[00057217]种磁悬浮转子支撑系统与转子偏磁减重装置

　　技术领域： 　　本发明涉及磁悬浮技术领域的单自由度磁悬浮转子支撑系统。尤其是涉及一种采用吸引型轴向磁悬浮轴承和吸引型径向磁悬浮轴承组合而成的单自由度磁悬浮转子支撑系统。本发明还涉及更具体的吸引型轴向磁悬浮轴承和吸引型径向磁悬浮轴承。本发明还涉及减少旋转体重力负载的偏磁减重装置以及径轴向气隙的限位保护装置。 　　背景技术： 　　为适应超高速电机和真空洁净技术、高精度机械加工技术与太空技术的发展需要，一种无机械接触的磁悬浮转子支撑系统，引起了人们的广泛关注，它是继油润滑和气润滑轴承之后，在行业内的又一次技术革命。这种新兴的支撑方式，通过轴向磁悬浮轴承和径向磁悬浮轴承的协同作用而得以实现。其具有“无机械摩擦、能耗少，噪音小，寿命长，不需要润滑介质与密封、并允许转子有极高的转速和适应在高低温、真空环境下工作”等传统技术无法替代的突出优点，而成为国内外许多企业和科研单位的热门课题之一。近年来，有关磁悬浮轴承的科研论文与专利成果大量涌现。但就现有技术来说，实用磁悬浮轴承的关键技术仍未突破。在各种技术方案中，都带有不同程度的技术缺陷。如：在永磁型磁悬浮轴承当中，采用“同性相斥”的悬浮机制，会导致不确定轴向力或径向力的产生。在电磁型磁悬浮轴承当中，则采用多个向心型设置的电磁铁和复杂的反馈控制技术，但最终不能保证在360度的任意方向上，实现转子的自动调心以及现有技术在磁路设计方面还存在着大量的非工作气隙，造成现有技术的实用性降低。 　　发明内容： 　　本发明就是要提供一种全部由吸引型轴向磁悬浮轴承和吸引型径向磁悬浮轴承组合而成，并消除了电磁线圈或永磁体存在非工作气隙技术缺陷，同时，还可以使转子在360度的任意方向上获得自动调心功能的单自由度磁悬浮转子支撑系统。国科社区-国家科技成果网 　　为了实现上述发明的目的，本发明采用如下的技术方案：就是将至少一个吸引型轴向磁悬浮轴承与至少两个吸引型径向磁悬浮轴承设置在同一运动机构当中，并使它们之间的分布规律具有对称性。每个磁悬浮轴承的动子部和定子部，分别固定在系统当中的旋转体和旋转体的承托部上，并通过气隙构成非机械接触的可转动连接。具有径向气隙的轴向磁悬浮轴承，用来约束旋转体的轴向移动。具有轴向气隙的径向磁悬浮轴承，用来约束旋转体的径向错位移动，为了避免产生单边拉力，径向磁悬浮轴承在系统内均以双边型结构的形式出现。 　　在本发明的单自由度磁悬浮转子支撑系统当中，具有径向气隙的电动机或发电机，可视为吸引型轴向磁悬浮轴承，它们包含了电工领域中所有的交直流电动机或交直流发电机。具有轴向气隙的电动机或发电机，可视为吸引型径向磁悬浮轴承。但基于同样的理由，被视为吸引型径向磁悬浮轴承的电动机或发电机，也只允许以双边型结构出现在系统之内。国科社区-国家科技成果网 　　在本发明的单自由度磁悬浮转子支撑系统当中，无论何种类型的磁悬浮轴承，只要功能相同，就可以根据设计空间的需要，进行相互间的替代和置换。国科社区-国家科技成果网 　　国科社区-国家科技成果网 　　在本发明中，严格禁止使用只有一个同心圆直径气隙所构成的定转子磁极为平面配合的相斥型永磁磁悬浮轴承。 　　在本发明中，吸引型轴向磁悬浮轴承，包含：电磁型、永磁型和具有永磁与电磁两种特征的混合型轴向磁悬浮轴承。下面将分别述及： 　　（1）电磁型轴向磁悬浮轴承，为具有径向气隙的轴向磁悬浮轴承。它是由设置在旋转体承托部上，并具有径向开口的环形凹槽及被该环形凹槽所界定出的前后环形磁軛和在环形凹槽内设置的电磁线圈所构成具有环形凸极的初级铁心，它与设置在旋转体上并具有径向开口的环形凹槽及被该环形凹槽所界定出的前后环形磁軛所构成具有浅槽型环形凸极的次级铁心所组成。具有环形凸极的初级铁心与具有浅槽型环形凸极的次级铁心通过气隙相互对正，并使气隙两侧相互对应着的磁軛极面的宽度相等。i 　　（2）永磁型轴向磁悬浮轴承，为具有径向气隙的轴向磁悬浮轴承。它是由设置在旋转体承托部上，并具有径向开口的环形凹槽及被该环形凹槽所界定出的前后环形磁軛和设置在环形凹槽之内，并经过轮辐式径向充磁的环形永磁体所构成的具有环形凸极的定子部和位于旋转体上，并具有径向开口的环形凹槽及被该环形凹槽所界定出的前后环形磁軛和设置在环形凹槽之内，并经过轮辐式径向充磁的环形永磁体所构成具有环形凸极的动子部所组成。具有环形凸极的定子部与具有环形凸极的动子部通过气隙相互对正，并使两者相对应的前后环形磁軛的极面宽度相等以及使两者所带环形永磁体保持相互吸引的状态。动子部也可以采用与定子部环形凸极同宽的平面型环形凸极所替代 　　（4）主被动混合型轴向磁悬浮轴承，为具有径向气隙的主被动混合型轴向磁悬浮轴承。它是由设置在旋转体承托部上，并带有径向口环形凹槽的环形永磁体及其设置在环形永磁体凹槽当中的电磁线圈所构成的定子部和设置在旋转体上，具有径向口环形凹槽的环形永磁体或平面型软铁环形凸极或与定子部极面相同的浅槽型软铁环形凸极所构成的动子部所组成。位于环形永磁体凹槽当中的电磁线圈所产生的磁通方向与具有径向口环形永磁体所固有的磁通方向保持一致 　　在本发明中，吸引型径向磁悬浮轴承，包含：电磁型、永磁型和具有永磁与电磁两种特征的混合型径向磁悬浮轴承。下面仍将分别述及： 　　（1）电磁型径向磁悬浮轴承，为具有轴向气隙的径向磁悬浮轴承。它是由设置在旋转体承托部上，并具有轴向开口的环形凹槽及被该环形凹槽所界定出的内外环形磁軛和在环形凹槽内设置的电磁线圈所构成具有环形凸极的初级铁心与设置在旋转体上并具有轴向开口的环形凹槽及被该环形凹槽所界定出的内外环形磁軛所构成具有浅槽型环形凸极的次级铁心所组成。具有环形凸极的初级铁心与具有浅槽型环形凸极的次级铁心通过气隙相互对正，并使气隙两侧相互对应着的磁軛极面的宽度相等。次级铁心也可以采用与初级铁心宽度相等的平面型软铁环形凸极所替代。如果需要将电磁型径向磁悬浮轴承设置在旋转体的轴端与旋转体承托部之间时，则是在旋转体轴端所对应的旋转体承托部上，设置一个所构成的初级定子部和具有与初级定子部环形副磁极直径相等的旋转体心轴端面所组成。两者通过气隙对正并使其具有相互对称的齿槽极面。 　　（2）永磁型径向磁悬浮轴承，为具有轴向气隙的径向磁悬浮轴承。它是由设置在旋转体承托部上，且具有轴向开口的环形凹槽及被该环形凹槽所界定出的内外环形磁軛和设置内外环形磁軛之间，并经过轴向充磁的环形永磁体所构成具有环形凸极的定子部和位于旋转体上，且具有与环形凸极定子部结构相同的动子部所组成。动子部也可以采用与环形凸极定子部内外环形磁軛极槽宽度相等的平面型软铁环形凸极所所替代。如果需要将永磁型径向磁悬浮轴承设置在旋转体的轴端与旋转体承托部之间时，则是在旋转体轴端所对应的旋转体承托部上，设置一个带有外围环形磁軛的永磁定子部和通过气隙与永磁定子部环形副磁极直径相等的旋转体心轴端面所组成。也可以使两者具有相同结构的磁极面并使两者所带永磁体保持吸引状态。国科社区-国家科技成果网"f* 　　（3）永磁型径向磁悬浮轴承，为具有轴向气隙的全永磁径向磁悬浮轴承。它是由分别设置在旋转体和旋转体承托部上，并具有相同结构的永磁动子部和永磁定子部所组成。永磁动子部和永磁定子部，又是分别由而成。并使紧密接触的内外环形永磁体的磁场极性互为相反。永磁动子部和永磁定子部通过轴向气隙相互对正，以及使两者的气隙磁场保持在相互吸引状态。并在永磁动子部和永磁定子部的非工作气隙一端，由软铁磁轭覆盖。