支承刚度可调的磁轴承装置

技术领域

本发明属于旋转机械与磁轴承应用领域，具体涉及一种支承刚度可调的磁轴承装置。

背景技术

随着国民生产的快速发展，对旋转机械高转速、长寿命的需求日渐增多。其中，轴承是限制旋转机械向高速、长寿命发展的关键制约因素。传统的滚动轴承由于其高速运转时摩擦和产热严重，很难达到较高转速。普通的滑动轴承往往需要辅助系统提供润滑介质，导致机械结构庞杂，且润滑介质容易污染环境。而磁轴承工作时转子与静子之间无相对接触，通过磁力支承限制转子，可有效避免摩擦磨损且干净清洁，在轻载的高速旋转机械领域应用尤其广泛。磁轴承结构通常由具有初始磁力的磁环组件和与转子相连的导磁部件组成，磁轴承通过磁环组件与导磁部件之间的磁场作用为转子提供非接触式支承。

在旋转机械的研制过程中，轴承的径向支承刚度对转子-轴承系统的临界转速和振动响应影响很大，需要研究确定支承刚度的最优范围，通常主要通过磁轴承的多方案设计，并验证多个方案的合理性，这种方法代价高，效率低，且适用范围受限。因此，有必要开展支承刚度可调的磁轴承设计工作，为相关设备的研制提供可靠试验依据。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种支承刚度可调的磁轴承装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种支承刚度可调的磁轴承装置，包括自上而下依次设置的磁钢、驱动盘、可调磁组件和法兰底座；所述磁钢底面紧压于驱动盘顶面；所述可调磁组件顶面紧贴驱动盘底面，其底面紧贴法兰底座顶面；所述可调磁组件是由多个可调磁钢片沿圆周依次接触连接围成的类环状结构。

在上述技术方案中，所述驱动盘包括圆环形驱动盘体；所述驱动盘体形成多个沿圆周均布的上导槽。

在上述技术方案中，所述驱动盘还包括与驱动盘体连接的驱动把手。

在上述技术方案中，所述驱动把手沿驱动盘体径向设置。

在上述技术方案中，所述上导槽为一端敞口一端封闭的长圆槽，且敞口端设置于靠近圆心的一侧，所述上导槽的长方向轴线与驱动盘体径向形成夹角；所述上导槽的宽度与上导柱的直径相配。

在上述技术方案中，所述可调磁钢片的顶、底面分别形成上导柱和下导柱，上导柱与上导槽滑动连接，下导柱与下导槽滑动连接。

在上述技术方案中，所述上导柱和下导柱共轴线设置，所述上导柱的横截面为圆形，所述下导柱的横截面为方形。

在上述技术方案中，所述类环状结构的内侧为正多边形。

在上述技术方案中，所述法兰底座为圆环形结构，其上表面形成多个沿圆周均布的下导槽。

在上述技术方案中，所述下导槽为一端敞口一端封闭的长方槽，且敞口端设置于靠近圆心的一侧，下导槽的长方向轴线与法兰底座径向形成夹角。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种支支承刚度可调的磁性轴承系统，实现转子-磁性轴承系统支承刚度的调节与控制，与以往的多方案试验相比，采用该装置可以在一次安装的情况下，实现磁轴承支承刚度的调整与改变，达到验证磁轴承支承刚度和导磁结构半径最优值的目的。

附图说明

图1是本发明支承刚度可调的磁轴承装置的结构示意图；

图2是本发明支承刚度可调的磁轴承装置的分解结构示意图；

图3是本发明支承刚度可调的磁轴承装置中驱动盘的结构示意图；

图4是本发明支承刚度可调的磁轴承装置中可调磁钢片的结构示意图（俯视视角）；

图5是本发明支承刚度可调的磁轴承装置中可调磁钢片的结构示意图（仰视视角）；

图6是本发明支承刚度可调的磁轴承装置中法兰底座的结构示意图

图7是本发明支承刚度可调的磁轴承装置的调节至外接圆半径最大的极限状态示意图（未图示磁钢）；

图8是本发明支承刚度可调的磁轴承装置的调节外接圆半径最小的极限状态示意图（未图示磁钢）。

其中：

1 磁钢

2 驱动盘

21 驱动盘体 22 驱动把手

23 上导槽

3 可调磁钢片组件

31 可调磁钢片 32 上导柱

33 下导柱

4 法兰底座

41 下导槽

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明支承刚度可调的磁轴承装置的技术方案。

如图1、2所示，一种支承刚度可调的磁轴承装置，包括自上而下依次设置的磁钢1、驱动盘2、可调磁组件3和法兰底座4；所述磁钢1底面紧压于驱动盘2顶面；所述可调磁组件3顶面紧贴驱动盘2底面，其底面紧贴法兰底座4顶面，各个部件的接触面保持紧贴，保证磁钢1磁力传导至可调磁组件3。

所述磁钢1为圆环形，磁钢1的材料选择高性能永磁材料钕铁硼等磁性材料，用于提供磁轴承的承载磁力。

如图3所示，所述驱动盘2包括圆环形驱动盘体21以及与驱动盘体21外圆周壁一体成型的驱动把手22；所述驱动盘体21形成多个沿圆周均布的上导槽23；所述上导槽23为一端敞口一端封闭的长圆槽，且敞口端设置于靠近圆心的一侧，上导槽23的长方向轴线与驱动盘体21径向形成夹角；所述驱动把手22沿驱动盘体21径向设置。所述上导槽23的宽度与上导柱32的直径相配。所述驱动盘2采用10#钢等导磁材料，用于接收磁钢1传导的磁力。

如图2所示，所述可调磁组件3是由多个可调磁钢片31沿圆周依次接触连接围成的类环状结构，类环状结构的内侧为正多边形，正多边形的外接圆半径可在一定范围内调整的正多边形空心多边形边数越多越接近圆形，根据需要选择多边形边数；正多边形空心为体现磁轴承支承刚度的主要结构，通过调节该正多边形外接圆半径实现支承刚度的调节。

如图4、5所示，所述可调磁钢片31的顶底面分别形成上导柱32和下导柱33，所述上导柱32与上导槽23滑动连接，所述下导柱33与下导槽41滑动连接；所述上导柱32和下导柱33共轴线设置，所述上导柱32的横截面为圆形，所述下导柱33的横截面为方形。

所述可调磁钢片31为三角形板状结构，且一侧斜边形成三角形限位凸起。所述上导柱32和下导柱33设置于限位凸起处。相邻可调磁钢片31的连接方式为三角形底边与相邻的可调磁钢片31的形成限位凸起的斜边相互接触。

所述可调磁钢片31采用10#钢等导磁材料，用于接收磁钢1传导的磁力。

如图6所示，所述法兰底座4为圆环形结构，其上表面形成多个沿圆周均布的下导槽41；所述下导槽41为一端敞口一端封闭的长方槽，且敞口端设置于靠近圆心的一侧，下导槽41的长方向轴线与法兰底座4径向形成夹角。

所述上导槽23和下导槽41的数量与可调磁钢片31的数量相同，可调磁钢片31的数量越多，所围成的多边形越接近圆形，根据需要选择多边形边数，从而确定可调磁钢片31的数量。本实施例中可调磁钢片31的数量为十二片。

本发明的工作原理：

本发明通过上导柱32与上导槽23滑动配合，通过驱动把手22转动驱动盘2，从而实现可调磁钢片31在上导槽23的限制下平移运动，从而实现可调磁组件3的内环多边形外接圆半径的调整，如图7/8所示，为调整极限位。多边形的空心为体现磁轴承支承刚度的主要结构，通过调节该多边形外接圆半径实现支承刚度的调节。

同时，下导柱33与下导槽41滑动配合实现可调磁钢片31位置的定位限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。