轴向磁悬浮轴承用定心装置、轴向磁悬浮轴承及装配方法

摘要

本发明涉及一种轴向磁悬浮轴承用定心装置、轴向磁悬浮轴承及装配方法，轴向磁悬浮轴承用定心装置包括磁极外壳和设置在所述磁极外壳内的轴向铁芯(8)，还包括：轴向铁芯定位环(6)，所述轴向铁芯定位环(6)的径向外圆面顶靠在所述磁极外壳的径向内圆面上，所述轴向铁芯定位环(6)的径向内圆面顶靠在所述轴向铁芯(8)的径向外表面上，以实现所述轴向铁芯(8)的径向定位。本发明在轴向磁悬浮轴承结构中增加了轴向铁芯定位环，依靠轴向铁芯和轴向铁芯定位环以及磁极外壳之间的过盈装配来确保轴向铁芯与推力盘的装配同轴度，进而消除了轴向磁悬浮轴承在平衡位置时的径向干扰力，实现对轴向铁芯的径向定位。

说明书

技术领域

本发明涉及轴承结构技术，尤其涉及一种轴向磁悬浮轴承用定心装置、轴向磁悬浮轴承及装配方法。

背景技术

磁悬浮轴承也称磁力轴承，是一种高性能轴承，它利用可控电磁场将转子稳定悬浮于预先给定的位置。由于转子和定子不存在机械接触，因此磁悬浮轴承具有无机械磨损、无需润滑的优点，被广泛应用于各种高速、真空和超净的环境中。

如图1所示，为现有的一种永磁偏置轴向磁力轴承的原理示意图。该轴向轴承主要为转子提供稳定的悬浮轴向力，即磁极a16、a18对推力盘a12产生正、反方向的轴向拉力，使得转子在平衡位置运转，从而到稳定转子的效果。但在该技术方案中，磁钢a20与推力盘a12之间的间隙a21处会产生影响转子平衡的径向力，理想状态下，如果转子运行在平衡位置上，该径向力对转子作用的合力为0，而当磁钢a20与推力盘a12的同轴度装配精度不良，则该径向力在转子运行在平衡位置时会形成持续的干扰力，带来激发出转子固频而装置发生共振的风险。

如图2所示，为现有的一种空调用轴向磁力轴承的结构示意图，其出力原理与图1一致。该轴向磁力轴承包括前轴向铁芯b2、后轴向铁芯b3、磁钢b4、轴向铁芯b5、线圈b7、轴b6和推力盘b1。其轴向铁芯b5内圆和转子外圆的同轴度依靠磁钢b4的上下两面与轴向铁芯b5外圆、后轴向铁芯b3内圆配合形成。由于磁钢b4需要装配在轴向铁芯b5与后轴向铁芯b3中间，装配时会预留一定的间隙，这样就会造成轴向组件装配好后，轴向铁芯b5存在偏心现象，产生径向干扰力，进而存在激发转子固频而共振的风险。同时，依靠磁钢b4定位时，磁钢b4的强磁会干扰测量设备，将无法测量后轴向铁芯b3的外圆面与轴向铁芯b5的内圆面的同轴度，进而无法再次修配该同轴度。

发明内容

本发明的目的是提出一种轴向磁悬浮轴承用定心装置、轴向磁悬浮轴承及装配方法，能够消除轴向磁悬浮轴承在转子处于平衡位置运行时因装配偏心而引入的径向干扰力。

为实现上述目的，本发明提供了一种轴向磁悬浮轴承用定心装置，包括磁极外壳和设置在所述磁极外壳内的轴向铁芯，其中还包括：轴向铁芯定位环，所述轴向铁芯定位环的径向外圆面顶靠在所述磁极外壳的径向内圆面上，所述轴向铁芯定位环的径向内圆面顶靠在所述轴向铁芯的径向外表面上，以实现所述轴向铁芯的径向定位。

进一步的，所述磁极外壳包括前轴向铁芯和后轴向铁芯，所述前轴向铁芯与所述后轴向铁芯相扣合，形成能够容纳所述轴向铁芯和所述轴向铁芯定位环的容纳空间，所述轴向铁芯定位环的径向外圆面顶靠在所述前轴向铁芯的径向内圆面或者所述后轴向铁芯的径向内圆面。

进一步的，所述轴向铁芯定位环的一侧轴向端面顶靠在所述磁极外壳的一个内侧壁面上，所述轴向铁芯通过外圆周上设置的凸台顶靠在所述轴向铁芯定位环的另一侧轴向端面上，以实现所述轴向铁芯的轴向定位。

进一步的，所述凸台设置在所述轴向铁芯靠近所述轴向铁芯定位环一侧的外圆周上，所述凸台的径向圆周面作为所述轴向铁芯的径向外表面顶靠在所述轴向铁芯定位环的径向内圆面上，所述凸台与所述轴向铁芯的外圆周面之间的台阶面顶靠所述轴向铁芯定位环的另一侧轴向端面。

进一步的，还包括磁钢保持架和多个磁钢，所述磁钢保持架设置在所述轴向铁芯和所述磁极外壳之间的间隙中，所述多个磁钢沿所述磁钢保持架的圆周方向嵌设在所述磁钢保持架内。

进一步的，所述轴向铁芯定位环采用非导磁材料制成。

为实现上述目的，本发明还提供了一种轴向磁悬浮轴承，包括线圈绝缘骨架、缠绕在所述线圈绝缘骨架上的控制线圈和推力盘，其中还包括前述的轴向磁悬浮轴承用定心装置。

为实现上述目的，本发明还提供了一种前述的轴向磁悬浮轴承的装配方法，其中包括：

将轴向铁芯定位环装入磁极外壳内，并使轴向铁芯定位环的径向外圆面顶靠在所述磁极外壳的径向内圆面上；

将由轴向铁芯、控制线圈和线圈绝缘骨架组装的轴向铁芯组件装入所述磁极外壳，并使所述轴向铁芯定位环的径向内圆面顶靠在所述轴向铁芯的径向外表面上，以实现所述轴向铁芯的径向定位。

进一步的，在实现所述轴向铁芯的径向定位后，还包括以装入所述轴向铁芯定位环的所述磁极外壳的径向内圆面为检测基准，检测并校验所述轴向铁芯与所述磁极外壳的径向内圆面的装配同轴度的步骤。

进一步的，在实现所述轴向铁芯的径向定位后，还包括：

以装入所述轴向铁芯定位环的所述磁极外壳的径向内圆面为检测基准，检测并校验所述轴向铁芯与所述磁极外壳的径向内圆面的装配同轴度；

在磁钢保持架的周向装入多个磁钢，并将所述磁钢保持架装入所述轴向铁芯和所述磁极外壳之间的间隙中，以实现所述磁钢的定位和压紧。

进一步的，所述磁极外壳包括前轴向铁芯和后轴向铁芯，在装配所述轴向铁芯定位环时，将所述轴向铁芯定位环装入所述前轴向铁芯和后轴向铁芯中的一个铁芯，在完成所述磁钢和磁钢保持架的装配后，继续进行推力盘以及所述前轴向铁芯和后轴向铁芯中另一个铁芯的装配，使所述前轴向铁芯与所述后轴向铁芯相扣合，形成能够容纳所述轴向铁芯和所述轴向铁芯定位环的容纳空间。

基于上述技术方案，本发明在轴向磁悬浮轴承结构中增加了轴向铁芯定位环，依靠轴向铁芯和轴向铁芯定位环以及磁极外壳之间的过盈装配来确保轴向铁芯与推力盘的装配同轴度，进而消除了轴向磁悬浮轴承在平衡位置时的径向干扰力，实现对轴向铁芯的径向定位。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有的一种永磁偏置轴向磁力轴承的原理示意图。

图2为现有的一种空调用轴向磁力轴承的结构示意图。

图3为本发明轴向磁悬浮轴承的一实施例的结构示意图。

图4为本发明轴向磁悬浮轴承的装配方法的一实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

考虑到现有轴向磁悬浮轴承的轴向铁芯内圆与推力盘外圆之间的同轴度难以满足工作需要，主要原因在于该同轴度需要依靠磁钢的装配间隙确定，而该间隙依靠磁钢加工的精度确定，而这又受限于磁钢加工精度难以进一步提高。因此，发明人在轴向磁悬浮轴承结构中增加了轴向铁芯定位环，依靠轴向铁芯和轴向铁芯定位环以及磁极外壳之间顶靠关系来确保轴向铁芯与推力盘的装配同轴度，进而消除了轴向磁悬浮轴承在平衡位置时的径向干扰力，实现对轴向铁芯的径向定位。

如图3所示，为本发明轴向磁悬浮轴承的一实施例的结构示意图。在本实施例中，轴向磁悬浮轴承包括线圈绝缘骨架3、缠绕在所述线圈绝缘骨架3上的控制线圈4和推力盘7以及轴向磁悬浮轴承用定心装置。其中，轴向磁悬浮轴承用定心装置包括磁极外壳和设置在磁极外壳内的轴向铁芯8，轴向磁悬浮轴承用定心装置还包括轴向铁芯定位环6，该轴向铁芯定位环6的径向外圆面顶靠在磁极外壳的径向内圆面上，轴向铁芯定位环6的径向内圆面顶靠在轴向铁芯8的径向外表面上，这样就能够依靠轴向铁芯定位环6和磁极外壳的配合面以及轴向铁芯8与轴向铁芯定位环6的配合面的共同作用，来实现轴向铁芯8的径向定位，确保轴向铁芯8的内圆面与磁极外壳的装配同轴度。

加之磁悬浮精度通常在5个微米之内，转子在平衡位置的径向干扰力主要来自装配误差，而且推力盘7为旋转部件，装入后磁悬浮将其稳定悬浮后，推力盘与磁极外壳的同轴度就可以保证。因此在确保了轴向铁芯8的内圆面与磁极外壳的装配同轴度后，就能够保证轴向转子工作在平衡位置时轴向铁芯8的内圆面与推力盘7的外圆面的同轴度，使轴向磁悬浮轴承工作时引入的径向间隙q1均匀，避免转子在平衡位置时持续的径向干扰力的产生，避免共振风险，确保转子的平稳运行。

在图3中，磁极外壳包括前轴向铁芯1和后轴向铁芯5，前轴向铁芯1与所述后轴向铁芯5相扣合，形成能够容纳轴向铁芯8和所述轴向铁芯定位环6的容纳空间。图3中的后轴向铁芯5具有更深的容腔，因此轴向铁芯定位环6可以设置在后轴向铁芯5一侧，并使轴向铁芯定位环6的径向外圆面顶靠在后轴向铁芯5的径向内圆面。在另一个实施例中，也可以使轴向铁芯定位环6设置在前轴向铁芯1一侧，并使轴向铁芯定位环6的径向外圆面顶靠在所述前轴向铁芯1的径向内圆面。

轴向铁芯定位环6的一侧轴向端面可以顶靠在磁极外壳的一个内侧壁面上，例如图3中后轴向铁芯5的内侧壁面上，而轴向铁芯8通过外圆周上设置的凸台顶靠在轴向铁芯定位环6的另一侧轴向端面上，以实现轴向铁芯8的轴向定位。这样通过轴向铁芯定位环6与后轴向铁芯5在轴向和径向上的配合，以及轴向铁芯定位环6与轴向铁芯8在轴向和径向上的配合，来实现轴向铁芯8相对于后轴向铁芯5的轴向和径向的定心。现有的轴向磁悬浮轴承中轴向铁芯和推力盘工作时如果各自内外圆的同轴度不良，即便永磁偏置的径向工作承载力(由径向气隙q1产生)与轴向工作承载力(由轴向气隙q2和q3共同作用产生)的耦合量已知，因偏心仍然会造成耦合量失稳，增加控制轴向转子的控制难度，甚至无法启动。而本实施例的轴向磁悬浮轴承通过确保装配同轴度来尽可能的降低偏心量，可以减少因装配偏心所引入的轴向控制耦合量，提高整机效率。

在本发明的上述各实施例中，轴向铁芯定位环6、磁极外壳以及轴向铁芯8之间的配合面可选择过盈配合或者过渡配合，其中选择采用过盈配合则通常为永久性配合，不准备进行二次拆卸，而选择采用过渡配合，则可实现二次拆卸，便于后续维修。

在轴向铁芯8与轴向铁芯定位环6的配合结构中，轴向铁芯8在靠近轴向铁芯定位环6一侧的外圆周上设置了凸台，该凸台的径向圆周面可作为所述轴向铁芯8的径向外表面顶靠在所述轴向铁芯定位环6的径向内圆面上，而凸台可通过与轴向铁芯8的外圆周面之间的台阶面来顶靠所述轴向铁芯定位环6的另一侧轴向端面。

在轴向磁悬浮轴承用定心装置的结构中，还可以进一步增加磁钢保持架2和多个磁钢9，磁钢保持架2设置在轴向铁芯8和所述磁极外壳之间的间隙中，所述多个磁钢9沿所述磁钢保持架2的圆周方向嵌设在磁钢保持架2内。该磁钢保持架2和磁钢9不需要像现有技术中起到轴向铁芯8与磁极外壳之间同轴度的保证的作用，因此在安装时可以在轴向铁芯8以及控制线圈4等安装后再行安装，从而避免磁钢9对轴向铁芯8的装配同轴度检测结果的影响。

在材质的选择上，本发明引入的轴向铁芯定位环6优选采用非导磁材料制成，避免影响轴向磁悬浮轴承磁路。而磁极外壳、推力盘7和轴向铁芯8通常采用实心软磁材料制成，磁钢保持架2也优选采用非导磁材料制成。磁钢9可为稀土永磁材料，线圈绝缘骨架3采用非导电材料制成，控制线圈4可由漆包线绕制而成。

下面基于前述的轴向磁悬浮轴承用定心装置的实施例，说明一下轴向磁悬浮轴承的装配方法，如图4所示，装配方法具体包括：

步骤101、将轴向铁芯定位环6装入磁极外壳内，并使轴向铁芯定位环6的径向外圆面顶靠在所述磁极外壳的径向内圆面；

步骤102、将由轴向铁芯8、控制线圈4和线圈绝缘骨架3组装的轴向铁芯组件装入所述磁极外壳，并使所述轴向铁芯定位环6的径向内圆面顶靠在所述轴向铁芯8的径向外表面上，以实现所述轴向铁芯8的径向定位。

进一步的，还可以在步骤102之后，包括步骤103、以装入所述轴向铁芯定位环6的所述磁极外壳的径向内圆面为检测基准，测量并校验所述轴向铁芯8与所述磁极外壳的径向内圆面的装配同轴度。

在所述轴向铁芯8与所述磁极外壳的径向内圆面的装配同轴度检测合格后，还可以进一步包括：步骤104、在磁钢保持架2的周向装入多个磁钢9，并将所述磁钢保持架2装入所述轴向铁芯8和所述磁极外壳之间的间隙中，以实现所述磁钢9的定位和压紧。

在另一个实施例中，磁极外壳包括前轴向铁芯1和后轴向铁芯5，当在装配所述轴向铁芯定位环6时，将所述轴向铁芯定位环6装入所述前轴向铁芯1和后轴向铁芯5中的一个铁芯，而在完成所述磁钢9和磁钢保持架2的装配后，继续进行推力盘7以及所述前轴向铁芯1和后轴向铁芯5中另一个铁芯的装配，使所述前轴向铁芯1与所述后轴向铁芯5相扣合，形成能够容纳所述轴向铁芯8和所述轴向铁芯定位环6的容纳空间。

接下来，结合图4所示的装配方法说明一下图3所示的轴向磁悬浮轴承结构实施例的具体装配过程，如下：

先将轴向铁芯定位环6装入后轴向铁芯5中，使轴向铁芯定位环6的右端面与后轴向铁芯5中段的左端面接触，以及使轴向铁芯定位环6的径向外圆面与后轴向铁芯5的拐角内圆面接触，实际装配时轴向铁芯定位环6装入后与后轴向铁芯5之间可为过盈配合与过渡配合接触。

将轴向铁芯定位环6装入后轴向铁芯5后，装入由线圈绝缘骨架3、控制线圈4、轴向铁芯8组成的轴向铁芯组件，使轴向铁芯8的凸台径向圆周面与轴向铁芯定位环6的径向内圆面接触，以及使轴向铁芯8的凸台底端面(即台阶面)与轴向铁芯定位环6的左端面接触，实际装配时轴向铁芯8与轴向铁芯定位环6之间可为过盈配合或者过渡配合接触。

装配完线圈绝缘骨架3、控制线圈4、后轴向铁芯5、轴向铁芯定位环6、轴向铁芯8后，对装配组件的装配精度进行测量，要求以后轴向铁芯5的景象外圆面为检测基准，测量轴向铁芯8的径向内圆面与后轴向铁芯5的径向外圆面的装配同轴度，在设计公差允许范围内即为合格，反之需要对该装配同轴度进行修配，再次测量校验。检测合格后装入磁钢9并用磁钢保持架2对磁钢进行定位，压紧。最后将该装配组件与前轴向铁芯1、推力盘7装上应用的旋转机械机组，运行调试，确保机组运行稳定悬浮性能。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。