本發(fā)明涉及一種電磁軸承組合式轉(zhuǎn)子鐵芯。

背景技術(shù)：

電磁軸承是一種磁懸浮支撐的無接觸式軸承。它具有應(yīng)用極限轉(zhuǎn)速高，無需潤滑，摩擦阻力小，可靠性高，支撐剛度可調(diào)可控等優(yōu)點(diǎn)。電磁軸承支撐是依靠可控制的帶有電磁鐵芯的電磁線圈產(chǎn)生的電磁力來完成的。

磁軸承對(duì)其定子的電磁鐵芯和轉(zhuǎn)子的鐵磁鐵芯的外形尺寸都有較高的精度要求，這是由于電磁軸承屬于一種機(jī)電一體化的精密的器件，它懸浮控制的間隙小，鐵芯承受的支撐力變化大，安裝配合要求精度高。除此之外，磁軸承的定子和轉(zhuǎn)子鐵芯還要有較高的電磁性能要求，它要求鐵芯的頑磁性小，電磁渦流損失小，磁通性能要好。而磁軸承的轉(zhuǎn)子鐵芯一般是一個(gè)套在轉(zhuǎn)子軸外部的，與轉(zhuǎn)子軸緊固安裝成一體的，管狀零件。就磁軸承的轉(zhuǎn)子來看，其位移量的測(cè)量精度和測(cè)量值的穩(wěn)定性也是影響磁軸承的性能的關(guān)鍵因素之一。目前電磁軸承轉(zhuǎn)子位移多采用電渦流式傳感器測(cè)量，電渦流傳感器適用于一般導(dǎo)電的金屬材料的位移測(cè)量，但如果被測(cè)的金屬體具有一定鐵磁特性，則會(huì)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)帶來一定的渦流能量損失，而且由于鐵磁性的被測(cè)金屬體，由于有電磁感應(yīng)和一定的磁滯效應(yīng)，它會(huì)對(duì)位移測(cè)量的動(dòng)態(tài)過程的瞬態(tài)響應(yīng)值的測(cè)量精度產(chǎn)生不利影響。

電磁軸承尺寸精度的較高要求和電磁特性的多樣性要求，對(duì)電磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和材料選擇提出了許多限制，使得以往的只采用一種材料的轉(zhuǎn)子鐵芯設(shè)計(jì)方案難以保證高性能的電磁軸承在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化和在性能上的進(jìn)一步提升。

以往磁軸承的轉(zhuǎn)子鐵芯一種是用硅鋼片疊置而成，另一種是采用電工純鐵鐵磁材料整體加工而成。采用硅鋼片疊置而成的磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯，由于在制造過程中尺寸精度上難以保證，所以在電磁軸承的設(shè)計(jì)中不得不留有更大的尺寸公差，這就在一定程度上犧牲了電軸承的綜合性能，使得電磁軸承難以做到在有限的體積下達(dá)到較高性能。采用軟鐵磁材料做成的整體式磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯，雖然在加工上上容易做到較高的尺寸精度，但其材料的電磁性能不是很好，它的磁電渦流損失相對(duì)大一些，磁通性能也不是不如硅鋼片，頑磁性也相對(duì)高一些。另外，磁軸承的轉(zhuǎn)子鐵芯在工作時(shí)需要傳遞較大的支撐力，轉(zhuǎn)子鐵芯與轉(zhuǎn)子軸間的安裝配合也是其性能保障的重要因素。

近年來，在其他技術(shù)領(lǐng)域也有人提出了組合式電磁鐵芯方案。比如，專利CN1674168A，一種組合式電磁鐵芯，介紹了軟鐵和鐵氧體的組合，其作用是拓寬了鐵芯的適應(yīng)磁場(chǎng)變化的頻率范圍，在高頻段和低頻段均有良好的磁通性能，用于改善摩托車點(diǎn)火線圈的高低頻點(diǎn)火 性能；專利CN1858865A提出了一個(gè)用于電流互感器的組合鐵芯，它采用鐵基納米晶合金和硅鋼片組合鐵芯代替以往采用的高成本的坡膜合金，或鈷基非晶合金等等。這些文獻(xiàn)所介紹的技術(shù)內(nèi)容與本發(fā)明所述的技術(shù)內(nèi)容相比，在對(duì)鐵芯的性能要求上，在應(yīng)用領(lǐng)域上有明顯不同。2013年本發(fā)明人，哈爾濱工程大學(xué)滕萬慶等，提出了一種組合式徑向電磁軸承定子鐵芯的制作方法，并申請(qǐng)了國家發(fā)明專利，專利號(hào)：ZL20130020287.X。2015年該專利被授權(quán)。在后續(xù)的研究工作中，我們又對(duì)電磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯進(jìn)行了性能優(yōu)化和結(jié)構(gòu)改進(jìn)。采用了新的組合方案，解決了轉(zhuǎn)子鐵芯所特有的，與定子鐵芯不同的，性能優(yōu)化和結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面的問題。本發(fā)明說明書的下面的內(nèi)容具體的闡述了我們提出的磁軸承組合式轉(zhuǎn)子鐵芯的一種新的制作方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種電磁軸承組合式轉(zhuǎn)子鐵芯，本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：提供一種新的組合式電磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯設(shè)計(jì)和制造案。它克服了現(xiàn)有的磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯一些不足，該轉(zhuǎn)子鐵芯與以往的電磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯相比所具有優(yōu)點(diǎn)是：具有較好的機(jī)械加工特性，能夠很好的保證成品轉(zhuǎn)子的外形尺寸精度；該轉(zhuǎn)子鐵芯的電磁性能好，電渦流損失小，磁通性能高，頑磁性?。煌瑫r(shí)該轉(zhuǎn)子鐵芯位移測(cè)量的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性好，測(cè)量值穩(wěn)定。它是保證電磁軸整體結(jié)構(gòu)緊湊，性能良好的一個(gè)很好的轉(zhuǎn)子鐵芯設(shè)計(jì)制造方案。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：由上至下依次包括上段轉(zhuǎn)子電磁鐵芯、中間段轉(zhuǎn)子電磁鐵芯和下段轉(zhuǎn)子金屬芯，上段轉(zhuǎn)子電磁鐵芯、中間段轉(zhuǎn)子電磁鐵芯和下段轉(zhuǎn)子金屬芯通過鉚接件連接，上段轉(zhuǎn)子電磁鐵芯采用的是整體式金屬鐵磁材料，中間段轉(zhuǎn)子電磁鐵芯采用的是疊片式硅鋼片鐵磁材料，下段轉(zhuǎn)子金屬芯采用的是非導(dǎo)磁的黃銅材料，鉚接件采用非導(dǎo)磁金屬材料。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.上段轉(zhuǎn)子電磁鐵芯采用材料是電工純鐵DT4。

2.下段轉(zhuǎn)子金屬芯采用的材料是H70。

本發(fā)明的技術(shù)原理是：磁軸承的電磁轉(zhuǎn)子鐵芯與一般用于電磁感應(yīng)的電磁鐵芯，如變壓器中的電磁鐵芯，有所不同。它是在一種可控的變化較大的電磁場(chǎng)中工作的，并且在工作中還要承受較大的動(dòng)態(tài)支撐力的作用，它的工作環(huán)境還存在著高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和較強(qiáng)的機(jī)械振動(dòng)。這些因素一方面要求轉(zhuǎn)子鐵芯的磁通性能要好，另一方面它要求鐵芯能夠很好的完成軸承支承力的傳遞。因此要求管狀的轉(zhuǎn)子鐵芯和被套合的軸之間在裝配上要有很緊密的過盈配合。除此之外，電磁軸承本身的結(jié)構(gòu)也非常緊湊，這也要求磁軸承的定子、轉(zhuǎn)子鐵芯零件的尺寸精度要比較高。而在下部的位移測(cè)量段，則要求磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯金屬材料的導(dǎo)電性要好，機(jī) 械加工性能要好，沒有鐵磁效應(yīng)。這樣用一種材料制成的磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯很難達(dá)到既有好的磁通新能，又有較高的鐵芯零件的尺寸精度，又有好的位移可測(cè)性能。本發(fā)明采用組合式鐵芯結(jié)構(gòu)方案，從原理上講就本發(fā)明是利用不同材料的性能，既保證鐵芯的磁通性能優(yōu)良，有保證組合式鐵芯具有較高的零件尺寸精度和轉(zhuǎn)子位移的良好可測(cè)性。其中中段轉(zhuǎn)子鐵芯的采用了磁通性能好的材料，上段轉(zhuǎn)子鐵芯采用了加工性能好的鐵磁材料，下段轉(zhuǎn)子鐵芯采用了導(dǎo)電性和加工性好的非鐵磁性有色金屬材料。為了不干擾轉(zhuǎn)子鐵芯整體的磁特性，鉚接件材料采用了無導(dǎo)磁特性的金屬材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：現(xiàn)有的磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯很難做到在保證有較高的零件尺寸精度的前提下，具有很好的磁通特性和較低的電磁渦流損失，同時(shí)又具有良好的位移測(cè)量動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。本發(fā)明采用了多種材料組合結(jié)構(gòu)，這使得電磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯的尺寸精度、磁特性和位移測(cè)量的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性都得到了很好地保證。本發(fā)明提出的組合式磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯方案為磁軸承整體的進(jìn)一步緊湊設(shè)計(jì)提供了有利條件，或?yàn)樵谕庑纬叽绮蛔兊臈l件下，磁軸承的支撐力進(jìn)一步提升提供了有利條件。本發(fā)明適用于制作具有較高外形尺寸精度，較好磁通性能，較低電磁渦流損失，轉(zhuǎn)子位子測(cè)量精度高，電磁干擾小的電磁軸承的轉(zhuǎn)子鐵芯，它針對(duì)的是徑向電磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯的制作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的俯視方向的示意圖；

圖2是本發(fā)明主視方向的示意圖；

圖3(a)是組合前磁通密度等值云圖，圖3(b)是組合后磁通密度等值云圖；

圖4是本發(fā)明在電磁軸承中的安裝形式示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

結(jié)合圖1至圖4，本發(fā)明涉及一種電磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯的設(shè)計(jì)和制作，特別涉及對(duì)性能、外形尺寸精度和轉(zhuǎn)子位子測(cè)量精度有較高要求的組合式電磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯。這種電磁軸承的轉(zhuǎn)子鐵芯適用于一種徑向電磁軸承鐵芯的制成，電磁軸承在飛輪儲(chǔ)能，現(xiàn)代高速車床，水下艦船、航空、航天陀螺定位等方面有著廣泛的應(yīng)用。

如圖1所示，本發(fā)明由上段轉(zhuǎn)子電磁鐵芯1，中間段轉(zhuǎn)子電磁鐵芯2，下段轉(zhuǎn)子金屬芯3和鉚接件4構(gòu)成。整個(gè)鐵芯是有不同的加工特性和不同的電磁特性的材料組合而成。上段轉(zhuǎn)子鐵芯1采用的是整體式金屬鐵磁材料，如電工純鐵DT4，中間段轉(zhuǎn)子鐵芯2采用的是疊片式硅鋼片鐵磁材料，下段轉(zhuǎn)子金屬芯3采用的是非導(dǎo)磁的黃銅材料，如H70，鉚接件4采用的是非導(dǎo)磁金屬材料。鐵芯整體鉚接成一體后，經(jīng)浸漆定型，可進(jìn)行進(jìn)一步機(jī)械加工，使之 能夠達(dá)到較高的外形尺寸精度。

本發(fā)明的轉(zhuǎn)子鐵芯的少量制作方法為，首先可將初步下料的上段、中段、下段轉(zhuǎn)子鐵芯的原料毛坯疊加在一起鉚接，再經(jīng)過線切割加工而成圖2所示的轉(zhuǎn)子鐵芯形狀，然后經(jīng)浸漆進(jìn)行零件定形。浸漆定形后，轉(zhuǎn)子鐵芯材料的層與層之間粘接牢固，形成一體，鐵芯零件的各方向尺寸就變得穩(wěn)定了。再經(jīng)過磨削加工，轉(zhuǎn)子鐵芯零件的各方向尺寸就會(huì)達(dá)到一個(gè)較高的精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，不同材料的組合保證了轉(zhuǎn)子鐵芯的各方面性能。其中段轉(zhuǎn)子鐵芯選用的是硅鋼片材料，型號(hào)為：50W470。硅鋼片的電磁性能較好，但材料的尺寸穩(wěn)定性較差，特別是軸向尺寸，由于是靠多片材料疊置而成，尺寸非常不穩(wěn)定，且疊片定型后不易進(jìn)行機(jī)械再加工。上段轉(zhuǎn)子鐵芯采用的是電工純鐵材料，型號(hào)為：DT4。該材料可以有一定厚度，經(jīng)過定形后再機(jī)械加工可以保證零件的軸向尺寸精度。電工純鐵在磁通性能和低電磁渦流損失性能上雖然不如硅鋼片好，但其性能是不錯(cuò)的，加之所占的份額在轉(zhuǎn)子鐵芯總體份額中比較少，對(duì)整個(gè)鐵芯磁通性能的影響會(huì)很小。實(shí)例中，模擬計(jì)算的結(jié)果，影響不超過2％。參見圖3。下段轉(zhuǎn)子鐵芯采用的有色金屬黃銅材料，型號(hào)為：H70。下段轉(zhuǎn)子鐵芯的作用是用于轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中位移的實(shí)時(shí)測(cè)量。

實(shí)例中，轉(zhuǎn)子鐵芯的磁通性能由轉(zhuǎn)子鐵芯的組合材料來保證，鐵芯的徑向尺寸由線切割加工來保證，轉(zhuǎn)子鐵芯的軸向尺寸靠轉(zhuǎn)子整體浸漆定形后的磨削加工來保證。圖4所示為一個(gè)組合式轉(zhuǎn)子鐵芯實(shí)施的實(shí)例，圖中：磁軸承定子7、本發(fā)明的組合式磁軸承轉(zhuǎn)子5和被支撐軸6。轉(zhuǎn)子鐵芯外徑60mm，內(nèi)徑33mm，組合轉(zhuǎn)子軸向總長度78mm，其中上段軸向長度2mm，中段軸向長度58mm，下段軸向長度18mm。

本發(fā)明的組合式磁軸承電磁鐵芯，有上轉(zhuǎn)子電磁鐵芯，中間轉(zhuǎn)子電磁鐵芯，位移測(cè)量段下轉(zhuǎn)子鐵芯，鉚接件構(gòu)成。上電磁轉(zhuǎn)子鐵芯件采用的是電工純鐵材料，該材料以機(jī)械加工性能好為主要特征，同時(shí)兼顧材料的電磁性能，磁通特性較好，頑磁性??；中間轉(zhuǎn)子電磁鐵芯件采用另外一種硅鋼片疊成的鐵芯材料，該材料主要以電磁性能好為主要特征，其機(jī)械加工性能不必太好；下轉(zhuǎn)子鐵芯采用的是黃銅材料，該材料的特點(diǎn)是機(jī)械加工特性好，對(duì)電渦流位移傳感器的測(cè)量動(dòng)態(tài)特性好，測(cè)量值的穩(wěn)定性高，下轉(zhuǎn)子鐵芯是用于轉(zhuǎn)子位移測(cè)量的部分；鉚接材料則采用非導(dǎo)磁的金屬材料。如鋁，或不導(dǎo)磁的不銹鋼等材料。

本發(fā)明提出了一種組合式電磁軸承轉(zhuǎn)子的技術(shù)方案。本方案所述的組合式磁軸承電磁轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子上部1，轉(zhuǎn)子中部2，轉(zhuǎn)子下部3，鉚接件4構(gòu)成。轉(zhuǎn)子上部由環(huán)狀電工純鐵制成，轉(zhuǎn)子中部由環(huán)形電磁硅鋼片疊制而成，轉(zhuǎn)子下部由黃銅材料制成。組合轉(zhuǎn)子制作時(shí)先將轉(zhuǎn)子上部、轉(zhuǎn)子中部電磁硅鋼疊片、轉(zhuǎn)子下部的黃銅材料的原料毛坯鉚接在一起，經(jīng)線切割加工， 加工成圖1所示的外形，再經(jīng)過浸漆定型后，進(jìn)行機(jī)械精加工，以保證鐵芯成型的尺寸精度。本方案的突出特征是，通過電工軟鐵(牌號(hào)：DT4)、電磁硅鋼片和黃銅(牌號(hào)：H70)三種不同材料的組合方式，制成徑向磁軸承的轉(zhuǎn)子電磁鐵芯。這種組合方案充分利用了三種材料的性能特點(diǎn)，能夠保證外形精度高的前提下，制成磁性能好、轉(zhuǎn)子位移測(cè)量精度高的磁軸承轉(zhuǎn)子電磁鐵芯，以滿足磁軸承的對(duì)轉(zhuǎn)子電磁鐵芯的性能要求。