时其压力呈阶梯式显著下降。这时流体动力的原理则与通常情况相反，转子轴2表面与顶层弹性箔片31间的流动间隙越小，压力反而越低。这种情况下则需要顶层弹性箔片31主动“避让”转子轴2的表面，制造出更大的流动间隙以使气流速度尽可能维持在亚音速区间，以维护其正常的流体压力。
[0039]在这种超出气体轴承自身的补偿能力的工况下，若想使气体轴承继续正常工作，就需要引入一个外力来重新调整顶层弹性箔片31与转子轴2之间的相对位置。相当于需要利用电磁轴承I的作用“强拉开”狭窄处转子轴2与顶层弹性箔片31之间的间隙。这时，则需要控制该方向上两端的磁极以相同的极性励磁。即间隙小的方向产生吸力，用于回吸顶层弹性箔片31，间隙大的方向上产生的吸力用于拉回转子轴2。利用两端磁力作用距离的差产生磁力差，以此拉动转子轴2恢复与顶层弹性箔片31之间的正常间隙，从而使气体轴承的气流和工况重新回到平衡状态。同等的情况如果发生在低工艺要求(间隙较大)的传统气磁混合轴承上，则会产生气体轴承由于失去自适应调节能力而使转子不断被气体压差压向轴套一侧，而电磁轴承则产生磁力试图“拉住”转子。两个轴承之间形成了互相的对抗。而此种情况下论轴承刚度往往是气体轴承比较强，故导致出现两套轴承体系之间不断“拉锯”产生大幅抖动、或“相持不下”无法使转子轴恢复到正常工作状态，一直互相“僵着”等一系列严重影响轴承工作和性能的问题。
[0040]本发明的动压式气体轴承还需保留一套位移传感器。因为动压气体轴承没有外来气源的辅助，需要靠自身结构产生气源。所以这种以动压气体轴承为基础的气磁混合轴承往往需要保留“O起步”和“热车急停”的能力。即当转子转速很低或即将停车时，气体轴承的气源压力很低，无法完全负载转子的重量，这时则容易发生严重的磨损。所以这个阶段需要位移传感器的介入，主动使用电磁轴承将转子暂时托起，待转子转速上升至满足气体轴承载荷工况或已经下降到接近完成停车的理想工况后再切换其它工作状态。
【主权项】
1.一种电磁使能的主动式动压气体轴承，包括电磁轴承(I)以及嵌套在电磁轴承(I)和转子轴(2)之间的弹性箔片轴承(3)，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。2.如权利要求1所述的一种电磁使能的主动式动压气体轴承，其特征在于，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(2)的轴线方向平行。3.如权利要求2所述的一种电磁使能的主动式动压气体轴承，其特征在于，所述的顶层弹性箔片(31)为平箔片，所述的底层弹性箔片(32)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(31)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。4.如权利要求1-3任--项所述的一种电磁使能的主动式动压气体轴承，其特征在于，还包括弹性箔片轴承座(4)、轴承壳体(5)和压力传感器(6)，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。5.如权利要求4所述的一种电磁使能的主动式动压气体轴承，其特征在于，还包括左端盖(7)和右端盖(8)，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)有多个，安装在弹性箔片轴承座(4)和轴承壳体(5)之间，沿气体轴承的周向匀布，所述的磁极(11)的一端指向转子轴(2)的轴线，所述的左端盖(7)和右端盖(8)位于弹性箔片轴承座(4)和轴承壳体(5)两端，将磁极(11)压紧。6.如权利要求5所述的一种电磁使能的主动式动压气体轴承，其特征在于，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，所述的磁极(11)有8个，每个磁极(11)为硅钢片叠压而成。7.如权利要求6所述的一种电磁使能的主动式动压气体轴承，其特征在于，所述的弹性箔片轴承座(4)、左端盖(7)和右端盖(8)的材料为硬铝材料。
【专利摘要】本发明提供了一种电磁使能的主动式动压气体轴承，包括电磁轴承(1)以及嵌套在电磁轴承(1)和转子轴(2)之间的弹性箔片轴承(3)，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。本发明的电磁使能的主动式动压气体轴承结构简单、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。
【IPC分类】F16C32/06
【公开号】CN105545956
【申请号】CN201610125381
【发明人】靳普
【申请人】至玥腾风科技投资有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年3月4日