一种电磁悬浮轴承结构、风机、真空泵及空分系统的制作方法

本发明涉及电磁悬浮轴承的领域，尤其是一种电磁悬浮轴承结构、风机、真空泵及空分系统。

背景技术：

1、在各种机械系统中，电磁轴承由于其非接触式支撑和高精度控制的特点，被广泛应用于高速旋转设备、精密加工机床以及航空航天领域等。然而，电磁轴承的振动问题仍然是一个挑战，它会影响系统的稳定性、精度和可靠性。

2、目前，在电磁轴承系统中，振动调节通常依赖于传统的控制方法，如pid 控制或反馈控制。这些方法在一定程度上可以减少振动，但在一些复杂的工况下，可能无法有效地抑制振动。此外，电磁轴承的振动问题还可能受到系统参数变化、外部干扰以及不确定性因素的影响。

3、目前，公开号为cn117588491a，公开日为2024年02月23日的中国发明专利提出磁悬浮轴承系统及其停机控制方法、装置和电器设备，包括：响应于转轴的停浮指令，判断转轴是否存在急停故障；在系统存在急停故障时，直接控制前径向磁轴承、后径向磁轴承和轴向轴承停止输出电磁力，以使转轴落在保护轴承上；在系统未存在急停故障时，获取转轴的悬浮精度，根据悬浮精度控制前径向磁轴承、后径向磁轴承和轴向轴承停止输出电磁力，以使转轴落在保护轴承上；通过位移电压、所述中心参考位置对应的参考电压、用于检测所述位移的位移传感器的灵敏度，计算得到所述转轴的悬浮精度。

4、针对上述相关技术，通过使径向磁轴承停止输出电磁力，以使转轴落在保护轴承上，对转轴进行保护，保护轴承是电磁轴承结构的最后一道安全屏障，当转轴发生摆动时，若此时使转轴落到保护轴承上，则会对保护轴承造成冲击，导致保护轴承使用寿命缩短，进而导致需要频繁拆机更换保护轴承，增加了维修成本。

技术实现思路

1、为了减少电磁悬浮轴承的维修频率，进而降低维修成本，本发明提供一种电磁悬浮轴承结构、风机、真空泵及空分系统。

2、第一方面，本发明提供一种电磁悬浮轴承结构，采用如下的技术方案：

3、一种电磁悬浮轴承结构，包括轴承机构、检测机构、保护机构、和控制系统，所述轴承机构包括壳体、转轴、第一径向磁轴承、第二径向磁轴承和轴向磁轴承，所述第一径向磁轴承和第二径向磁轴承均设在壳体，所第一径向磁轴承和第二径向磁轴承对转轴进行径向支撑，所述轴向磁轴承设置在转轴上，所述轴向磁轴承对转轴进行轴向支撑；

4、所述检测机构包括用于检测转轴位移的第一传感器和第二传感器，所述第一传感器设置在第一径向磁轴承上，所述第二传感器设置在第二径向磁轴承上，所述第一传感器和第二传感器的检测频率不同步；所述保护机构包括保护轴承和缓冲组件，所述保护轴承的外圈设置在壳体上，所述保护轴承的内环与转轴同轴；

5、所述缓冲组件包括缓冲座、缓冲介质和缓冲环，所述缓冲座设置在壳体上，所述缓冲环滑动设置在缓冲座内，所述缓冲介质填充在缓冲座与缓冲环之间，所述保护轴承的外圈设置在缓冲环上；

6、所述控制系统包括：

7、主控模块、记录模块和判断模块；

8、判断模块，输入端与第一传感器和第二传感器输出端连接，输出端与主控模块连接，用于对转轴的位移情况进行判断；

9、主控模块，输入端与判断模块的输出端连接，输出端与第一径向磁轴承输入端、第二径向磁轴承输入端和轴向磁轴承输入端连接，用于通过调控径向磁轴承和轴向磁轴承磁力来实现对转轴的位置调节。

10、通过采用上述技术方案，当第一传感器和第二传感器检测到转轴径向距离一致，且转轴位置在安全阈值内时，主控模块使第一径向磁轴承和第二径向磁轴承维持原有径向支撑磁力，使转轴维持运行状态；当转轴径向距离一致，且发生径向距离超出安全阈值时，则证明转轴发生径向移动，没有发生摆动，判断模块将信息发给主控模块，主控模块通过调整第一径向磁轴承和第二径向磁轴承径向支撑磁力，使转轴回到准确运行位置；

11、若检测到的径向位移距离不一致，则证明转轴发生了摆动，通过主控模块，调整第一径向磁轴承和第二径向磁轴承径向支撑磁力，使转轴停止摆动；在电磁悬浮轴承意外断电时，转轴落到保护轴承上，降低转轴与第一径向磁轴承或第二径向磁轴承之间发生冲击的可能，降低了电磁悬浮轴承的损坏率，减少了电磁悬浮轴承的拆机维修次数，进而节省了维修成本；

12、通过设置第一传感器和第二传感器检测频率不同步，提高了检测捕获信号的检测范围，实现对转轴的精准调节，进而使转轴运行更加平稳；

13、当电磁悬浮轴承意外断电落到保护轴承上时，缓冲环向缓冲座靠拢，缓冲介质通过流动方式吸收冲击力，降低保护轴承产生形变的可能，提高了保护轴承的使用寿命；当转轴摆动幅度过大与保护轴承接触时，缓冲组件的缓冲介质通过流动吸收保护轴承受到的冲击力，降低保护轴承损坏的概率；同时缓冲介质能够对保护轴承进行导热，降低保护轴承受热形变的可能。

14、可选地，所述缓冲组件还包括第一磁体和第二磁体，所述保护轴承为调心滚子轴承，所述第一磁体设置在转轴上，所述第二磁体设置在保护轴承的内圈上，所述第一磁体的内圈磁极与外圈磁极相反，所述第二磁体的内圈与外圈磁极相反，所述第一磁体与第二磁体相邻面互相排斥，所述转轴外周面到保护轴承内圈的距离为保护间隙。

15、通过采用上述技术方案，当转轴发生摆动时，由于第一磁体与第二磁体之间互相排斥的作用力，使保护轴承能够径向移动，同时保护轴承的内圈能够与转轴同轴转动，使保护间隙不变，降低转轴对保护轴承误冲击的可能；当转轴停止摆动复位后，在第一磁体和第二磁体的作用下，保护轴承能够复位；当电磁悬浮轴承意外断电时，由于保护轴承内圈轴线与转轴轴线平行，降低了侧向冲击的可能，进而降低保护轴承损坏的可能；由于保护轴承内圈会随着转轴的摆动而移动，使得保护轴承与转轴之间的安装间隙可以减小，如此在断电时，转轴施加给保护轴承的冲击力便会减小。

16、可选地，所述缓冲组件还包括电磁体，所述电磁体套设在壳体上，所述电磁体的输入端与主控模块的输出端连接，所述缓冲介质为磁流体。

17、通过采用上述技术方案，当转轴重新进行支撑定位时，主控模块使转轴上升一段距离，在第一磁体与第二磁体之间的作用力下，进而使保护轴承内圈与壳体维持同轴，然后使电磁体通电产生调节磁场，使磁流体由液态转变为固态状态后，再将转轴下调复位到运行位置，降低保护轴承在重力作用下位移的可能；当转轴摆动幅度较小时，保护间隙能够随着摆动而缩短，进而降低转轴下落的高度；当转轴摆动幅度过大超出可控范围时，使电磁体断电，磁流体由固态转变为液态，使保护轴承能够径向移动；电磁悬浮轴承断电时电磁体也断电，磁流体能够由固态转变为液态，以提供的缓冲能力。

18、可选地，所述缓冲环由磁屏蔽介质构成。

19、通过采用上述技术方案，缓冲环能够降低第一磁体和第二磁体对磁流体的影响，使磁流体状态转变更加准确；同时第一磁体和第二磁体调节保护轴承内圈方向能够更加准确。

20、可选地，所述缓冲组件还包括缓冲层，所述缓冲层套设在第一磁体上，所述第一磁体轴向长度长于第二磁体轴向长度。

21、通过采用上述技术方案，在转轴与保护轴承接触时，缓冲层起到缓冲保护的作用，进而降低第一磁体与第二磁体冲击损坏的可能；在转轴发生径向摆动或轴向移动时，降低第二磁体超出第一磁体作用范围的可能，进而降低发生磁力错位后激增的可能。

22、可选地，所述检测机构还包括用于检测缓冲介质磁场变化的第三传感器，所述第三传感器设置在壳体上，所述第三传感器的输出端与主控模块的输入端连接。

23、通过采用上述技术方案，当转轴重新进行支撑定位时，第三传感器检测缓冲介质的磁场情况，主控模块判断缓冲环未到位时，通过使转轴上升，使缓冲环复位到与壳体同轴，然后使缓冲介质转变为固态，进一步使固定缓冲环的位置更加准确。

24、第二方面，本发明提供一种风机，采用如下的技术方案：

25、一种风机，包括机体、风机转子以及如第一方面所述的电磁悬浮轴承结构，所述风机转子设置在机体上，所述电磁悬浮轴承结构设置在机体上，所述风机转子与转轴同轴固定连接。

26、通过采用上述技术方案，风机驱动风机转子转动，电磁悬浮轴承结构的转轴与风机转子通过联轴器连接，电磁悬浮轴承结构对风机转子起到轴向和径向的稳定支撑，从而减少机械摩擦和磨损，降低风机能耗，提高风机运行的稳定性，降低了维修频率和维修成本。

27、第三方面，本发明提供一种真空泵，采用如下技术方案：

28、一种真空泵，包括泵体、真空泵转子以及如第一方面所述的电磁悬浮轴承结构，所述真空泵转子设置在泵体上，所述电磁悬浮轴承结构设置在泵体上，所述转轴与电磁悬浮结构传动连接。

29、通过采用上述技术方案，真空泵驱动真空泵转子转动，电磁悬浮轴承结构的转轴与真空泵转子通过联轴器连接，电磁悬浮轴承结构对真空泵转子起到轴向和径向的稳定支撑，从而减少机械摩擦和磨损，使真空泵转子运行更加稳定，降低了维修频率和维修成本。

30、第四方面，本发明提供一种空分系统，采用如下技术方案：

31、一种空分系统，其特征在于，包括应用第二方面中所述的风机和第三方面中所述的真空泵以及处理设备，所述转轴一端与风机传动连接，所述转轴另一端与真空泵传动连接，所述处理设备输入端与风机输出端以及真空泵的输出端连接。

32、通过采用上述技术方案，通过风机或者真空泵对工作区域中的气体进行抽气降压，使区域中气体的分子运动速度增加，使抽取过程中更加稳定，提高了真空泵或风机的使用寿命，提高了抽真空的效率，从而产生更纯净的气体，同时降低了风机或真空泵的维修频率；同样多个真空泵和风机组合使用，对工作区域进行抽取，提高了抽取效率；通过真空泵和风机将待处理气体输送到处理设备中，提高了输送过程中的稳定性，降低了停机的可能，提高了输送效率。

33、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

34、1.通过设置控制系统，实现主控模块通过调整第一径向磁轴承和第二径向磁轴承径向支撑磁力，使转轴回到准确运行位置，同时通过第一传感器和第二传感器检测频率不同步，提高了检测捕获信号的检测范围，实现对转轴的精准调节，进而使转轴运行更加平稳；降低了转轴在摆动过程中下落冲击保护轴承的可能，进而提高了保护轴承的使用寿命；在需要紧急停机时，通过对转轴进行矫正控制，使转轴停止摆动，再下落到保护轴承上，进一步降低了转轴在摆动过程中下落冲击保护轴承的可能。

35、2.通过在保护机构中设置缓冲组件，实现保护轴承的内圈与转轴维持同轴，同时实现降低转轴对保护轴承误冲击的可能；当电磁轴承断电时，转轴在下落过程中若发生摆动，转轴与保护轴承内圈轴向仍然维持平行，实现平稳接住转轴，降低保护轴承损坏的可能；能够对缓冲环位置进行矫正复位，使缓冲介质能够恢复初始厚度，使缓冲介质能够提供良好的缓冲能力。

36、3.通过将缓冲介质设置为磁流体，磁流体由液态转变为固态状态，使保护轴承内圈与转轴维持同轴，降低出现保护轴承下落一端距离的可能，进而降低产生冲击的可能。