專利名稱：定子磁場源的安培力徑向電磁軸承及其徑軸復(fù)合軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁軸承，特別是一種利用載流導(dǎo)體在磁場中受到的安培力來對轉(zhuǎn)子或非轉(zhuǎn)動部件無接觸磁力支撐的主動電磁軸承。
現(xiàn)有技術(shù)電磁軸承廣義上，包括電磁軸承執(zhí)行器、傳感器和控制器三部分，它由外界輸入電能量并產(chǎn)生控制力，常稱主動磁軸承，習(xí)慣上只將該電磁軸承執(zhí)行器稱為電磁軸承，它們通常是以磁鐵磁極對鐵磁材料產(chǎn)生吸力的原理來實現(xiàn)懸浮。比如中國專利號200710135188.0永磁偏置軸向徑向磁軸承、200510040267.4永磁偏置徑向磁軸承,均為吸力或稱磁阻力電磁軸承。現(xiàn)有技術(shù)的電磁軸承在其平衡位附近其執(zhí)行力AFy并不僅僅是控制電流iy的單調(diào)函數(shù)，它同時與轉(zhuǎn)子所處的位置I有關(guān):AFy ^ kyyy+kyiiy，式中kyy為電磁軸承的位移剛度恒小于零；kyi為電磁軸承的電流剛度。參見《可控磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)》虞烈著，科學(xué)出版社2003年第一版，第38頁第16行至19行。使用吸力型電磁軸承懸浮的轉(zhuǎn)子，當(dāng)轉(zhuǎn)子的位移擾動過大時，其執(zhí)行力必須考慮轉(zhuǎn)子位置的影響，否則控制將失穩(wěn)?！犊煽卮艖腋∞D(zhuǎn)子系統(tǒng)》虞烈著，科學(xué)出版社2003年第一版，第252頁，9.3節(jié)，記載了轉(zhuǎn)子運動的自動平衡現(xiàn)象。《振動力學(xué)》劉延柱等編著，高等教育出版社1998年第I版，第38頁至40頁，第二章第2.2節(jié)3，論述了過臨界轉(zhuǎn)速之后，高速撓性軸轉(zhuǎn)子的自動定心現(xiàn)象。使用吸力型電磁軸承懸浮的轉(zhuǎn)子，由于在控制電流為零時徑向為負(fù)位移剛度，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的自動定心即自動平衡時難度較高。美國專利，US6304015magneto-dynamic bearing公開了一種被動式徑向磁軸承，它不用附加的電子電路和電 源，短接的導(dǎo)體環(huán)裝在轉(zhuǎn)子上，永磁體裝在定子上，當(dāng)轉(zhuǎn)子有晃動時，導(dǎo)體環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電渦流并在磁場中產(chǎn)生反作用力，其力的大小有限且不可調(diào)整。美國專利，US5469006lorentzforce magnetic bearing utilizing closedconductive loops and selectively controlled electromagnets公開了與上一專利類似的短接的導(dǎo)體環(huán)在轉(zhuǎn)子上，有偏移時產(chǎn)生感應(yīng)電渦流并在磁場中產(chǎn)生反作用力的磁懸浮系統(tǒng)，不同的是它的磁場強度可控，由于產(chǎn)生作用力的能量主要還是來自轉(zhuǎn)子自身，所以還是屬被動式磁軸承，在有大擾動時有執(zhí)行力不夠強的問題。美國專利，US4700094magnetic suspension system公開了一種洛倫茨力磁懸浮系統(tǒng)，設(shè)置了一個圓套筒狀的多層線圈，將它固定并置于永磁徑向磁場的氣隙中，軸向電流和周向電流產(chǎn)生軸向和x、y向的洛倫茨力實現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁懸浮。缺點是為容納集成線圈其周向氣隙較大，要使氣隙磁場磁通密度較高必須使永磁體體積很大，否則執(zhí)行力較小。美國專利，US75374371inearactuator,and valve device and pump device usedsame公開了一種線性軸向執(zhí)行器，永磁體在運動體上,線圈在靜止體上,線圈有電流時運動體可被軸向驅(qū)動，它沒有徑向驅(qū)動的結(jié)構(gòu)。中國專利申請?zhí)?01210095846.9公開了一種安培力徑向電磁軸承，包括定子和轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子包括永磁體、圓環(huán)磁極，定子包括線圈、定子鐵芯，在轉(zhuǎn)子和定子之間為工作氣隙，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子和定子鐵芯為軸向并列，圓環(huán)磁極的圓環(huán)中心在轉(zhuǎn)子幾何中心上，圓環(huán)磁極的極面朝向為軸向，定子鐵芯上開設(shè)線槽，線槽內(nèi)嵌卡有線圈，在定子鐵芯中心沿徑向建立x、y軸直角坐標(biāo)系，線圈和線槽均按x、y軸分組，并設(shè)在以定子鐵芯為中心的圓周方向，所述的線槽還具有圓弧窄槽口，圓弧窄槽口的圓弧圓心在定子鐵芯中心上，圓弧窄槽口的半徑與圓環(huán)磁極的半徑相同，圓弧窄槽口開口方向也為軸向，圓弧窄槽口與圓環(huán)磁極的極面間通過工作氣隙隔開，且圓弧窄槽口與圓環(huán)磁極的極面對齊，使線圈處在圓環(huán)磁極的磁場中。構(gòu)成了安培力徑向電磁軸承，線圈流過控制電流時，X方向的線圈或線圈組，給轉(zhuǎn)子產(chǎn)生X向執(zhí)行力；y方向的線圈或線圈組，給轉(zhuǎn)子產(chǎn)生y向執(zhí)行力。由于磁動勢源永磁體設(shè)在轉(zhuǎn)子上，強振動和高溫時許多種類的永磁體會失磁，轉(zhuǎn)子的制造工藝要求很高。從振動力學(xué)的知識可知，低剛度支撐的高轉(zhuǎn)速不平衡轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速越高其回轉(zhuǎn)中心越逼近于轉(zhuǎn)子的質(zhì)心。所以，電磁軸承控制器一般內(nèi)嵌陷波器來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子不平衡離心力所產(chǎn)生的位移振動釋放不控，使轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心接近或處于轉(zhuǎn)子的質(zhì)心以減弱或消除旋轉(zhuǎn)離心力，并且節(jié)省控制器功耗。但這樣做會使轉(zhuǎn)子在電磁軸承位置處的徑向晃動過大，對于吸力型電磁軸承來說會影響執(zhí)行力與電流的線性關(guān)系度穩(wěn)定控制較難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種主動式安培力電磁軸承，其執(zhí)行力不僅是控制電流的單調(diào)函數(shù)且與轉(zhuǎn)子所處的位置無關(guān)，還要降低轉(zhuǎn)子的制造工藝技術(shù)要求，并要使安培力電磁軸承應(yīng)用可靠性更高，實現(xiàn)的成本更低。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基本構(gòu)思是:設(shè)計一種徑向安培力電磁軸承，應(yīng)用通電導(dǎo)體在磁場中受到安培力即洛倫茨力作用原理，在轉(zhuǎn)子上僅設(shè)鐵磁性材料的導(dǎo)磁部件，在定子上設(shè)永磁體、勵磁繞組等作為磁場源來建立氣隙基礎(chǔ)磁場，其磁極的極面方向為軸向即氣隙為軸向厚度，定子上導(dǎo)線繞組處在該基礎(chǔ)磁場中，當(dāng)導(dǎo)線繞組流過控制電流時，便在徑向產(chǎn)生安培力實現(xiàn)可控制懸浮。相對于中國專利申請?zhí)?01210095846.9公開的安培力徑向電磁軸承，由于基礎(chǔ)磁場源在定子上，不僅完全避免了高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的對磁場源的振動，而且即使定子溫度過高也便于設(shè)置附加的冷卻裝置使磁場源工作可靠。徑向安培力電磁軸承在定子上設(shè)磁場源與徑向吸力型電磁軸承在定子上設(shè)磁場源之間有原理上的本質(zhì)區(qū)別:前者是為建立軸向氣隙基礎(chǔ)磁場，其目的是使通電導(dǎo)體線圈在其中產(chǎn)生徑向安培力，且理論上基礎(chǔ)磁場在工作時磁場強度是不變的，通電導(dǎo)體線圈不是通過改變基礎(chǔ)磁場磁場強度的大小來產(chǎn)生作用力的，由安培力定律基礎(chǔ)磁場必須具備，否則通電導(dǎo)體線圈不會產(chǎn)生力；后者是為建立徑向氣隙偏置磁場，設(shè)偏置磁場目的是為了減少電流與力的非線性現(xiàn)象，通常為兩側(cè)成對，工作時通電導(dǎo)體線圈使磁場強度一側(cè)增加另一側(cè)減少來產(chǎn)生吸力差生成徑向力，偏置磁場在工作時磁場強度必然變，它也可以不設(shè)置，這時通電導(dǎo)體線圈照樣可以產(chǎn)生吸力形成徑向作用力。所以兩者的磁場源有著截然不同的特征。由安培力定律，徑向安培力電磁軸承其執(zhí)行力為F = iLXB ；B為導(dǎo)線處磁場磁通密度，L導(dǎo)線繞組總長，i為導(dǎo)線控制電流。徑向安培力電磁軸承在定子上設(shè)磁場源與被動式徑向磁軸承有永磁體裝在定子上之間有目的性的區(qū)別:前者是為建立軸向氣隙基礎(chǔ)磁場，使定子上的通電導(dǎo)線繞組處在磁場中受到安培力；后者是為了使轉(zhuǎn)子上運動的短接導(dǎo)體環(huán)中感生電動勢，繼而產(chǎn)生渦流，生成反磁動勢形成反作用力。通電導(dǎo)線繞組所受的安培力方向和磁場B的方向、電流方向之間的關(guān)系，可以用左手定則來判定。結(jié)構(gòu)固定后，在磁極磁場有效范圍內(nèi)，執(zhí)行力僅是控制電流的單調(diào)函數(shù)，與轉(zhuǎn)子的所處的位置無關(guān)，控制電流為零時力也為零，即這時徑向的位移剛度為零。磁場方向與導(dǎo)線方向垂直。徑向電磁軸承磁極磁場方向為軸向，這與吸力型徑向電磁軸承的永磁偏置磁極磁場為徑向有明顯區(qū)別。線圈，組成導(dǎo)線繞組。在電磁軸承的定子中心沿徑向定出x、y直角坐標(biāo)系，當(dāng)傳感器感應(yīng)出位移，控制器給出控制電流時，X方向的線圈或線圈組，產(chǎn)生X向執(zhí)行力；y方向的線圈或線圈組，產(chǎn)生y向執(zhí)行力。通常電磁軸承所懸浮的轉(zhuǎn)子不可能做到完全的旋轉(zhuǎn)動平衡和靜平衡。對于徑向吸力型電磁軸承，其施力的磁極面朝轉(zhuǎn)子的徑向并與轉(zhuǎn)子間形成徑向的氣隙，而且正如前所述，當(dāng)轉(zhuǎn)子平衡精度不高而晃動過大時，轉(zhuǎn)子徑向位置的影響使執(zhí)行力與電流的關(guān)系呈非線性，氣隙過小時，定子和轉(zhuǎn)子甚至碰摩造成失穩(wěn)事故。安培力徑向電磁軸承其施力的磁極面方向為軸向，與轉(zhuǎn)子間形成軸向的氣隙，轉(zhuǎn)子的徑向可以完全釋放，即使轉(zhuǎn)子平衡精度不高而晃動過大時，也不影響執(zhí)行力與電流的線性關(guān)系程度，定子和轉(zhuǎn)子可以完全避免徑向碰摩，所以對轉(zhuǎn)子的平衡精度要求和控制器的響應(yīng)速度要求相對較低。為實現(xiàn)本發(fā)明基本構(gòu)思的技術(shù)方案是:一種安培力徑向電磁軸承，包括定子、轉(zhuǎn)子、基礎(chǔ)磁場源、轉(zhuǎn)子鐵芯、圓環(huán)磁極，還包括線圈、線槽、圓弧窄槽口、定子鐵芯，在轉(zhuǎn)子和定子之間設(shè)有工作氣隙，轉(zhuǎn)子和定子鐵芯為軸向并列，圓環(huán)磁極的極面朝軸向和圓弧窄槽口開口朝軸向，它們中間間隔工作氣隙，其特征在于所述的基礎(chǔ)磁場源設(shè)在定子上，圓環(huán)磁極由與工作氣隙相接的轉(zhuǎn)子鐵芯的側(cè)面形成，使線圈處在圓環(huán)磁極引導(dǎo)的磁場中。通常用作磁通路的氣隙可以有多段，但不是必然所有氣隙的磁能都變化并參與能量或力的傳遞。工作氣隙是指:它不僅是磁場的通路，還為實現(xiàn)本發(fā)明的意圖，將所需要的磁作用力在定子和轉(zhuǎn)子間通過磁場進行傳遞。本發(fā)明的圓環(huán)磁極是指:顯圓環(huán)狀，面對工作氣隙的轉(zhuǎn)子鐵芯的強磁部分，它是轉(zhuǎn)子上強磁的圓環(huán)。通常永磁體、勵磁繞組等都可作為磁場源，N-S極可由永磁體自身、吸附在永磁體上的鐵芯或勵磁繞組中的鐵芯，以及磁通路中鐵磁性部件所形成，而本發(fā)明的圓環(huán)磁極只是其中直接面對工作氣隙的轉(zhuǎn)子鐵芯部分，是定子磁場源產(chǎn)生的磁場在轉(zhuǎn)子鐵芯工作氣隙側(cè)匯聚形成強磁的部分。上述定義將圓環(huán)磁極與公知的必然是對偶數(shù)的普通磁體的N-S磁極作區(qū)分。本發(fā)明可以為兩個圓環(huán)磁極面對工作氣隙，比如半徑一大一小。兩個圓弧窄槽口也半徑一大一小與兩個圓環(huán)磁極的極面對齊，也就是它們的大小半徑對應(yīng)相同。當(dāng)線圈流過電流時，兩個不同半徑圓弧窄槽口下的槽內(nèi)導(dǎo)線電流流向相反，并且處在不同方向的磁場中，故它們的安培力為合力相加。圓環(huán)磁極也可以是一個，或者更多個，相同半徑的圓弧窄槽口與其相配，設(shè)置好圓環(huán)磁極極性和線圈電流流向，使安培力同向相加。本發(fā)明的定子鐵芯和線圈屬于定子，也可以認(rèn)為定子鐵芯或者定子鐵芯和線圈就是定子。本發(fā)明可以是兩個定子和一個在中間的轉(zhuǎn)子顯兩側(cè)對稱的軸向排列。也可以是兩個轉(zhuǎn)子和一個在中間的定子顯兩側(cè)對稱的軸向排列。也可以是一個定子和一個轉(zhuǎn)子并列。本發(fā)明的線圈和線槽還可以按背景技術(shù)專利申請?zhí)?01210095846.9那樣，依各坐標(biāo)設(shè)在兩對邊，線圈匝數(shù)和尺寸相同呈完全對稱，也可以不完全相同，設(shè)計好線圈中電流的流向，使兩對邊產(chǎn)生的安培力為合力相加。兩對邊是指位置，在坐標(biāo)的正方為一邊，負(fù)方為另一邊。每個坐標(biāo)軸也可以只有一組線圈和線槽。為了線圈的安裝方便，每個定子鐵芯被按坐標(biāo)軸的位置分割，當(dāng)線圈兩對邊設(shè)置時分割成四塊。定子鐵芯的塊與塊之間，還可以設(shè)定子鐵芯搭橋，以使轉(zhuǎn)子上的圓環(huán)磁極在掠過定子鐵芯分割塊之間的空檔時，磁密不至于變化過大而在轉(zhuǎn)子鐵芯中感生渦流。本發(fā)明的圓環(huán)磁極是由轉(zhuǎn)子鐵芯形成。本發(fā)明安培力徑向電磁軸承的工作氣隙具有軸向基礎(chǔ)磁場，該磁場也可被用作吸力型軸向電磁軸承的偏置磁場，在定子鐵芯適當(dāng)位置開設(shè)軸控線槽，設(shè)置吸力型的軸控線圈，便可使安培力徑向電磁軸承附帶有吸力型軸向電磁軸承，兩種軸承不僅共用基礎(chǔ)磁動勢源，而且還共用氣隙、定子鐵芯和磁極。該徑向、軸向混合電磁軸承幾乎不增加原有的單個體積，合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計可使軸向徑向之間無交互耦合影響。該徑向、軸向混合電磁軸承一般以兩個定子、兩工作氣隙和一個在中間的轉(zhuǎn)子顯兩側(cè)對稱的軸向排列，也可以是兩個轉(zhuǎn)子、兩工作氣隙和一個在中間的定子顯兩側(cè)對稱的軸向排列。當(dāng)軸控線圈中有控制電流時，一側(cè)的氣隙基礎(chǔ)磁場磁通密度變小另一側(cè)的等量變大形成吸力差，產(chǎn)生軸向控制力。由于兩側(cè)工作氣隙的磁通密度等量增減，所以當(dāng)有徑向擾動需徑向控制時，其徑向執(zhí)行力的合力不受影響。若先有徑向控制后有軸向控制或者兩者同時出現(xiàn)其結(jié)果也類同。徑向、軸向混合電磁軸承時，轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子鐵芯和基礎(chǔ)磁動勢源的排布和構(gòu)造適合徑向、軸向不同性質(zhì)的電磁軸承共同使用，它們以工作時永磁體的工作點不變?yōu)樽罴?；而對于靠一?cè)的永磁體發(fā)出的磁通變大另一側(cè)的變小來實現(xiàn)軸向控制力的，即永磁體的工作點可變，只要將該工作點變化限制在一定的范圍內(nèi)，永磁體不退磁也是可行的。本發(fā)明的技術(shù)方案列出了為解決本案技術(shù)問題相關(guān)的各必要技術(shù)特征及其主題名稱，作為主題:一種安培力徑向電磁軸承，本發(fā)明的技術(shù)方案在用于具體產(chǎn)品中實施時，所需的現(xiàn)有技術(shù)可自行加入。作為優(yōu)選，所述的轉(zhuǎn)子的兩側(cè)沿軸向?qū)ΨQ地各設(shè)有一個定子。作為優(yōu)選，所述的定子鐵芯在X軸和y軸上各設(shè)有兩組線圈和對應(yīng)的兩組線槽，同一坐標(biāo)軸上的兩組線圈分別設(shè)在該坐標(biāo)軸的正方向和負(fù)方向位置，同樣的，與線圈對應(yīng)的兩組線槽也分別設(shè)在該坐標(biāo)軸的正方向和負(fù)方向位置，兩組線圈匝數(shù)和尺寸相同或者不相同。作為優(yōu)選，所述的定子鐵芯按X軸和y軸的位置對稱的分割成四塊。作為優(yōu)選，所述的定子的兩側(cè)沿軸向?qū)ΨQ的各設(shè)有一個轉(zhuǎn)子。作為優(yōu)選，所述的轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子鐵芯為兩個，轉(zhuǎn)子鐵芯呈環(huán)形，其中一個轉(zhuǎn)子鐵芯環(huán)大于另外一個轉(zhuǎn)子鐵芯環(huán)。作為優(yōu)選，所述的轉(zhuǎn)子上的圓環(huán)磁極為兩個或者四個。作為優(yōu)選，所述的基礎(chǔ)磁場源為永磁體或勵磁繞組。作為優(yōu)選，所述的基礎(chǔ)磁場源的磁場方向為徑向，即永磁體的磁極面或勵磁繞組線圈的環(huán)面的方向朝徑向。
作為優(yōu)選，勵磁繞組環(huán)繞在定子鐵芯的分塊上，勵磁線槽與線槽在徑向方向相互平行，勵磁繞組的環(huán)面的方向朝徑向，所述的勵磁繞組與工作氣隙垂直，且勵磁繞組位于線圈的內(nèi)外兩層邊線之間。作為優(yōu)選，勵磁繞組呈以定子鐵芯中心為中心點的環(huán)狀，勵磁線槽與線槽在徑向相互平行，所述的勵磁線槽開口在靠近工作氣隙的一側(cè)，勵磁繞組的環(huán)面的方向朝軸向，勵磁繞組與工作氣隙平行，且勵磁繞組位于線圈的內(nèi)外兩層邊線之間。應(yīng)用上述的安培力徑向電磁軸承形成的安培力復(fù)合電磁軸承，在所述的定子鐵芯上開設(shè)有軸控線槽，所述的軸控線槽內(nèi)嵌有軸控線圈。作為優(yōu)選，軸控線圈呈以定子鐵芯中心為中心點的環(huán)狀，軸控線槽與線槽在徑向方向相互平行，軸控線槽開口在靠近工作氣隙的一側(cè)，軸控線圈的環(huán)面的方向朝軸向，所述的軸控線圈與工作氣隙平行，且軸控線圈位于線圈的內(nèi)外兩層邊線之間。作為優(yōu)選，軸控線圈環(huán)繞在定子鐵芯的分塊上，軸控線槽與線槽在徑向相互平行，軸控線圈的環(huán)面的方向朝徑向，所述的軸控線圈與工作氣隙垂直，且軸控線圈位于線圈的內(nèi)外兩層邊線之間。作為優(yōu)選，軸控線圈與勵磁繞組為同一部件，勵磁繞組線槽與軸控線槽也為同一線槽。
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上述勵磁繞組、軸控線圈、線圈與其它特征的相對位置，是以這些圈所形成的面而言的。本發(fā)明的有益效果:基于定子磁場源的安培力徑向電磁軸承其執(zhí)行力是控制電流的單調(diào)函數(shù)，它不僅保留了單位體積的有效出力大，空間利用率高，電流一力的線性度很好的特點，而且制造工藝更簡單，基礎(chǔ)磁場源用勵磁繞組時不會失磁，用永磁體時不易失磁，即便有失磁現(xiàn)象也可用附設(shè)的軸控繞組充磁或補充磁動勢，使安培力徑向電磁軸承的可靠性大為提高，工程應(yīng)用范圍更寬廣，特別在儲能飛輪的穩(wěn)定控制中應(yīng)用效果較好。


下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步說明。
圖1轉(zhuǎn)子鐵芯和圓環(huán)磁極的一種構(gòu)造
圖2轉(zhuǎn)子鐵芯和圓環(huán)磁極的另一種構(gòu)造
圖3轉(zhuǎn)子鐵芯和圓環(huán)磁極的第三種構(gòu)造
圖4轉(zhuǎn)子鐵芯和圓環(huán)磁極的第四種構(gòu)造
圖5定子的一種構(gòu)造
圖6定子鐵芯的一種構(gòu)造
圖7定子鐵芯的另一種構(gòu)造
圖8 ---種線圈與環(huán)面朝軸向的勵磁繞組位置示意圖
圖9 一種線圈與環(huán)面朝徑向的勵磁繞組位置示意圖
圖10本發(fā)明的基礎(chǔ)磁場源是定子上永磁體的示意圖
圖11本發(fā)明具一個圓環(huán)磁極的不意圖
圖12本發(fā)明具多個圓環(huán)磁極的實施圖
圖13本發(fā)明的基礎(chǔ)磁場源是定子上永磁體且具有徑向環(huán)面軸控線圈的示意圖
圖14本發(fā)明的基礎(chǔ)磁場源是定子上永磁體且具有軸向環(huán)面軸控線圈的示意15本發(fā)明的基礎(chǔ)磁場源是定子上的徑向環(huán)面勵磁繞組的示意16本發(fā)明的基礎(chǔ)磁場源是定子上的徑向環(huán)面勵磁繞組并用作軸控線圈的示意 17本發(fā)明的基礎(chǔ)磁場源是在定子上的軸向環(huán)面勵磁繞組的示意18本發(fā)明的基礎(chǔ)磁場源是定子上的軸向環(huán)面勵磁繞組并用作軸控線圈的示意 19本發(fā)明徑向、軸向混合的復(fù)合電磁軸承實施20本發(fā)明徑向、軸向混合的復(fù)合電磁軸承另ー種實施21本發(fā)明多個圓環(huán)磁極的中間定子的實施22本發(fā)明多個圓環(huán)磁極的中間定子的另ー實施23為中間定子的徑向、軸向混合的復(fù)合軸承基礎(chǔ)磁路示意24為中間定子的徑向、軸向混合的復(fù)合軸承承受徑向控制磁動勢驅(qū)動后磁路 示意25為中間定子的徑向、軸向混合的復(fù)合軸承承受軸向控制磁動勢驅(qū)動后磁路 示意26為中間定子的另ー種徑向、軸向混合的復(fù)合軸承基礎(chǔ)磁路示意圖
具體實施例方式圖1是轉(zhuǎn)子鐵芯和圓環(huán)磁極的ー種構(gòu)造剖面，圖示的轉(zhuǎn)子鐵芯4是以轉(zhuǎn)子幾何中 心1-1線為中心的里外兩個圓環(huán)，轉(zhuǎn)子鐵芯4可以使磁場匯聚形成圓環(huán)磁極2，它們安裝在 轉(zhuǎn)子1上，共有四個圓環(huán)磁極2。圖2是轉(zhuǎn)子鐵芯和圓環(huán)磁極的另一種構(gòu)造剖面，圖示的轉(zhuǎn)子鐵芯4是以轉(zhuǎn)子幾何 中心1-1線為中心的圓環(huán)，轉(zhuǎn)子鐵芯4可以使磁場匯聚形成ー個圓環(huán)磁極2，它安裝在轉(zhuǎn)子 1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4靠近轉(zhuǎn)子幾何中心1-1的端部用作磁路的通道。與之相配的定子鐵芯可以 開設(shè)一個線槽。圖3是轉(zhuǎn)子鐵芯和圓環(huán)磁極的第三種構(gòu)造剖面，圖示的轉(zhuǎn)子鐵芯4剖面形狀像エ 字形，轉(zhuǎn)子鐵芯4側(cè)面圓環(huán)可以使磁場匯聚形成四個圓環(huán)磁極2，它們是以轉(zhuǎn)子幾何中心 1-1線為中心的圓環(huán)。這個結(jié)構(gòu)可用于本發(fā)明附設(shè)吸カ型軸向磁軸承。圖4是轉(zhuǎn)子鐵芯和圓環(huán)磁極的第四種構(gòu)造剖面，圖示的轉(zhuǎn)子鐵芯4剖面形狀像C 字形，它是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的圓環(huán)，轉(zhuǎn)子鐵芯4可以使磁場匯聚形成兩個圓環(huán) 磁極2。圖5是定子的ー種構(gòu)造圖，定子6上，含有定子鐵芯7，磁場源31是永磁體3，它將 定子鐵芯7在徑向分成內(nèi)外兩部分，定子鐵芯7的每個部分開設(shè)線槽9，線槽9內(nèi)嵌卡線圈 5，定子鐵芯中心7-1沿徑向建立X、y軸直角坐標(biāo)系，線圈5和線槽9設(shè)置在坐標(biāo)軸上偏離 定子鐵芯中心7-1的位置，每個坐標(biāo)軸有兩組線圈5和線槽9，分別設(shè)在坐標(biāo)軸的兩個對邊， 兩對邊的線圈5匝數(shù)和尺寸相同呈完全對稱設(shè)置。線槽9還具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽 ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向。為了線圈5的安 裝方便，定子鐵芯7被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊。
圖6是定子鐵芯的一種構(gòu)造圖，以X、y在徑向，定子鐵芯中心7-1建立X、y、z軸直角坐標(biāo)系，定子鐵芯7只畫出y坐標(biāo)軸上被分割的其中一塊。在定子鐵芯7上開設(shè)有一組線槽，一組線槽是由相互平行的兩個弧形線槽9構(gòu)成，兩個弧形線槽9在徑向方向上平行，在一組線槽內(nèi)嵌卡有一個環(huán)形的線圈5，線槽9具有圓弧窄槽口 8，圓弧窄槽口 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，圓弧窄槽口 8開口方向為軸向。在定子鐵芯7上還開有用于基礎(chǔ)磁場源的勵磁線槽13，勵磁線槽13的開口方向與圓弧窄槽口 8相同，它開設(shè)在兩個線槽9之間，勵磁線槽13與線槽9在徑向方向上相互平行，勵磁線槽13內(nèi)嵌勵磁繞組14，該勵磁繞組14與線圈5在軸向上相互平行，可參見圖8，勵磁繞組14的中心在定子鐵芯中心7-1上，勵磁繞組14形成了基礎(chǔ)磁場源31。圖7是定子鐵芯的另一種構(gòu)造圖，以X、y坐標(biāo)在徑向，定子鐵芯中心7-1建立X、y、z軸直角坐標(biāo)系，定子鐵芯7只畫出X坐標(biāo)軸上被分割的的其中一塊。在定子鐵芯7上開設(shè)有一組線槽，一組線槽是由相互平行的兩個弧形線槽9構(gòu)成，兩個弧形線槽9在徑向方向上平行，在一組線槽內(nèi)嵌卡有一個環(huán)形的線圈5，線槽9具有圓弧窄槽口 8，圓弧窄槽口 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，圓弧窄槽口 8開口方向為軸向。在定子鐵芯7上還開有勵磁線槽13，勵磁線槽13開設(shè)在兩個線槽9之間，勵磁線槽13與線槽9在徑向方向上相互平行，在勵磁線槽13內(nèi)嵌勵磁繞組14，該勵磁繞組14的環(huán)面與線圈5的環(huán)面是垂直的，可參見圖9，從本圖的坐標(biāo)系上看，線圈5和勵磁線槽13均位于X軸正向側(cè)，也是勵磁繞組14形成了基礎(chǔ)磁場源31。圖8為一種本發(fā)明線圈與環(huán)面朝軸向的勵磁繞組位置示意圖，線圈5與勵磁繞組14呈并列布置，線圈5環(huán)面朝軸向，勵磁繞組14環(huán)面也朝軸向，且勵磁繞組14位于線圈5的外層邊線5-1和內(nèi)層邊線5-2之間。圖9為一種本發(fā)明線圈與環(huán)面朝徑向的勵磁繞組位置示意圖，線圈5與勵磁繞組14呈交叉，線圈5環(huán)面朝軸向，勵磁繞組14環(huán)面朝徑向，且勵磁繞組14位于線圈5的外層邊線5-1和內(nèi)層邊線5-2之間。圖10為本發(fā)明的基礎(chǔ)磁場源是定子上的永磁體的示意圖，在剖面圖上，它包括永磁體3、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子1、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個定子鐵芯7和一個中間的轉(zhuǎn)子I顯兩側(cè)對稱的軸向排列，安裝在定子鐵芯7上的永磁體3是以定子幾何中心7-1線為中心的圓弧，永磁體3產(chǎn)生的磁場通過工作氣隙12后在轉(zhuǎn)子鐵芯4上匯聚成圓環(huán)磁極2，圓環(huán)磁極2的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4作磁路的通道，圓環(huán)磁極2的極面朝向為軸向。兩側(cè)的定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立x、y軸直角坐標(biāo)系，為了線圈5的安裝方便，每側(cè)的定子鐵芯7被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊，圖上只畫出了 X軸正向的剖面部分。線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)的線圈5和線槽9按坐標(biāo)軸分組，設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1 —定距離的位置。兩側(cè)的線槽9還具有圓弧窄槽口 8，圓弧窄槽口 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環(huán)磁極2相同，圓弧窄槽口 8開口方向為軸向，它與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊，使兩側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2引導(dǎo)的如圖所示磁力線的磁場中，構(gòu)成了安培力徑向電磁軸承。圖11是本發(fā)明具一個圓環(huán)磁極的剖面示意圖,包括永磁體3、轉(zhuǎn)子鐵芯4、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子1、定子鐵芯7、工作氣隙12，安裝在轉(zhuǎn)子I上的轉(zhuǎn)子鐵芯4是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的圓環(huán)，轉(zhuǎn)子鐵芯4形成了一個圓環(huán)磁極2，所以轉(zhuǎn)子鐵芯4的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4靠近轉(zhuǎn)子幾何中心1-1的端部用作磁路的通道，圓環(huán)磁極2的極面朝向為軸向。定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，這里只顯示了某一徑向軸X或y軸的線圈5和線槽9組合，它們在偏離定子鐵芯中心7-1 —定距離的位置，線槽9具有圓弧窄槽口 8，圓弧窄槽口 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環(huán)磁極2相同，圓弧窄槽口 8開口方向為軸向，它與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊。線槽9下面設(shè)有永磁體3其極面朝徑向，使得線圈5處在圓環(huán)磁極2所匯聚的磁場中，構(gòu)成了安培力電磁軸承，當(dāng)線圈5中電流的流向如圖所示時，圖中表示了磁路及轉(zhuǎn)子I所受的力F。在磁路中有一個徑向大面積磁極面，由此所產(chǎn)生的少許徑向位移負(fù)剛度可另設(shè)永磁徑向斥力軸承來平衡。在這里定子鐵芯7上某坐標(biāo)軸的正向開設(shè)了一個線槽9，線圈5環(huán)的一邊在線槽9內(nèi)，另一邊處在線槽9外。圖12是本發(fā)明具多個圓環(huán)磁極的實施圖，它包括永磁體3、轉(zhuǎn)子鐵芯4、圓環(huán)磁極
2、線圈5、轉(zhuǎn)子1、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個定子鐵芯7和一個中間的轉(zhuǎn)子I顯兩側(cè)對稱的軸向排列，安裝在轉(zhuǎn)子I上的轉(zhuǎn)子鐵芯4是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的圓環(huán)，轉(zhuǎn)子鐵芯4形成了圓環(huán)磁極2，所以圓環(huán)磁極2的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4也是磁路的通道，圓環(huán)磁極2的極面朝向為軸向。兩側(cè)的定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立x、y軸直角坐標(biāo)系，為了線圈5的安裝方便，每側(cè)的定子鐵芯7被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)的線圈5和線槽9按坐標(biāo)軸分組，設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1 —定距離的位置，兩側(cè)的定子鐵芯7按每個坐標(biāo)軸各有兩組線圈5和線槽9，分別設(shè)在坐標(biāo)軸的兩個對邊，兩對邊的線圈5匝數(shù)和尺寸相同呈完全對稱設(shè)置。兩側(cè)的線槽9還具有圓弧窄槽口 8，圓弧窄槽口 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環(huán)磁極2相同，圓弧窄槽口 8開口方向為軸向，它與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊。內(nèi)外徑向的兩個線槽9之間設(shè)有永磁體3其極面朝徑向，使得兩側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2所匯聚的磁場中，構(gòu)成了安培力徑向電磁軸承。圖13為本發(fā)明的基礎(chǔ)磁場源是定子上的永磁體且具有徑向環(huán)面軸控線圈的示意圖，在剖面圖上，它包括永磁體3、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子鐵芯4、定子鐵芯7、工作氣隙12，永磁體3產(chǎn)生的磁場通過工作氣隙12后在轉(zhuǎn)子鐵芯4上匯聚成圓環(huán)磁極2，它的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，剖面顯工字形的轉(zhuǎn)子鐵芯4作磁路的通道。定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)各有一組徑向的X或y軸的線圈5和線槽9設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1位置上，圓弧窄槽口 8與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊。它還有環(huán)面徑向的軸控線圈10，嵌在軸控線槽11內(nèi)，軸控線圈10環(huán)繞在定子鐵芯7的分塊上，軸控線槽11與線槽9在徑向方向相互平行，軸控線圈10的環(huán)面的方向朝徑向，所述的軸控線圈10與工作氣隙12垂直，軸控線圈10位于線圈5的內(nèi)外兩層邊線之間。圖中的細(xì)環(huán)線是各線圈電流為零時的磁場磁力線。當(dāng)軸控線圈10流過控制電流時，它依據(jù)一側(cè)的永磁體3發(fā)出的磁通變大另一側(cè)的變小來實現(xiàn)軸向控制力的，即永磁體3的工作點可變，在不影響徑向控制力的同時，使轉(zhuǎn)子兩側(cè)產(chǎn)生吸力差來實現(xiàn)軸向力的控制，構(gòu)成了本發(fā)明的徑向、軸向混合的復(fù)合電磁軸承。圖14為本發(fā)明的基礎(chǔ)磁場源是定子上的永磁體且具有軸向環(huán)面軸控線圈的示意圖，在剖面圖上，它包括永磁體3、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子鐵芯4、定子鐵芯7、工作氣隙12，永磁體3產(chǎn)生的磁場通過工作氣隙12后在轉(zhuǎn)子鐵芯4上匯聚成圓環(huán)磁極2，它的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，剖面顯工字形的轉(zhuǎn)子鐵芯4作磁路的通道。定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)各有一組徑向的X或y軸的線圈5和線槽9設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1位置上，圓弧窄槽口 8與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊。它還有環(huán)面軸向的軸控線圈10，嵌在軸控線槽11內(nèi)，軸控線圈10呈以定子鐵芯中心7-1為中心點的環(huán)狀，軸控線槽11與線槽9在徑向方向相互平行，所述的軸控線槽11開口在靠近工作氣隙12的一側(cè)，軸控線圈10與工作氣隙12平行，軸控線圈10位于線圈5的內(nèi)外兩層邊線之間。圖中的細(xì)環(huán)線是各線圈電流為零時的磁場磁力線。當(dāng)軸控線圈10流過控制電流時，它也依據(jù)一側(cè)的永磁體3發(fā)出的磁通變大另一側(cè)的變小來實現(xiàn)軸向控制力的，即永磁體3的工作點可變，在不影響徑向控制力的同時，使轉(zhuǎn)子兩側(cè)產(chǎn)生吸力差來實現(xiàn)軸向力的控制，構(gòu)成了本發(fā)明的徑向、軸向混合的復(fù)合電磁軸承。圖15為本發(fā)明的基礎(chǔ)磁場源是定子上的徑向環(huán)面勵磁繞組的示意圖，在剖面圖上，它包括勵磁繞組14、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子1、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個定子鐵芯7和一個中間的轉(zhuǎn)子I顯兩側(cè)對稱的軸向排列，安裝在定子鐵芯7上的勵磁繞組14的環(huán)面朝徑向，勵磁繞組14環(huán)繞在定子鐵芯7的分塊上，勵磁線槽13與線槽9在徑向方向相互平行，勵磁繞組14的環(huán)面的方向朝徑向，所述的勵磁繞組14與工作氣隙12垂直，且勵磁繞組14位于線圈5的內(nèi)外兩層邊線之間。勵磁繞組14產(chǎn)生的磁場通過工作氣隙12后在轉(zhuǎn)子鐵芯4上匯聚成圓環(huán)磁極2，圓環(huán)磁極2的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4作磁路的通道，圓環(huán)磁極2的極面朝向為軸向。兩側(cè)的定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立x、y軸直角坐標(biāo)系，為了線圈5的安裝方便，每側(cè)的定子鐵芯7被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊，圖上只畫出了 X軸正向的剖面部分。線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)的線圈5和線槽9按坐標(biāo)軸分組，設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1 —定距離的位置。兩側(cè)的線槽9還具有圓弧窄槽口 8，圓弧窄槽口 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環(huán)磁極2相同，圓弧窄槽口 8開口方向為軸向，它與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊，使兩側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2引導(dǎo)的如圖所示磁力線的磁場中，構(gòu)成了安培力徑向電磁軸承。圖16為本發(fā)明的基礎(chǔ)磁場源是定子上的徑向環(huán)面勵磁繞組并用作軸控線圈的示意圖，在剖面圖上，它包括勵磁繞組14、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子鐵芯4、定子鐵芯7、工作氣隙12，勵磁繞組14產(chǎn)生的磁場通過工作氣隙12后在轉(zhuǎn)子鐵芯4上匯聚成圓環(huán)磁極2，它的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，在這里轉(zhuǎn)子鐵芯4剖面顯工字形并作磁路的通道。定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)各有一組徑向的X或y軸的線圈5和線槽9設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1位置上，圓弧窄槽口 8與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊。環(huán)面徑向的勵磁繞組14可同時用作軸控線圈10，軸控線槽11也就是勵磁線槽13，圖中的環(huán)線是各線圈電流為零時的磁場磁力線。當(dāng)兩側(cè)勵磁繞組14流過的電流同幅增減時，一側(cè)的勵磁繞組14發(fā)出的磁通變大另一側(cè)的變小，不影響徑向控制力的同時，使轉(zhuǎn)子兩側(cè)產(chǎn)生吸力差來實現(xiàn)軸向力的控制，構(gòu)成了本發(fā)明的徑向、軸向混合的復(fù)合電磁軸承。圖17為本發(fā)明的基礎(chǔ)磁場源是在定子上的軸向環(huán)面勵磁繞組的示意圖，在剖面圖上，它包括勵磁繞組14、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子1、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個定子鐵芯7和一個中間的轉(zhuǎn)子I顯兩側(cè)對稱的軸向排列，安裝在定子鐵芯7上的勵磁繞組14的環(huán)面朝軸向，勵磁繞組14呈以定子鐵芯中心7-1為中心點的環(huán)狀，勵磁繞組線槽13與線槽9在徑向方向相互平行，所述的勵磁繞組線槽13開口在靠近工作氣隙12的一側(cè)，勵磁繞組14與工作氣隙12平行，且勵磁繞組14位于線圈5的內(nèi)外兩層邊線之間。勵磁繞組14產(chǎn)生的磁場通過工作氣隙12后在轉(zhuǎn)子鐵芯4上匯聚成圓環(huán)磁極2，圓環(huán)磁極2的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4作磁路的通道，圓環(huán)磁極2的極面朝向為軸向。兩側(cè)的定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立x、y軸直角坐標(biāo)系，為了線圈5的安裝方便，每側(cè)的定子鐵芯7被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊，圖上只畫出了 X軸正向的剖面部分。線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)的線圈5和線槽9按坐標(biāo)軸分組，設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1—定距離的位置。兩側(cè)的線槽9還具有圓弧窄槽口 8，圓弧窄槽口 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環(huán)磁極2相同，圓弧窄槽口 8開口方向為軸向，它與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊，使兩側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2引導(dǎo)的如圖所示磁力線的磁場中，構(gòu)成了安培力徑向電磁軸承。圖18為本發(fā)明的基礎(chǔ)磁場源是定子上的軸向環(huán)面勵磁繞組并用作軸控線圈的示意圖，在剖面圖上，它包括勵磁繞組14、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子鐵芯4、定子鐵芯7、工作氣隙12，勵磁繞組14產(chǎn)生的磁場通過工作氣隙12后在轉(zhuǎn)子鐵芯4上匯聚成圓環(huán)磁極2，它的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，在這里轉(zhuǎn)子鐵芯4剖面顯工字形并作磁路的通道。定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)各有一組徑向的X或y軸的線圈5和線槽9設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1位置上，圓弧窄槽口 8與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊。環(huán)面軸向的勵磁繞組14可同時用作軸控線圈10，軸控線槽11也就是勵磁線槽13，圖中的環(huán)線是各線圈電流為零時的磁場磁力線。當(dāng)兩側(cè)勵磁繞組14流過的電流同幅增減時，一側(cè)的勵磁繞組14發(fā)出的磁通變大另一側(cè)的變小，不影響徑向控制力的同時，使轉(zhuǎn)子兩側(cè)產(chǎn)生吸力差來實現(xiàn)軸向力的控制，構(gòu)成了本發(fā)明的徑向、軸向混合的復(fù)合電磁軸承。圖19為本發(fā)明徑向、軸向混合的復(fù)合電磁軸承實施圖，是立體剖面圖，它可以結(jié)合圖6 —起理解。它包括永磁體3、轉(zhuǎn)子鐵芯4、圓環(huán)磁極2、勵磁繞組14、線圈5、轉(zhuǎn)子1、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個定子鐵芯7和一個中間的轉(zhuǎn)子I呈兩側(cè)對稱的軸向排列，安裝在轉(zhuǎn)子I上的截面為工字形轉(zhuǎn)子鐵芯4是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的圓環(huán)，轉(zhuǎn)子鐵芯4作磁路的通道，轉(zhuǎn)子鐵芯4匯聚磁場形成了圓環(huán)磁極2它的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，圓環(huán)磁極2的極面朝向為軸向。兩側(cè)的定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立x、y軸直角坐標(biāo)系，為了線圈5的安裝方便，每側(cè)的定子鐵芯7被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)的線圈5和線槽9以坐標(biāo)軸分組，設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1的位置，兩側(cè)的定子鐵芯7按每個坐標(biāo)軸各有兩組線圈5和線槽9，分別設(shè)在坐標(biāo)軸的兩個對邊，兩對邊的線圈5匝數(shù)和尺寸相同呈完全對稱設(shè)置。兩側(cè)的線槽9還具有圓弧窄槽口 8，圓弧窄槽口 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環(huán)磁極2相同，圓弧窄槽口 8開口方向為軸向，它與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊，使兩側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2所匯聚的磁場中。定子鐵芯7上還建立了與x、y坐標(biāo)軸相垂直的z坐標(biāo)軸，它還開有勵磁線槽13內(nèi)嵌勵磁繞組14，該勵磁繞組14與線圈5軸向方向上并列排布，該勵磁繞組14環(huán)面朝軸向即z向，且勵磁線槽13與線槽9在徑向相互平行，勵磁繞組14位于線圈5的內(nèi)外兩層邊線之間。環(huán)面軸向的勵磁繞組14可同時用作軸控線圈10，軸控線槽11也就是勵磁線槽13，構(gòu)成了安培力徑向、吸力軸向的混合電磁軸承。當(dāng)兩側(cè)勵磁繞組14流過的電流同幅增減時，圖中標(biāo)示+、_，一側(cè)的勵磁繞組14發(fā)出的磁通變大另一側(cè)的變小，不影響徑向控制力的同時，兩側(cè)產(chǎn)生吸力差形成軸向執(zhí)行力Fz ;而通電線圈5的磁動勢將基礎(chǔ)磁場的磁力線推向線圈5導(dǎo)線的下方，使工作氣隙12磁場磁力線單方向彎曲，在轉(zhuǎn)子I上產(chǎn)生徑向安培反作用力Fy。圖20為本發(fā)明徑向、軸向混合的復(fù)合電磁軸承另一種實施圖，是立體剖面圖，可以結(jié)合圖7 —起理解。它包括轉(zhuǎn)子鐵芯4、圓環(huán)磁極2、勵磁繞組14、線圈5、轉(zhuǎn)子1、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個定子鐵芯7和一個中間的轉(zhuǎn)子I呈兩側(cè)對稱的軸向排列，安裝在轉(zhuǎn)子I上的截面為工字形轉(zhuǎn)子鐵芯4是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的圓環(huán)，轉(zhuǎn)子鐵芯4作磁路的通道，轉(zhuǎn)子鐵芯4形成了圓環(huán)磁極2它的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，圓環(huán)磁極2的極面朝向為軸向。兩側(cè)的定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立x、y軸直角坐標(biāo)系，為了線圈5的安裝方便，兩側(cè)的定子鐵芯7被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)的線圈5和線槽9按坐標(biāo)軸分組，設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1的位置，兩側(cè)的定子鐵芯7按每個坐標(biāo)軸各有兩組線圈5和線槽9，分別設(shè)在坐標(biāo)軸的兩個對邊，兩對邊的線圈5匝數(shù)和尺寸相同呈完全對稱設(shè)置。兩側(cè)的線槽9還具有圓弧窄槽口 8，圓弧窄槽口 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環(huán)磁極2相同，圓弧窄槽口 8開口方向為軸向，它與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊，使兩側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2匯聚的的磁場中。定子鐵芯7上建立了與X、y坐標(biāo)軸相垂直的z坐標(biāo)軸，它還開有勵磁線槽13內(nèi)嵌勵磁繞組14，該勵磁線槽13與線槽9在徑向相互平行，該勵磁繞組14環(huán)面朝徑向，且勵磁繞組14位于線圈5的內(nèi)外兩層邊線之間，這個勵磁線槽13可以很淺，只要指示勵磁繞組14的方位即可。環(huán)面徑向的勵磁繞組14可同時用作軸控線圈10，軸控線槽11也就是勵磁線槽13。它還設(shè)了定子鐵芯搭橋7-2，以使轉(zhuǎn)子I上的圓環(huán)磁極2在掠過定子鐵芯7被分割成的四塊之間的空檔時，磁密不致于變化過大而在轉(zhuǎn)子鐵芯4產(chǎn)生渦流。如此，構(gòu)成了安培力徑向、吸力軸向的混合電磁軸承。當(dāng)兩側(cè)勵磁繞組14流過的電流同幅增減時，一側(cè)的勵磁繞組14發(fā)出的磁通變大另一側(cè)的變小，圖中標(biāo)示+、_，不影響徑向控制力的同時，兩側(cè)產(chǎn)生吸力差形成軸向執(zhí)行力Fz ;當(dāng)線圈5流過如圖示方向的電流時，線圈5的磁動勢將磁基礎(chǔ)磁場的磁力線推向線圈5導(dǎo)線的下方，使工作氣隙12磁場磁力線單方向彎曲，在轉(zhuǎn)子I上產(chǎn)生徑向安培反作用力Fy。圖21為本發(fā)明多個圓環(huán)磁極的中間定子的實施圖，它包括永磁體3、轉(zhuǎn)子鐵芯4、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子1、定子鐵芯7、工作氣隙12，永磁體3在定子鐵芯7上，該實施是兩個轉(zhuǎn)子和一個在中間的定子顯兩側(cè)對稱的軸向排列。安裝在兩側(cè)轉(zhuǎn)子I上的C形轉(zhuǎn)子鐵芯4是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的圓環(huán)，轉(zhuǎn)子鐵芯4的工作氣隙12側(cè)形成了圓環(huán)磁極2，所以圓環(huán)磁極2的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4作磁路的通道，兩側(cè)圓環(huán)磁極2的極面朝向為軸向。中間定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立x、y軸直角坐標(biāo)系，為了線圈5的安裝方便，中間的定子鐵芯7被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5,線圈5和線槽9以坐標(biāo)軸分組,設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1 —定距離的位置，中間定子鐵芯7沿每個坐標(biāo)軸有兩組線圈5和線槽9，分別設(shè)在坐標(biāo)軸的兩個對邊，兩對邊的線圈5匝數(shù)和尺寸相同呈完全對稱設(shè)置。線槽9的左右兩側(cè)還具有圓弧窄槽口 8，圓弧窄槽口 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與兩側(cè)的圓環(huán)磁極2相同，兩側(cè)圓弧窄槽口 8開口方向為軸向，它與兩側(cè)的圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊。在內(nèi)外徑向兩個線槽9之間設(shè)永磁體3其極面朝徑向，使定子鐵芯7兩側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2所匯聚的磁場中，構(gòu)成了安培力徑向電磁軸承。圖22為本發(fā)明多個圓環(huán)磁極中間定子的另一實施圖，它包括永磁體3、轉(zhuǎn)子鐵芯4、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子1、定子鐵芯7、工作氣隙12，永磁體3在定子鐵芯7上，該實施也是兩個轉(zhuǎn)子和一個在中間的定子顯兩側(cè)對稱的軸向排列，但有兩列定子鐵芯7。安裝在兩側(cè)轉(zhuǎn)子I上的C形轉(zhuǎn)子鐵芯4是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的圓環(huán)，轉(zhuǎn)子鐵芯4的工作氣隙12側(cè)形成了圓環(huán)磁極2，所以圓環(huán)磁極2的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4作磁路的通道，兩側(cè)圓環(huán)磁極2的極面朝向為軸向。中間定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立x、y軸直角坐標(biāo)系，為了線圈5的安裝方便，中間的定子鐵芯7被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，線圈5和線槽9以坐標(biāo)軸分組，設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1 —定距離的位置，中間定子鐵芯7沿每個坐標(biāo)軸有兩組線圈5和線槽9，分別設(shè)在坐標(biāo)軸的兩個對邊，兩對邊的線圈5匝數(shù)和尺寸相同呈完全對稱設(shè)置。線槽9的左右兩側(cè)還具有圓弧窄槽口 8，圓弧窄槽口 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與兩側(cè)的圓環(huán)磁極2相同，兩側(cè)圓弧窄槽口 8開口方向為軸向，它與兩側(cè)的圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊。在每列定子鐵芯7內(nèi)外徑向兩個線槽9之間設(shè)永磁體3其極面朝徑向，使定子鐵芯7兩側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2所匯聚的磁場中，構(gòu)成了安培力徑向電磁軸承。兩永磁體3的徑向極面極性，可以一致也可不同，在線圈5通過控制電流時其安培力方向與該極性相關(guān)。圖23為中間定子的徑向、軸向混合的復(fù)合軸承基礎(chǔ)磁路示意圖。在剖面圖上，它包括永磁體3、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子鐵芯4、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個轉(zhuǎn)子和一個在中間的定子顯兩側(cè)對稱的軸向排列。轉(zhuǎn)子鐵芯4的工作氣隙12側(cè)形成了圓環(huán)磁極2，它的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4作磁路的通道。定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)各有一組徑向的X或y軸的線圈5和線槽9設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1位置上，圓弧窄槽口 8與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊。在內(nèi)外徑向兩個線槽9之間設(shè)永磁體3其極面朝徑向，使定子鐵芯7兩側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2所匯聚的磁場中。它還開有軸控線槽11內(nèi)嵌軸控線圈10，軸控線圈10環(huán)面朝軸向，軸控線槽11位于線圈5的內(nèi)外兩層邊線之間。當(dāng)軸控線圈10流過控制電流時，它依據(jù)一側(cè)的工作氣隙12磁密變大另一側(cè)的變小來實現(xiàn)軸向控制力的，即永磁體3的工作點基本不變。圖24為中間定子的徑向、軸向混合的復(fù)合電磁軸承承受徑向控制磁動勢驅(qū)動后磁路示意圖，為剖面圖構(gòu)造與圖23相同。當(dāng)線圈5通過徑向控制電流時，工作氣隙12磁場磁力線彎曲轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生如圖徑向力F。圖25為中間定子的徑向、軸向混合的復(fù)合電磁軸承承受軸向控制磁動勢驅(qū)動后磁路示意圖。構(gòu)造與圖23相同。當(dāng)軸控線圈10通過軸向控制電流時，工作氣隙12—側(cè)的磁場密度增大，另一側(cè)變小，轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生如圖示軸向力F。圖26為中間定子的另一種徑向、軸向混合的復(fù)合軸承基礎(chǔ)磁路示意圖。在剖面圖上，它包括永磁體3、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子鐵芯4、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施也是兩個轉(zhuǎn)子和一個在中間的定子顯兩側(cè)對稱的軸向排列，但有兩列定子鐵芯7。轉(zhuǎn)子鐵芯4的工作氣隙12側(cè)形成了圓環(huán)磁極2，它的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4作磁路的通道。定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)各有一組徑向的X或y軸的線圈5和線槽9設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1位置上，圓弧窄槽口 8與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊。在每列定子鐵芯7內(nèi)外徑向兩個線槽9之間設(shè)永磁體3其極面朝徑向，使定子鐵芯7兩側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2所匯聚的磁場中。它還開有軸控線槽11內(nèi)嵌軸控線圈10，軸控線圈10環(huán)面朝徑向，軸控線槽11位于線圈5的內(nèi)外兩層邊線之間。當(dāng)軸控線圈10流過控制電流時，它依據(jù)一側(cè)永磁體3的磁通變大另一側(cè)的變小來實現(xiàn)軸向控制力的，即永磁體3的工作點可變。本發(fā)明并不僅僅局限于上述的實施方式。與本發(fā)明屬同一基本構(gòu)思的其它形式，也屬于本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明所述的技術(shù)方案是為解決本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題而設(shè)，相對于所要解決的技術(shù)問題，它建立了其技術(shù)內(nèi)容的完整性。將它實施于具體的安培力徑向電磁軸承或其它產(chǎn)品中時，實現(xiàn)該產(chǎn)品所必需的技術(shù)特征可以多于本發(fā)明技術(shù)方案用于解決技術(shù)問題的必要技術(shù)特征的總和。本發(fā)明各技術(shù)特征的含義按照說明書中各專有名詞的定義；沒有專門定義的，引入本技術(shù)領(lǐng)域的公知常識和技術(shù)，但該知識的范疇受限于本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、基本構(gòu)思、技術(shù)方案，結(jié)合它在本發(fā)明所具備的功能、所起的作用和產(chǎn)生的效果，即參考說明書及其附圖的內(nèi)容進行理解，該特征名稱的文字措辭不是其含義的限制，以免產(chǎn)生對本發(fā)明的歧義。本發(fā)明進一步作說明，本發(fā)明的說明書及其附圖所表達的所有內(nèi)容僅用作權(quán)利要求的解釋和理解，它不得積極、主動地介入確定權(quán)利要求保護范圍，即不可作為限制，尤其是跟本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題無關(guān)聯(lián)的內(nèi)容部分，更是如此。本條為說明書之內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種安培力徑向電磁軸承，包括基礎(chǔ)磁場源(31)、定子(6)、轉(zhuǎn)子(I)、轉(zhuǎn)子鐵芯(4)、圓環(huán)磁極(2)，還包括線圈(5)、線槽(9)、圓弧窄槽口(8)、定子鐵芯(7)，在轉(zhuǎn)子(I)和定子(6)之間設(shè)有工作氣隙(12)，轉(zhuǎn)子⑴和定子鐵芯(7)為軸向并列，圓環(huán)磁極(2)的極面朝軸向和圓弧窄槽口(8)開口朝軸向，它們中間間隔工作氣隙(12)，其特征在于所述的基礎(chǔ)磁場源(31)設(shè)在定子(6)上，圓環(huán)磁極(2)由與工作氣隙(12)相接的轉(zhuǎn)子鐵芯⑷的側(cè)面形成，使線圈(5)處在圓環(huán)磁極(2)引導(dǎo)的磁場中。
2.如權(quán)利要求1所述的安培力徑向電磁軸承，其特征還在于:所述的轉(zhuǎn)子(I)的兩側(cè)沿軸向?qū)ΨQ地各設(shè)有一個定子(6)。
3.如權(quán)利要求1所述的安培力徑向電磁軸承，其特征還在于:所述的定子鐵芯(7)按X軸和I軸的位置對稱的分割成四塊。
4.如權(quán)利要求1所述的安培力徑向電磁軸承，其特征還在于:所述的定子(6)的兩側(cè)沿軸向?qū)ΨQ的各設(shè)有一個轉(zhuǎn)子(I)。
5.如權(quán)利要求1所述的安培力徑向電磁軸承，其特征還在于:所述的轉(zhuǎn)子(I)上的轉(zhuǎn)子鐵芯(4)為兩個，轉(zhuǎn)子鐵芯(4)呈環(huán)形，其中一個轉(zhuǎn)子鐵芯(4)環(huán)大于另外一個轉(zhuǎn)子鐵芯(4)環(huán)。
6.如權(quán)利要求1所述的安培力徑向電磁軸承，其特征還在于:所述的基礎(chǔ)磁場源(31)為永磁體(3)或勵磁繞組(14)。
7.如權(quán)利要求1所述的安培力徑向電磁軸承，其特征還在于:所述的基礎(chǔ)磁場源(31)的磁場方向為徑向，即永磁體⑶的磁極面或勵磁繞組(14)線圈的環(huán)面朝徑向。
8.如權(quán)利要求7所述的安培力徑向電磁軸承，其特征還在于:勵磁繞組(14)環(huán)繞在定子鐵芯(7)的分塊上，勵磁線槽(13)與線槽(9)在徑向方向相互平行，勵磁繞組(14)的環(huán)面朝徑向，所述的勵磁繞組(14)與工作氣隙(12)垂直，且勵磁繞組(14)位于線圈(5)的內(nèi)外兩層邊線之間。
9.如權(quán)利要求6所述的安培力徑向電磁軸承，其特征還在于:勵磁繞組(14)呈以定子鐵芯⑵中心為中心點的環(huán)狀，勵磁線槽(13)與線槽(9)在徑向相互平行，所述的勵磁線槽(13)開口在靠近工作氣隙(12)的一側(cè)，勵磁繞組(14)的環(huán)面朝軸向，勵磁繞組(14)與工作氣隙(12)平行，且勵磁繞組(14)位于線圈(5)的內(nèi)外兩層邊線之間。
10.如權(quán)利要求1所述的安培力徑向電磁軸承，其特征還在于:在所述的定子鐵芯(7)上開設(shè)有軸控線槽(11)，所述的軸控線槽(11)內(nèi)嵌有軸控線圈(10)，構(gòu)成徑軸復(fù)合電磁軸承。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種安培力徑向電磁軸承，為實現(xiàn)磁場源(31)在工作時更可靠，將磁場源(31)設(shè)在定子(6)上，圓環(huán)磁極(2)由與工作氣隙(12)相接的轉(zhuǎn)子(1)一側(cè)的轉(zhuǎn)子鐵芯(4)形成，使線圈(5)處在圓環(huán)磁極(2)引導(dǎo)的磁場中。它使物體的磁懸浮支撐更可靠。
文檔編號F16C32/04GK103195807SQ201310110819
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者劉延風(fēng) 申請人:劉延風(fēng)