混合式悬浮轴承机构及电机驱动的混合式悬浮转子系的制作方法

本技术属于机械旋转领域，具体涉及一种混合式悬浮轴承机构及电机驱动的混合式悬浮转子系。

背景技术：

1、气悬浮技术的应用领域广泛，包括在航空航天、电力工业、重型机械、半导体、光学制造等多种行业，具体产品比如有平面运动空气轴承、气浮转台、气浮主轴、气浮导轨、旋转气悬浮轴承、气浮垫、气足等等。其中支撑轴悬浮旋转的气悬浮轴承已经是成熟的结构形式，由径向和轴向两套气悬浮轴承组件组成一套完整的，构成全自由度约束的气悬浮轴承系统。但是，目前来说，气悬浮轴承的制造成本高，轴承系统的结构复杂，加工精度要求很高。

技术实现思路

1、本实用新型旨在弥补上述气悬浮轴承存在的局限性，以实现悬浮轴承更为广泛或者更为高端的应用。

2、本实用新型提供一种气悬浮与磁悬浮相结合的混合式悬浮轴承机构，由永磁体之间的推斥力实现转子在轴向的稳定约束；当转子运行时，气悬浮轴承提供径向的约束力，磁悬浮轴承提供轴向的约束力，将转子的运行轨迹约束在径向气浮间隙和轴向磁浮间隙范围内，实现旋转机械的转子组件的无接触悬浮运行。

3、所述的混合式悬浮轴承机构，包含气悬浮轴承和磁悬浮轴承，并一起安装在一个机壳里；所述的混合式悬浮轴承机构的若干零部件，装配完整后会有一个同轴的孔，用以安装一个悬浮转子系的轴芯；其中，所述气悬浮轴承用以提供转子系的径向约束力，所述磁悬浮轴承用以提供转子系的轴向约束力，所述的气悬浮轴承与磁悬浮轴承一起保证转子系的无接触旋转运行。

4、进一步的技术方案：所述的磁悬浮轴承，包含了三个并列同轴的一组磁环；中间的磁环是固定安装在轴端随轴芯旋转的动磁环；所述动磁环的轴向两侧各有一个不随轴芯旋转的静磁环；其中一个静磁环n位于轴端里面，另一个静磁环w位于轴端的外面；所述的两个静磁环一起固定在同一个磁环壳体组件上，组成了静磁环组件；给三个磁环充磁时，保证相邻的两个磁环在轴向磁性方向相反，形成轴向的推斥力，以提供所述的转子系旋转时与静磁环组件在轴向不接触的约束力；所述的动磁环与磁环壳体组件在径向设有间隙。

5、一种优化的技术方案：所述的三个磁环外型相同，并且充磁前可以相互替换。

6、可选的技术方案：所述轴端外的静磁环w没有内孔，即是一个完整的圆磁片。

7、优化的技术方案：所述的磁环壳体组件是导磁材料制作的。

8、可选的技术方案：轴芯的两端各有一个磁悬浮轴承。

9、可选的技术方案：一个轴芯上有若干气悬浮轴承。

10、可选的技术方案：磁环壳体组件包含了磁环壳体与磁环壳体盖。

11、上述混合式悬浮轴承机构的一系列技术方案中，动磁环与轴固定连接并夹在两个静磁环之间，相邻的两个磁环轴向充磁且磁性方向相反，相互推斥，而动静磁环之间的间隙大小，磁环的尺寸和间隙内的磁密共同决定了轴向约束的刚性，设计时调整磁间隙的大小、磁环的尺寸和永磁材料的剩磁参数，可以满足轴系允许窜动的范围和轴向支撑的最大承载力；径向气浮轴承将动静磁环的径向偏心度约束在较小范围内，并提供足够的径向支撑力，可以限制动静磁环不同心引起的径向推斥力，使转子免于失稳倾覆；两个静磁环非面对动磁环的端面，与导磁材料加工成的壳体连接并形成磁场的通路，使三个磁环形成闭合的磁路结构，可以增强动静磁环间隙的磁密，继而提高轴向支撑的刚性和最大承载力。

12、在实际实施的技术方案中，一种电机驱动的混合式悬浮转子系，运行时使用了以上任一权利要求所述的混合式悬浮轴承；其中，电机的转子与轴芯固定连接一起构成转子系。可选的技术方案是：所述的电机驱动的混合式悬浮转子系，所述电机的转子在轴芯上位于轴承之间，所述电机的两端各有磁悬浮轴承一个，中间有若干气悬浮轴承。

13、技术效果：本实用新型使用永磁体组件结构实现轴向悬浮，与径向气悬浮组件构成全自由度约束的混合式悬浮轴承系统，在某些应用场合可以简化系统结构，局部降低零件的加工精度，降低了产品成本；多个轴承的应用，也可以提高轴承系统的稳定性和支撑刚度，克服了单纯的气悬浮轴承的局限性，让气悬浮轴承的应用更为广泛和高端。

技术特征：

1.一种混合式悬浮轴承机构，其特征在于，包含气悬浮轴承和磁悬浮轴承，并一起安装在一个机壳里；所述的混合式悬浮轴承机构的若干零部件，装配完整后会有一个同轴的孔，用以安装一个悬浮转子系的轴芯；其中，所述气悬浮轴承用以提供转子系的径向约束力，所述磁悬浮轴承用以提供转子系的轴向约束力，所述的气悬浮轴承与磁悬浮轴承一起保证转子系的无接触旋转运行。

2.如权利要求1所述的混合式悬浮轴承机构，其特征在于，所述的磁悬浮轴承包含了三个并列同轴的一组磁环；中间的磁环是固定安装在轴端随轴芯旋转的动磁环；所述动磁环的轴向两侧各有一个不随轴芯旋转的静磁环；其中一个静磁环n(7)位于轴端里面，另一个静磁环w(8)位于轴端的外面；所述的两个静磁环一起固定在同一个磁环壳体组件上，组成了静磁环组件；给三个磁环充磁时，保证相邻的两个磁环在轴向磁性方向相反，形成轴向的推斥力，以提供所述的转子系旋转时与静磁环组件在轴向不接触的约束力；所述的动磁环与磁环壳体组件在径向设有间隙，也没有接触。

3.如权利要求2所述的混合式悬浮轴承机构，其特征在于，所述的三个磁环外型相同，并且充磁前可以相互替换。

4.如权利要求2所述的混合式悬浮轴承机构，其特征在于，所述轴端外的静磁环w(8)没有内孔，即是一个完整的圆磁片。

5.如权利要求2所述的混合式悬浮轴承机构，其特征在于，所述的磁环壳体组件是导磁材料制作的。

6.如权利要求2所述的混合式悬浮轴承机构，其特征在于，所述轴芯的两端各有一个磁悬浮轴承。

7.如权利要求2所述的混合式悬浮轴承机构，其特征在于，一个轴芯上有若干气悬浮轴承。

8.如权利要求5所述的混合式悬浮轴承机构，其特征在于，所述磁环壳体组件包含了磁环壳体与磁环壳体盖。

9.一种电机驱动的混合式悬浮转子系，其特征在于，使用了以上任一权利要求所述的混合式悬浮轴承；其中，电机的转子与轴芯固定连接一起构成转子系。

10.如权利要求9所述的电机驱动的混合式悬浮转子系，其特征在于，所述电机的转子在轴芯上位于轴承之间，所述电机的两端各有磁悬浮轴承一个，中间有若干气悬浮轴承。

技术总结
本技术披露的是混合式悬浮轴承机构，属于机械旋转领域，旨在弥补单纯的气悬浮轴承的制造成本高、轴承系统的稳定性不够，以及支撑刚度不强等缺陷。所述混合式悬浮轴承机构，包括维持径向悬浮旋转的气悬浮轴承和维持轴向无接触悬浮状态的磁悬浮轴承,安装在一个机壳里；所述混合式悬浮轴承机构的若干零部件，装配完整后有一个同轴的孔，用以安装一个悬浮转子系的轴芯；所述的气悬浮轴承与磁悬浮轴承一起保证转子系的无接触旋转运行。可安装在各种需要的转子上，让气悬浮轴承的应用更为广泛和高端，在本技术所述的电机驱动的混合式悬浮转子系中，就使用了这种混合式悬浮轴承机构。

技术研发人员：李记东,董建新
受保护的技术使用者：精效悬浮（苏州）科技有限公司
技术研发日：20230726
技术公布日：2024/1/15