一种具有安全制动保护功能的磁悬浮轴承的制作方法

1.本发明涉及磁悬浮轴承技术领域，具体公开了一种具有安全制动保护功能的磁悬浮轴承。


背景技术：

2.磁悬浮轴承是一种利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触的轴承。与传统的滚动轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点。
3.目前，飞轮储能系统中采用磁悬浮轴承代替传统的轴承，在储能飞轮安全保护时，物理上主要靠保护轴承，制动方式主要靠电机放电进行制动，而储能飞轮属于高速大惯量旋转机械，一旦机电失控将存在很大的安全隐患。因此设计一种具有安全制动保护功能的磁悬浮轴承是保证飞轮储能系统安全、稳定运行的基础，故本技术提出了一种在具有普通磁悬浮轴承所具有的优点功能的基础上兼具主动安全防护的磁悬浮轴承。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对传统磁悬浮轴承不具有安全制动保护功能的不足，设计一种在具有普通磁悬浮轴承所具有的优点功能的基础上兼具主动安全防护的磁悬浮轴承。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：一种具有安全制动保护功能的磁悬浮轴承，包括磁轴承铁芯，所述磁轴承铁芯中同心设置有磁轴承线圈和制动线圈，且磁轴承线圈、制动线圈分别设置在磁轴承铁芯的外端和内端，位于所述制动线圈内侧的磁轴承铁芯上呈环形阵列状开设有多个通孔，每个所述通孔中均设置有连接销，多个所述连接销的上端共同连接有由导磁金属材料制成的制动吸盘，位于所述制动吸盘和磁轴承铁芯之间的连接销上套设有支撑弹簧，多个所述连接销的下端共同连接有保护制动盘。
6.作为上述方案的进一步设置，所述磁轴承铁芯上开设有内、外凹槽，且内、外凹槽分别开设在磁轴承铁芯的正面和背面，所述磁轴承线圈安装在外凹槽中，所述制动线圈安装在内凹槽中。
7.作为上述方案的进一步设置，所述内、外凹槽中均填充有用于固定磁轴承线圈和制动线圈的绝缘导热胶。
8.作为上述方案的进一步设置，所述制动吸盘的外径大于制动线圈的绕径且小于磁轴承线圈的饶径设置。
9.作为上述方案的进一步设置，所述磁轴承铁芯的下表面开设有容纳槽，所述保护制动盘设置在容纳槽中，且保护制动盘的工作面伸出容纳槽的槽口设置。
10.作为上述方案的进一步设置，所述连接销的上端为圆形阶梯状，所述制动吸盘的内侧面开设有与连接销上端相配合的阶梯卡孔。
11.作为上述方案的进一步设置，所述制动吸盘的内侧面开设有直径小于制动线圈绕径的圆形槽，多个所述卡孔呈环形阵列状开设在圆形槽。
12.作为上述方案的进一步设置，所述保护制动盘由非金属耐磨导热材料制成，且保护制动盘的工作面上设置有发散条纹。
13.作为上述方案的进一步设置，所述的磁悬浮轴承成对使用，且镜像对称安装在轴的两端。
14.有益效果：1）本发明公开的新型磁悬浮轴承通过设置的制动线圈产生对制动吸盘的吸附力，吸附力在克服弹簧支撑力后使得由制动吸盘、连接线、保护制动盘组成的移动组件向工作平面处移动使得保护制动盘与工作平面接触产生摩擦，从而实现制动的功能；整个磁悬浮轴承通过上述设计，使其具有主动物理制动功能，控制灵活，物理制动安全可靠。
15.2）本发明公开的新型磁悬浮轴承为一体化结构设计，轴承与制动功能采用双磁路设计，相互无影响，整个轴承不但具有普通磁悬浮轴承所有功能，还具有备用保护和主动制动的功能，而且整个轴承的结构紧凑、节省空间，体积小应用场景更广泛。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明的平面结构示意图；图2为本发明的第一角度立体半剖图；图3为本发明的第二角度立体半剖图；图4为本发明中磁轴承铁芯的正、背面立体结构示意图；图5为本发明中制动吸盘的正、背面立体结构示意图；图6为本发明中连接销的立体结构示意图；图7为本发明中保护制动盘的正、背面立体结构示意图；图8为本发明磁悬浮轴承与飞轮装配时的平面结构示意图；图9为本发明磁悬浮轴承正常模式下的平面结构示意图；图10为本发明磁悬浮轴承制动模式下的平面结构示意图。
18.其中：1
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连接销，2
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支撑弹簧，3
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制动吸盘，301
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阶梯卡孔，302
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圆形槽，4
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制动线圈，5
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磁轴承线圈，6
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磁轴承铁芯，601
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通孔，602
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安装固定孔，603
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容纳槽，7
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保护制动盘，701
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发散条纹，702
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圆形槽，8
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飞轮。
具体实施方式
19.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
20.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
21.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
22.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
23.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1
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10，并结合实施例来详细说明本技术。
25.本发明公开了一种具有安全制动保护功能的新型磁悬浮轴承，参考附图1、附图2和附图3，该新型磁悬浮轴承主要由七部分组成：连接销1、支撑弹簧2制动吸盘3、制动线圈4、磁轴承线圈5、磁轴承铁芯6和保护制动盘7。其中，制动线圈4、磁轴承线圈5、磁轴承铁芯6为一个整体，可以称为固定组件；连接销1、制动吸盘3、保护制动盘7为一个整体，可以称为移动组件。其中，移动组件通过支撑弹簧2支撑，并利用磁轴承铁芯6上开设的通孔与连接销1之间的间隙配合作用实现上下移动。
26.参考附图4，磁轴承铁芯6为内外反向凹槽设计，且内外两个反向凹槽同心设置。外圈凹槽向下为放置磁轴承线圈5的位置，内圈凹槽向上为放置制动线圈4的位置。磁轴承线圈5是采用绝缘漆包线缠绕成型的，可以是一个线圈或多个线圈组成，同理制动线圈4也是采用绝缘漆包线缠绕成型的，也可以是一个线圈或多个线圈并联组成，并且磁轴承线圈5和制动线圈4在磁轴承铁芯6槽内均采用绝缘导热胶固化固定。同时，磁轴承铁芯6中心的孔内壁有止口定位功能，能保证磁轴承安装位置的同轴度。在轴承铁芯6中心孔的周围一圈开设有安装固定孔602，用于对轴承铁芯6进行固定安装。在再往外是一圈开设的是更大通孔601，是用来约束导向连接销1的。其中，磁轴承铁芯6材料为导磁金属材料，能导磁形成闭合磁路。
27.参考附图5，在制动吸盘3的内圈底面设置有凹陷的圆形槽302，并开设有一圈阶梯卡孔301。阶梯卡孔301是用于连接连接销1并使其轴向约束。其中，制动吸盘3外径应大于制动线圈4的绕径、且小于磁轴承线圈5的绕径，这样能使磁轴承正常工作时，在制动吸盘3与
磁轴承铁芯6之间减少漏磁。制动吸盘3的内圈底面开设的凹陷圆形槽302的作用是加大非作用面的间隙，减少漏磁，使电磁力集中作用在工作面上。同时，制动吸盘3材料也为导磁金属材料，能导磁形成闭合磁路。
28.参考附图6，连接销1的上端为圆形阶梯状，这是与制动吸盘3上的阶梯卡孔301定位配合，它们之间采用过盈装配进行固定连接。连接销1的中部与磁轴承铁芯6的通孔601为间隙配合，起到为移动组件的移动导向作用。同时，连接销1材料为不导磁金属材料，能够阻断磁路。
29.参考附图7，保护制动盘7采用为非金属耐磨导热材料。保护制动盘7的形状为一个圆环，正面开设有一圈圆形槽702，连接销1的下端与保护制动盘7上的圆形槽702为过盈配合，起到连接固定的作用。保护制动盘7的背面是与工作平面的接触面，具有一圈发散条纹701，主要作用是为了增加摩擦阻力，提高制动效果的作用。同时在磁轴承铁芯6的下表面开设有容纳槽603，将保护制动盘7安装在容纳槽603中，并且保护制动盘7的工作面（即背面）伸出容纳槽603的槽口一定厚度设置，目的是为了在转子失稳情况下，让转子的表面先接触到保护制动盘7的表面，对磁轴承的工作面形成保护作用。
30.参考附图1和附图3，支撑弹簧2套设在制动吸盘3和磁轴承铁芯6之间的连接销1上，主要作用是在不使用制动功能时，保持制动吸盘3和磁轴承铁芯6之间的分离间隙。同时，支撑弹簧2采用不导磁金属材料，能够阻断磁路，并且支撑弹簧2的刚度不需要设置过大。
31.本发明公开的具有安全制动保护功能的新型磁悬浮轴承使用在飞轮中时，其与飞轮8之间的装配图可参考附图8。其中，新型磁悬浮轴承一般成对使用，对称安装在飞轮的两侧，同时使用主动制动功能是应对两个磁轴承同时发出指令，确保动作一致。
32.本发明公开的新型磁悬浮轴承的具体工作原理如下：在正常模式下，当新型磁悬浮轴承在一个旋转平面上正常工作时，磁轴承线圈5内有电流通过形成磁场，制动线圈4内不通电无磁场，由于磁轴承铁芯6、和工作平面均为导磁材料制成，并且由于连接销1、支撑弹簧2及保护制动盘7均为不导磁材料制成，因此形成磁路，如图9所示，此时只有磁悬浮轴承对工作平面产生吸力。
33.在制动模式下，新型磁悬浮轴承需要主动制动时，磁轴承线圈5和制动线圈4内均通电流，但电流方向相反，形成磁场，如图10所示，此时磁悬浮轴承不但对工作平面产生一个电磁吸力，同时也对制动吸盘3产生了一个电磁吸力，这个电磁吸力远大于支撑弹簧2的弹力，并且随着制动吸盘3和磁轴承铁芯6的气隙减小，电磁吸力会越来越大。因此，会使得制动吸盘3带动连接销1与保护制动盘7向下移动，使得制动吸盘3与工作表面接触产生摩擦，让转子减速制动直至停止运行。
34.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。