一种新型永磁电动磁悬浮轴承结构的制作方法

本发明涉及电磁感应设备领域，尤其涉及一种永磁电动磁悬浮轴承结构。

背景技术：

现有磁悬浮轴承转子系统采用的是电磁悬浮技术(electromagneticsuspension，ems)，

现有的磁悬浮轴承转子系统存在如下缺点：

1.轴承在悬浮区域中表现为负刚度，即转子越远离平衡位置，悬浮力越小，回中能力越差，越容易失稳；

2.需要昂贵的位移传感器、电流传感器，控制器，功率放大器，控制软件以及各种屏蔽线缆等，造成整个轴承转子系统价格较高；

3.需要持续供电，消耗额外能源。

中国专利cn201010254903.4，“永磁电动悬浮轴承”，发明人刘新广，公开了一种电动悬浮原理轴承，由内套和外套组成，所述内套、外套上分别设置锥环形永磁体的内磁环、外磁环，内磁环和外磁环锥度相同；在外磁环上嵌有数个导体圈，所述导体圈沿外磁环的周向均布；所述内磁环固定在导磁轴套上组成所述内套；所述外磁环固定在导磁圆筒和导磁圆盘上组成所述外套；所述外套与所述内套同轴心隔间隙地套在所述内套外，外磁环与内磁环隔间隙同磁极性相对。使用时，内套套在要支撑的轴上。内套与外套因磁斥力相对悬浮，并且，当所述永磁电动悬浮轴承受外力扰动时，内套与外套作相对偏移移动，导体圈因其内的磁通量发生变化而产生感生电流，由楞次定律知，感生电流的磁场将抵抗偏移移动，即导体圈将产生抵抗偏移移动的电动力，使内套与外套恢复原位这种轴承无法实现径向与轴向悬浮力的解耦，不易实现稳定悬浮，且其感应体为周向均布内嵌的导体线圈，制造工艺复杂，成本高。

但是，这种结构安排往往会对追求断路器的体积比带来障碍而影响一体化、模块化的实现；此外，断路器在运行过程中产生的热量和大电流情况下产生的电磁场可能会影响断路器的脱扣功能；还有，由于需要对两个部件分别装配，因此会增加装配作业的繁琐和影响装配效率的提高。

技术实现要素：

为了整合现有技术中分体式磁悬浮轴承结构，本发明提供了如下技术方案：一种轴向轴承与径向轴承的组合结构，轴向轴承与所述径向轴承组合，成对设置在同一个轴承壳体内，本发明中的轴向轴承与径向轴承成对使用。

进一步地，轴向轴承包括轴向轴承定子和轴向轴承转子，轴向轴承转子内设置磁钢，轴向轴承定子固定在轴承壳体上，轴向轴承转子与光轴固定。

进一步地，轴向轴承转子内的磁钢沿轴向呈halbach阵列排布，所述轴向轴承转子的强磁方向朝轴向轴承定子。

进一步地，径向轴承包括径向轴承定子和径向轴承转子，径向轴承定子内设置磁钢，径向轴承定子固定在轴承壳体上，径向轴承转子与光轴固定。

进一步地，径向轴承定子内的磁钢沿轴向呈halbach阵列排布，径向轴承定子的强磁方向朝向转子。

进一步地，轴向轴承转子和径向轴承定子采用导电率高且不导磁的高强度材料。

进一步地，轴向轴承转子和径向轴承定子采用铝合金。

进一步地，组合机构设有绝缘环，所述轴向轴承转子与径向轴承转子分别设置在绝缘环两侧。

本发明还公开了一种新型永磁电动磁悬浮轴承结构，包括光轴、电机转子，还包括轴向保护和轴向轴承与径向轴承的组合结构；轴向轴承与所述径向轴承组合，成对设置在同一个轴承壳体内；轴向轴承定子和所述径向轴承定子与轴承壳体固定，轴向轴承转子和所述径向轴承转子与光轴固定，轴向轴承定子与轴向保护紧固连接。

进一步地，轴向轴承包括轴向轴承定子和轴向轴承转子，轴向轴承转子内设置磁钢，轴向轴承定子固定在轴承壳体上，轴向轴承转子与光轴固定。

进一步地，轴向轴承转子内的磁钢沿轴向呈halbach阵列排布，所述轴向轴承转子的强磁方向朝轴向轴承定子。

进一步地，径向轴承包括径向轴承定子和径向轴承转子，径向轴承定子内设置磁钢，径向轴承定子固定在轴承壳体上，径向轴承转子与光轴固定。

进一步地，径向轴承定子内的磁钢沿轴向呈halbach阵列排布，径向轴承定子的强磁方向朝向转子。

进一步地，轴向轴承转子和径向轴承定子采用由导电率高且不导磁的高强度材料。

进一步地，轴向轴承转子和径向轴承定子采用铝合金。

进一步地，组合机构设有绝缘环，轴向轴承转子与径向轴承转子分别设置在绝缘环两侧。

进一步地，轴向轴承定子与轴向轴承转子并列设置，轴向轴承定子和轴向轴承转子之间留有间隙。

进一步地，径向轴承定子套在所述径向轴承转子外部，径向轴承定子与径向轴承转子之间留有间隙。

进一步地，轴向保护设有两个，第一轴向保护(2)设于轴向轴承定子的内部，第一轴向保护的与光轴的单边间隙小于径向轴承定子与径向轴承转子的单边间隙0.1～0.2毫米。

进一步地，第二轴向保护(5)设于轴向轴承定子的内部，轴向轴承定子靠近轴向轴承转子一侧的外圈边缘设有第二轴向保护(5)，第二轴向保护(5)的轴向端面突出轴向轴承定子边缘0.1～0.2毫米。

进一步地，第一轴向保护的内圈与光轴之间的单边间隙大于等于0.5毫米。

进一步地，第二轴向保护与轴向轴承转子之间的间隙大于等于0.5毫米。

进一步地，轴向轴承转子周向上套有轴向磁钢套环。

进一步地，轴向磁钢套环和绝缘环为碳纤维增强塑料材质。

进一步地，轴向保护为石墨材质。

进一步地，一种离心式冷水机组，采用上述的新型永磁电动磁悬浮轴承结构。

本发明的有益效果如下：

本发明设计一种电动原理的永磁悬浮轴承转子结构，将电动磁悬浮原理应用在磁悬浮轴承技术上，偏移回中性好，不需要检测和控制元件，不需要额外供电。从而使这种磁悬浮轴承提升了可靠性，降低了生产成本和使用成本。

本结构中轴向和径向均采用eds轴承支承，且将二者的功能集成在一起，提升了结构的紧凑性和工程应用的便利性。本结构具有保护轴承结构，使电动悬浮结构具有更好的工程化应用可能性。

附图说明

图1为本发明实施例的一种新型电动悬浮轴承结构剖视图；

图2为本发明实施例的一种新型电动悬浮轴承结构爆炸图；

图3为本发明实施例的一种新型电动悬浮轴承轴向轴承结构图；

图4为本发明实施例的一种新型电动悬浮轴承径向轴承结构图。

图中标号：1-光轴；2-第一轴向保护；3-轴承壳体；4-轴向轴承定子；5-第二轴向保护；6-轴向磁钢套环；7-轴向轴承转子；8-绝缘环；9-径向轴承转子；10-径向轴承定子；11-电机转子。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

请参见图1和2，一种新型电动磁悬浮轴承结构包括光轴1、第一轴向保护2、轴承壳体3、轴向轴承定子4、第二轴向保护5、轴向磁钢套环6、轴向轴承转子7、绝缘环8、径向轴承转子9、径向轴承定子10、电机转子11。

其中，轴向轴承定子4和径向轴承转子9称为感应体，由铝合金或其它导电率较高，但不导磁且高强度的材料制成；第二轴向保护5由推力轴承或者石墨或者其它减磨材料制成；轴向磁钢套环6由碳纤维增强塑料(cfrp)或者其它高强度不导磁同时不导电的材料制成；轴向轴承转子7和径向轴承定子10由若干个磁钢按如图3和图4所示方式布置而成，充磁方向也如图3和图4所示，构成halbach阵列，其中轴向轴承转子7的强磁方向为面朝轴向轴承定子3，径向轴承定子10的强磁方向为面朝径向转子；绝缘环8由碳纤维增强塑料(cfrp)或者其它高强度不导磁同时不导电的材料制成。

装配关系如下：

请参见图1，轴承壳体3与机体外壳(图中未示出)紧固连接，可以采用过盈装配或者用连接件固定。

轴向轴承定子4、径向轴承定子10与轴承壳体3紧固连接；

第一轴向保护2与轴向轴承定子4紧固连接，且装配完成后，其内圈与光轴1的单边间隙要小于径向轴承定子10与径向轴承转子9的单边间隙0.1～0.2mm，以防止径向轴承定子10与径向轴承转子9直接接触。除此之外，第一轴向保护2与光轴1之间在装配完成后的间隙需0.5mm以上，以保证有足够的悬浮空间；

请参见图3，第二轴向保护5与轴向轴承定子4紧固连接，且装配完成后，其轴向端面高度比轴向轴承定子高0.1～0.2mm，以防止轴向轴承定子4和轴向轴承转子7直接接触。除此之外，第二轴向保护5和轴向轴承转子7在装配完成后的间隙需0.5mm以上，以保证有足够的悬浮空间；

轴向磁钢套环6与轴向轴承定子4紧固连接，防止磁钢在高速旋转时脱出；

轴向轴承转子7与光轴1紧固连接；

绝缘环8两侧分别与轴向轴承转子7、径向轴承转子9紧贴；

径向轴承转子9与光轴1紧固连接。

除光轴1和电机转子11，其它所有零件共同组成了本电动悬浮轴承总成，本总成在使用时，至少需要两个对称布置。

上述实施例只是本发明的优选方案，本发明还可有其他实施方案，本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所设定的范围内。