專利名稱：永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，特別是一種永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。這是
一種具有加載主動磁懸浮軸承對中裝置、利用高溫超導(dǎo)材料的本質(zhì)釘扎特點(diǎn)，將裝入其內(nèi)部的轉(zhuǎn)子懸浮于高溫超導(dǎo)磁力軸承中心的旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)。其關(guān)鍵技術(shù)涉及到高溫超導(dǎo)材料
在軸承領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用技術(shù)；永磁材料在軸承領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用及其充磁技術(shù)；以及主動磁懸浮軸承及其對中技術(shù)。本發(fā)明中的主動磁懸浮軸承可以保證轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)獲得高精度的定位，而高溫超導(dǎo)磁力軸承則能夠使得轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)更加穩(wěn)定可靠。本發(fā)明的另外一個(gè)特點(diǎn)是能耗非常小，是一種低耗、節(jié)能、可靠、高效、環(huán)保的高精尖旋轉(zhuǎn)驅(qū)動設(shè)備。
本發(fā)明可應(yīng)用于特種工程設(shè)備中。
背景技術(shù)：
永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承(Permanent High Temperature SuperconductorMagneticBearing，簡稱PHTSMB)由永磁體(permanent magnet,簡稱PM)禾口高溫超導(dǎo)體HTS構(gòu)成，這是一種繼主動電磁軸承(active magnetic bearing,簡稱AMB)、永磁偏置磁力軸承(perma體tflxial magnetic bearing,簡稱PFMB)以及全永磁懸浮軸承(entirepermanent magneticbearing，簡稱EPMB)之后出現(xiàn)的一種非接觸型支承部件。
AMB是依靠電磁鐵產(chǎn)生的電磁力使得轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定非接觸懸浮的一種支承部件。它出現(xiàn)于上個(gè)世紀(jì)四十年代，其關(guān)鍵部件是電子控制器與位移傳感器。這兩種部件的技術(shù)指標(biāo)直接影響到了 AMB的機(jī)械性能，因此一直是研究者的興趣所在。隨著AMB研究的不斷深入，智能磁力軸承(smart magnetic bearing,簡稱SMB)的構(gòu)思也一直在科學(xué)家的頭腦中徘徊，然而由于各種原因，這個(gè)構(gòu)思也僅僅存在于科學(xué)家頭腦中。AMB的缺點(diǎn)是體積大，價(jià)格高，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。 與AMB相比，永磁偏置的磁力懸浮軸承體積相對小一些。但在安裝方面卻有很大的難度。并且由于永磁體的存在，對環(huán)境的影響也不可忽視。另外一種磁懸浮軸承的類型是全永磁懸浮軸承，這種軸承可以獲得最小的體積，最小的功耗以及最簡單的結(jié)構(gòu)。但是目前還在研究中，并且其安裝的難度與技術(shù)指標(biāo)等也都有待于驗(yàn)證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷提供一種應(yīng)用超導(dǎo)材料與永磁材料組合構(gòu)成的懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，該系統(tǒng)帶有主動磁懸浮對中裝置，可應(yīng)用于相關(guān)工程項(xiàng)目。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是本發(fā)明利用了高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)特性，通過合理地安放超導(dǎo)體與永磁體，使之轉(zhuǎn)子能在高溫超導(dǎo)軸承的支承下穩(wěn)定懸浮。由于高溫超導(dǎo)體存在磁通釘扎，因此本身具有自穩(wěn)定性。與主動磁軸承AMB相比，超導(dǎo)磁軸承是無需主動電子控制系統(tǒng)的被動磁懸浮軸承，不僅節(jié)省了電力消耗，還減少了可能失效的復(fù)雜控制部件，使系統(tǒng)更加可靠，使用壽命更長，是一種低摩擦高轉(zhuǎn)速的高技術(shù)新型軸承，主要應(yīng)用于高精尖工業(yè)領(lǐng)域，如艦船的主軸支承、以及航空航天、能源等領(lǐng)域中的相關(guān)設(shè)備。
本發(fā)明中的高溫超導(dǎo)磁懸浮裝置，包括主動磁懸浮對中裝置、永磁型軸向超導(dǎo)軸
承和永磁型徑向超導(dǎo)軸承，其特征在于所述永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的對中裝
置采用了主動磁懸浮結(jié)構(gòu)，并可以實(shí)現(xiàn)自動與手動微調(diào)對中方式，即使用中，可以依據(jù)主動
磁懸浮對中裝置完成轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)的對中過程，而在必要的時(shí)候，也能通過手動實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子對中
精度的微調(diào)，使之達(dá)到更高的精度，以便使得轉(zhuǎn)子在高溫超導(dǎo)磁力軸承工作時(shí)獲得更加穩(wěn)定與可靠的特性。
上述永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承是永磁型徑向與軸向高溫超導(dǎo)磁力軸承中的超導(dǎo)材料都與充滿液氮的管道連通，液氮是本永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的冷卻媒體，提供高溫超導(dǎo)材料工作時(shí)必需的環(huán)境溫度。
根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案 —種永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，由對中裝置、軸向軸承、徑向軸承以及轉(zhuǎn)子組成，其特征在于所述對中裝置為主動型電磁軸承對中裝置，所述軸向軸承為永磁型軸向高溫超導(dǎo)磁力軸承，所述徑向軸承為永磁型徑向高溫超導(dǎo)磁力軸承。 上述永磁型軸向高溫超導(dǎo)磁力軸承是由軸向高溫超導(dǎo)體與軸向永磁體組合而成；軸向高溫超導(dǎo)體安裝于軸向軸承固接件內(nèi)；并與固接件實(shí)現(xiàn)無縫連接。 上述永磁型徑向高溫超導(dǎo)磁力軸承是由徑向高溫超導(dǎo)體與徑向永磁體組合而成；徑向高溫超導(dǎo)體安裝于徑向軸承固接件內(nèi)；并與固接件實(shí)現(xiàn)無縫連接。 上述軸向永磁體與徑向永磁體分別采用了軸向磁化與徑向磁化方式；且相應(yīng)之軸承固接件中均有高溫超導(dǎo)工作媒體循環(huán)槽、工作循環(huán)媒體隔熱槽以及高溫超導(dǎo)體隔熱槽。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，是有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的主動磁懸浮對中裝置既有使得高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的對中功能，又有在其對中裝置完成對中后，無需退出對中支承狀態(tài)，仍然可以在轉(zhuǎn)子工作時(shí)提供保護(hù)軸承的作用。


圖1本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的左視圖。
圖3轉(zhuǎn)子示意圖。 圖4徑向高溫超導(dǎo)磁力軸承結(jié)構(gòu)示意圖(其中圖(a)為徑向剖視圖，圖(b)為切
去l的立體圖，圖(c)為圖(a)中"B"的放大圖)。4 圖5軸向高溫超導(dǎo)磁力軸承結(jié)構(gòu)示意圖(其中圖(a)為徑向剖視圖，圖(b)為切
去4的外形圖，圖(c)為切去^的立體圖，圖(d)為(a)中"D"的放大圖)。4 4 圖6對中主動磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)示意圖(其中圖(a)為徑向剖視圖，圖(b)為立體圖)。 圖7對中主動磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)分解示意(其中圖(a)為立體圖，圖(b) 、 (c) 、 (d)為分解圖)。 圖8整體結(jié)構(gòu)安裝分解示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例子結(jié)合附圖詳述如下 實(shí)施例一 參見圖l，本永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，由對中裝置、軸向軸承、徑向軸承以及轉(zhuǎn)子組成，其特征在于所述對中裝置為主動型電磁軸承對中裝置l，所述軸向軸承為永磁型軸向高溫超導(dǎo)磁力軸承，所述徑向軸承為永磁型徑向高溫超導(dǎo)磁力軸承。 實(shí)施例二 參見圖1 圖8，本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下永磁型高溫徑向超導(dǎo)軸承由永磁型徑向超導(dǎo)軸承殼體7、永磁型徑向超導(dǎo)軸承冷媒保持架8、永磁型徑向超導(dǎo)軸承冷媒工作腔9、永磁型徑向超導(dǎo)軸承冷媒保溫腔10，以及永磁型徑向高溫超導(dǎo)體溫度隔離腔11組成。并在殼體7與徑向永磁體5之間設(shè)計(jì)有必需的永磁型徑向超導(dǎo)磁力軸承工作氣隙12。 永磁型高溫軸向超導(dǎo)軸承則由永磁型軸向超導(dǎo)軸承殼體13、永磁型軸向超導(dǎo)軸承冷媒保持架14、永磁型軸向超導(dǎo)軸承冷媒工作腔15、永磁型軸向超導(dǎo)軸承冷媒保溫腔16，以及永磁型高溫軸向超導(dǎo)體溫度隔離腔17組成。并在殼體13與軸向永磁體3之間設(shè)計(jì)有必需的永磁型軸向超導(dǎo)磁力軸承工作氣隙18。 主動磁懸浮對中裝置1是由主動磁懸浮軸承內(nèi)磁環(huán)19、主動磁懸浮軸承勵(lì)磁線圈20、主動磁懸浮軸承錐度定位環(huán)21，以及主動磁懸浮軸承外磁環(huán)22組成。
轉(zhuǎn)子則需要與上述永磁型高溫軸向、徑向超導(dǎo)磁力軸承，以及主動磁懸浮對中裝置的設(shè)計(jì)尺寸相配合。其中，為了提高轉(zhuǎn)子的對中精度，轉(zhuǎn)子的兩端設(shè)計(jì)有配套的定位錐度。 本轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中使用液氮為高溫超導(dǎo)磁力軸承的冷卻媒體。液氮的供給設(shè)計(jì)非本發(fā)明范圍，故略去。 實(shí)施例三參看圖1、圖2和圖3，本永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由主動磁懸浮對中裝置1、永磁型徑向高溫超導(dǎo)磁力軸承、永磁型軸向高溫超導(dǎo)磁力軸承、以及轉(zhuǎn)子組成。其中永磁型徑向高溫超導(dǎo)磁力軸承的永磁環(huán)5 、永磁型軸向高溫超導(dǎo)磁力軸承的永磁環(huán)3與轉(zhuǎn)子4固接；主動磁懸浮對中裝置1中的錐度定位環(huán)21則與轉(zhuǎn)子4上的定位錐度處于臨界固接狀態(tài)。 參看圖3和圖4，永磁型徑向與軸向高溫超導(dǎo)磁力軸承中的冷媒保持架8與14分別與軸承外殼7和13固接，其中需要保持一定的氣隙作為冷媒保溫腔10和16。而在高溫超導(dǎo)材料四周，需要構(gòu)建超導(dǎo)體保溫腔10和16。冷媒保溫腔與超導(dǎo)體保溫腔的寬度不限。超導(dǎo)體2和4應(yīng)分別與冷媒保持架8和14緊密固接，必要時(shí)可以采取相關(guān)的導(dǎo)熱材料連接，以提高溫度的傳遞能力。 參看圖6和圖7，主動磁懸浮對中裝置中的內(nèi)磁環(huán)19應(yīng)當(dāng)與錐度定位環(huán)21采取固接方式聯(lián)接，并保證在工作中不發(fā)生相對的移動。內(nèi)磁環(huán)的表面應(yīng)該做相關(guān)的潤滑措施處理。而錐度定位環(huán)21與轉(zhuǎn)子4上的錐度采取臨界固接方式，S卩采取一定摩擦阻力的固接，當(dāng)載荷大于設(shè)定值時(shí)，兩者才會發(fā)生相對的移動，這樣既可以保證轉(zhuǎn)子4的對中要求，也便于裝卸。而外磁環(huán)22 —般與裝置的外殼相連接，其中勵(lì)磁線圈安放在外磁環(huán)磁極上，其數(shù)量視主動磁懸浮裝置設(shè)計(jì)而定。 本裝置在非工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)子靜止于主動磁懸浮對中裝置的內(nèi)磁環(huán)上，其重量均有
5主動磁懸浮對中裝置承受。轉(zhuǎn)子工作的程序是(l)啟動主動對中裝置，使轉(zhuǎn)子在主動磁懸浮對中裝置的作用下穩(wěn)定懸浮起來，并在主動磁懸浮對中裝置的調(diào)整下，達(dá)到高精度的對中。(2)啟動冷媒工作系統(tǒng)(非本專利申請范圍)，冷媒分別進(jìn)入冷媒工作腔9和15，使得溫度急劇下降，達(dá)到高溫超導(dǎo)體的工作溫度后采取保持措施。(3)啟動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(非本專利申請范圍)，這個(gè)時(shí)候，轉(zhuǎn)子上的永磁體因受超導(dǎo)體的釘扎效應(yīng)而穩(wěn)固定位，并在驅(qū)動系統(tǒng)的作用下運(yùn)轉(zhuǎn)。這時(shí)，主動磁懸浮對中裝置可以斷開，但也可以不斷開(做臨時(shí)保護(hù)軸承用)。由于主動磁懸浮對中裝置的存在，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、以及承載能力都會有一定的提高。
權(quán)利要求
一種永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，由對中裝置、軸向軸承、徑向軸承以及轉(zhuǎn)子組成，其特征在于所述對中裝置為主動型電磁軸承對中裝置(1)，所述軸向軸承為永磁型軸向高溫超導(dǎo)磁力軸承，所述徑向軸承為永磁型徑向高溫超導(dǎo)磁力軸承。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于所述永磁型軸向高溫超導(dǎo)磁力軸承是由軸向高溫超導(dǎo)體(2)與軸向永磁體(3)組合而成；軸向高溫超導(dǎo)體(2)安裝于軸向軸承固接件(7)內(nèi)；并與固接件(7)實(shí)現(xiàn)無縫連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于永磁型徑向高溫超導(dǎo)磁力軸承是由徑向高溫超導(dǎo)體(4)與徑向永磁體(5)組合而成；徑向高溫超導(dǎo)體(4)安裝于徑向軸承固接件(8)內(nèi)；并與固接件(8)實(shí)現(xiàn)無縫連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2、3所述之永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于所述軸向永磁體與徑向永磁體分別采用了軸向磁化與徑向磁化方式；且相應(yīng)之軸承固接件(7、8)中均有高溫超導(dǎo)工作媒體循環(huán)槽(9)、工作循環(huán)媒體隔熱槽(10)以及高溫超導(dǎo)體隔熱槽(11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，它由對中裝置、軸向軸承，徑向軸承及轉(zhuǎn)子組成，對中裝置為主動型電磁軸承對中裝置，軸向軸承為永磁型軸向高溫超導(dǎo)磁力軸承，徑向軸承為永磁型徑向高溫超導(dǎo)磁力軸承。本發(fā)明所述之永磁型高溫超導(dǎo)磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)必需的對中裝置采用了電磁懸浮軸承，其作用既為本發(fā)明提供了需要之系統(tǒng)轉(zhuǎn)子與軸承的對中功能，又對系統(tǒng)轉(zhuǎn)子具有一定的保護(hù)與支承功能。
文檔編號F16C32/04GK101788012SQ20101012672
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者張鋼, 朱禮進(jìn), 汪希平, 田豐, 錢婧, 陳萍 申請人:上海大學(xué)