一种磁悬浮轴承装置和轴向悬浮斥力的生成方法与流程

本发明涉及磁悬浮轴承，具体涉及一种磁悬浮轴承装置、轴向悬浮斥力的生成方法。

背景技术：

1、对于大型动力设备，如大型泵机组、风力发电机、水力发电机、鼓风机等，当传动轴旋转时会承受轴向和径向负荷，若轴向负荷过大会造成推力轴承崩溃和失效的问题，使设备运行不稳定。

2、例如，当风力发电机的风叶遇到强气流时振动会产生轴向的振动，特别是当轴向振动接近固有频率时会造成轴向推力轴承的巨大冲击，造成轴承组件的损毁，影响发电机的发电效率和使用寿命。

3、磁悬浮轴承是一种利用磁力作用实现轴承运动部件和相对静止部件无摩擦作用承载的一种轴承，分为主动式磁悬浮轴承和被动式磁悬浮轴承。

4、现有的主动式磁悬浮技术通常利用电磁感应原理，在电力作用下通过闭环控制系统产生电磁振荡，再通过电磁线圈产生磁场，通过磁场的相互作用产生悬浮力使传动机构和电机隔离，降低磨损。但是这种有源磁悬浮装置需要复杂的控制回路，抗负荷稳定性较差。现有的被动式磁悬浮轴承依靠永磁体磁力作用承载轴向负荷并使其悬浮，其无需额外的供电需求和能量消耗，可采用多个永磁体的配合实现器件的悬浮，但是其产生的悬浮磁链无法随外界轴向负荷的大小线性变化。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本方案提出了一种磁悬浮轴承装置，既能够降低电磁式磁悬浮装置的控制复杂性，又能增加永磁式磁悬浮轴承抗轴向负荷的线性一致性，能够根据转速的高低提供与轴向负荷线性一致的抗负荷悬浮力，提高动力设备运行的稳定性。

2、根据本发明的第一方面，提供一种磁悬浮轴承装置，包括：推力轴承、励磁盘和导体盘，导体盘绕在推力轴承外侧，励磁盘和导体盘相互嵌入绕接在传动轴上，励磁盘为永磁体，导体盘内设置有空心线圈和铁芯线圈。

3、可选地，在上述磁悬浮轴承装置中，铁芯线圈的铁芯采用硅钢片、坡莫合金、非晶态软磁合金、纳米晶合金中任意一种软磁材料，励磁盘采用钕铁硼、钐钴、铝镍钴、铁氧体中任意一种永磁材料。

4、可选地，在上述磁悬浮轴承装置中，励磁盘随传动轴旋转时产生沿传动轴旋转的旋转磁场，空心线圈和铁芯线圈在旋转磁场作用下产生励磁涡流，励磁涡流经整形后形成脉动直流，在脉动直流作用下铁芯线圈和空心线圈产生叠加的感应电动势，输出与永磁体磁极方向相同的感应磁场。

5、可选地，在上述磁悬浮轴承装置中，感应磁场与永磁体磁场形成悬浮磁链，产生的悬浮斥力通过铁芯线圈的铁芯传导出去。

6、可选地，在上述磁悬浮轴承装置中，悬浮斥力与轴向负荷方向相反，悬浮斥力的大小随轴向负荷的增加而增加，随轴向负荷的减小而减小。

7、可选地，在上述磁悬浮轴承装置中，还包括轴向限位器和封闭外壳，轴向限位器用于使励磁盘和导体盘在传动轴上的轴向位置固定，封闭外壳用于包覆励磁盘和导体盘。

8、根据本发明的第二方面，提供了一种轴向悬浮斥力的生成方法，通过如权上的磁悬浮轴承装置实现，包括：在传动轴旋转时，励磁盘绕传动轴旋转产生旋转磁场；在旋转磁场作用下导体盘中的空心线圈和铁芯线圈中产生叠加的感应电动势，输出与永磁体磁极方向相同的感应磁场；感应磁场与永磁体磁场形成悬浮磁链，产生与轴向负荷大小相等方向相反的悬浮斥力；随着传动轴转速增加，导体盘中叠加的感应电动势增加，悬浮斥力的大小随轴向负荷的增加而增加，随轴向负荷的减小而减小。。

9、可选地，在上述轴向悬浮斥力的生成方法中，在传动轴转速小于预设阈值时，空心线圈产生的感应电动势提供抗轴向负荷的悬浮斥力，当传动轴转速大于预设阈值时，空心线圈和铁芯线圈叠加的感应电动势共同提供抗轴向负荷的悬浮斥力。

10、根据本发明提供的磁悬浮轴承装置，在励磁盘旋转磁场的作用下导体盘产生励磁涡流，在励磁涡流作用下通过空心线圈和软磁铁芯线圈产生的感应电动势叠加，从而产生与励磁磁场相同磁极的感应磁场。在传动轴高速旋转过程中，能够根据转速的高低自动提高励磁能力，提供与轴承负荷线性一致的抗轴承负荷的悬浮力，能够有效阻隔振动，解决常规磁悬浮装置供电复杂和稳定性差的问题。

11、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种磁悬浮轴承装置，其特征在于，包括推力轴承、励磁盘和导体盘，所述导体盘绕在所述推力轴承外侧，所述励磁盘和导体盘相互嵌入绕接在传动轴上，所述励磁盘为永磁体，所述导体盘内设置有空心线圈和铁芯线圈。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承装置，其特征在于，所述铁芯线圈的铁芯采用硅钢片、坡莫合金、非晶态软磁合金、纳米晶合金中任意一种软磁材料，所述励磁盘采用钕铁硼、钐钴、铝镍钴、铁氧体中任意一种永磁材料。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承装置，其特征在于，所述励磁盘随传动轴旋转时产生沿传动轴旋转的旋转磁场，所述空心线圈和铁芯线圈在旋转磁场作用下产生励磁涡流，所述励磁涡流经整形后形成脉动直流，在脉动直流作用下所述铁芯线圈和所述空心线圈产生叠加的感应电动势，输出与永磁体磁极方向相同的感应磁场。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮轴承装置，其特征在于，所述感应磁场与所述永磁体磁场形成悬浮磁链，产生的悬浮斥力通过铁芯线圈的铁芯传导出去。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承装置，其特征在于，所述悬浮斥力与轴向负荷方向相反，悬浮斥力的大小随轴向负荷的增加而增加，随轴向负荷的减小而减小。

6.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承装置，其特征在于，所述装置还包括轴向限位器和封闭外壳，所述轴向限位器用于使励磁盘和导体盘在传动轴上的轴向位置固定，所述封闭外壳用于包覆所述励磁盘和导体盘。

7.一种轴向悬浮斥力的生成方法，其特征在于，通过如权利要求1-6任意一项中所述的磁悬浮轴承装置实现，包括：

8.根据权利要求7所述的轴向悬浮斥力的生成方法，其特征在于，在所述传动轴转速小于预设阈值时，所述空心线圈产生的感应电动势提供抗轴向负荷的悬浮斥力，当所述传动轴转速大于预设阈值时，所述空心线圈和所述铁芯线圈叠加的感应电动势共同提供抗轴向负荷的悬浮斥力。

技术总结
本发明公开了一种磁悬浮轴承装置，包括推力轴承、励磁盘和导体盘，导体盘绕在推力轴承外侧，励磁盘和导体盘相互嵌入绕接在传动轴上，励磁盘为永磁体，导体盘内设置有空心线圈和铁芯线圈。当励磁盘沿传动轴转动时产生绕传动轴旋转的旋转磁场，在旋转磁场作用下导体盘中空心线圈和铁芯线圈产生感应电动势，输出与励磁盘磁极方向相同的感应磁场，从而产生与抗轴向负荷的悬浮斥力。本装置能够降低磁悬浮装置控制的复杂性和成本，提高抗轴向负荷的线性一致性。

技术研发人员：陈春梅,冯在经,吴占东,刘源
受保护的技术使用者：江苏青大海洋风电研究有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15