一種永磁偏置軸向徑向磁軸承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種永磁偏置軸向徑向磁軸承，包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件，所述的定子組件包括徑向定子、片狀永磁體和徑向控制繞組，所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心套裝在轉(zhuǎn)子上，所述定子組件設(shè)置在轉(zhuǎn)子組件的外周，所述定子組件還包括軸向定子，所述軸向定子設(shè)置于永磁磁極的底端，且置于轉(zhuǎn)子鐵心兩側(cè)。本發(fā)明的永磁偏置軸向徑向磁軸承具有磁通路徑短和漏磁較小的優(yōu)點。利用置于永磁磁極底端的軸向定子，產(chǎn)生具有軸向分量的偏置磁通，大為簡化了磁軸承的結(jié)構(gòu)，安裝便利。同時，該磁軸承利用永磁體產(chǎn)生偏置磁通，還具有功耗小，軸向長度短的優(yōu)點，在飛輪儲能、空調(diào)壓縮機(jī)、渦輪分子泵等高速應(yīng)用場合具有廣闊的應(yīng)用前景，將其利用于航空航天和艦艇等國防領(lǐng)域則更具有重要意義。
【專利說明】一種永磁偏置軸向徑向磁軸承

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的永磁偏置軸向徑向磁軸承屬磁軸承中的混合磁軸承的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]磁懸浮軸承又簡稱為磁軸承，是利用定子和轉(zhuǎn)子之間的磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空間，使定子和轉(zhuǎn)子之間沒有機(jī)械接觸的一種新型高性能軸承。由于定、轉(zhuǎn)子之間不存在機(jī)械上的接觸，所以磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)子可達(dá)到很高的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，并且具有機(jī)械磨損小、能耗低、壽命長、無潤滑、無污染等優(yōu)點，特別適合高速、真空和超潔凈等特殊的應(yīng)用場合。
[0003]目前，磁軸承按照磁力提供的方式分為以下幾種:第一種是主動磁軸承，這種磁軸承線圈中存在偏置電流，以提供偏置磁場，由控制電流流經(jīng)控制繞組產(chǎn)生的控制磁通與偏置磁通進(jìn)行疊加，從而產(chǎn)生可控的懸浮力，體積、重量和功耗都比較大。第二種是被動磁軸承，這種磁軸承的懸浮力完全由永磁體提供，其所需的控制器簡單，懸浮功耗小，但是剛度和阻尼都較小，一般運(yùn)用于僅在一個方向上支撐物體或者是減輕作用在傳統(tǒng)軸承上的負(fù)荷。第三種是混合磁軸承，這種磁軸承采用永磁材料替代主動磁軸承中的電磁鐵來產(chǎn)生偏置磁場，電磁鐵提供的只是平衡負(fù)載或干擾的控制磁場，大大降低了因偏置電流產(chǎn)生的功率損耗，電磁鐵所需的安匝數(shù)只是主動磁軸承的一半，縮小了磁軸承的體積，減輕了其重量，并提聞了承載能力。
[0004]目前國際上研究的永磁偏置軸向徑向磁軸承結(jié)構(gòu)形式主要分為兩種，一種是將徑向磁軸承與軸向磁軸承分離開來，利用同一永磁體提供徑向和軸向偏置磁通，這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子軸向長度長，轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速低；另一種是將軸向和徑向集成在一起，結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)子動態(tài)性能得以提高。但多采用同極性結(jié)構(gòu)形式，即利用軸向定子形成偏置磁路，使徑向定子磁極形成同極性排列，使磁軸承的磁滯損耗得以減小。
[0005]專利ZL200910030100.8公開了一種永磁偏置的軸向徑向磁軸承，包括徑向定子、片狀永磁體、徑向控制繞組、單繞組的軸向控制繞組、套裝在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子鐵心。徑向定子為對稱布置的六磁極結(jié)構(gòu)，分別為三個套裝有徑向控制繞組的控制磁極，三個與控制磁極間隔布置的嵌放片狀永磁體的永磁磁極。然而，該專利的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝不便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種永磁偏置軸向徑向磁軸承，并采用以下方案:
一種永磁偏置軸向徑向磁軸承，包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件，所述的定子組件包括徑向定子1、片狀永磁體2和徑向控制繞組3，所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子5和轉(zhuǎn)子鐵心6，轉(zhuǎn)子鐵心
(6)套裝在轉(zhuǎn)子5上，所述定子組件設(shè)置在轉(zhuǎn)子組件的外周，其特征在于:所述定子組件還包括軸向定子4，所述軸向定子4設(shè)置于永磁磁極的底端，且置于轉(zhuǎn)子鐵心兩側(cè)。
[0007]徑向定子I為對稱布置的八磁極結(jié)構(gòu)，所述磁極為套裝有控制繞組3的控制磁極；片狀永磁體2為4個永磁磁極；徑向控制繞組3為兩個相向的徑向控制繞組串聯(lián)相接；轉(zhuǎn)子鐵心6采用硅鋼片疊壓制成。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點為:本發(fā)明的永磁偏置軸向徑向磁軸承，徑向偏置磁通、控制磁通完全在同一平面內(nèi)閉合，所以具有磁通路徑短和漏磁較小的優(yōu)點。利用置于永磁磁極底端的軸向定子，產(chǎn)生具有軸向分量的偏置磁通，大為簡化了磁軸承的結(jié)構(gòu)，安裝便利。同時，該磁軸承利用永磁體產(chǎn)生偏置磁通，還具有功耗小，軸向長度短的優(yōu)點，在飛輪儲能、空調(diào)壓縮機(jī)、渦輪分子泵等高速應(yīng)用場合具有廣闊的應(yīng)用前景，將其利用于航空航天和艦艇等國防領(lǐng)域則更具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是一種永磁偏置軸向徑向磁軸承的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是圖1的俯視圖。
[0011]圖3是一種永磁偏置軸向徑向磁軸承工作原理圖。
[0012]圖4是圖3的俯視圖。
[0013]圖中:1、徑向定子；2、片狀永磁體；3、徑向控制繞組；4、軸向定子；5、轉(zhuǎn)子；6、轉(zhuǎn)子鐵心。
[0014]

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
如圖1所示，本發(fā)明的異極性永磁偏置軸向徑向磁軸承，包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件，所述的定子組件包括徑向定子1，其中徑向定子I為空間對稱布置的八磁極結(jié)構(gòu)，在徑向定子I磁極上間隔套裝有四個徑向控制繞組3，兩個相向的徑向控制繞組串聯(lián)相接，4個嵌放片狀永磁體2的為永磁磁極，其底端裝有軸向定子，置于控制磁極之間，用以產(chǎn)生偏置磁通。所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子5和轉(zhuǎn)子鐵心6，轉(zhuǎn)子鐵心6套裝在轉(zhuǎn)子5上，置于徑向定子I內(nèi)，由于該磁軸承磁極為異極性排列，為減小磁滯和渦流損耗，懸浮轉(zhuǎn)子鐵心采用硅鋼片疊壓制成。其軸向的基本工作原理是:由于永磁磁極底端裝有軸向定子，四個片狀永磁體產(chǎn)生的永磁偏置磁通在經(jīng)過徑向永磁磁極、軸向氣隙到達(dá)轉(zhuǎn)子鐵心時，產(chǎn)生了具有軸向分量的偏置磁通，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子鐵心的被動懸浮。徑向磁軸承的工作原理是:由于永磁體的磁阻較大，控制磁通不經(jīng)過永磁磁極，可避免控制磁通與偏置磁通方向相反時對永磁體的去磁。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于平衡位置，片狀永磁體在控制磁極氣隙處產(chǎn)生相等的偏置磁通，這樣使轉(zhuǎn)子受到徑向合力為零，穩(wěn)定在平衡位置。由于結(jié)構(gòu)的對稱性，永磁體產(chǎn)生的磁通在轉(zhuǎn)子的上下氣隙處是相等的，此時上下吸力相等。如果在此平衡位置時轉(zhuǎn)子受到一個向下的外擾力，轉(zhuǎn)子就會偏離參考位置向下運(yùn)動，造成永久磁鐵產(chǎn)生的上下氣隙的磁通變化，即上面的氣隙增大，使永磁體產(chǎn)生的磁通減少,下面的氣隙減少,使永磁體產(chǎn)生的磁通增加。由于磁場力與磁通的平方成正比，因此下面的吸力小于上面的吸力，在加入控制磁通前，轉(zhuǎn)子將無法回到平衡位置?？刂评@組產(chǎn)生控制磁通，控制磁通在上氣隙處與偏置磁通相疊加，而在下氣隙處與偏置磁通相抵消。一邊氣隙中的磁通大于另一邊氣隙的磁通，兩邊徑向氣隙磁通的差異對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了可控的回復(fù)力，使轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在徑向平衡位置。如果轉(zhuǎn)子受到一個向上的外擾力，可以用類似的方法進(jìn)行分析，得到相反的結(jié)論。同理，不論轉(zhuǎn)子受到向左、向右、向上或向下的外擾動，帶位置負(fù)反饋的永磁偏置軸向徑向磁軸承通過控制器控制勵磁繞組中的電流，調(diào)節(jié)各氣隙磁通的大小，始終能保持轉(zhuǎn)子在平衡位置。
[0016]圖1、圖2是本發(fā)明的永磁偏置軸向徑向磁軸承結(jié)構(gòu)示意圖，圖1、圖2中的徑向定子I為硅鋼片疊壓制成，為對稱布置的八磁極結(jié)構(gòu)，四個定子磁極上套有徑向控制繞組3，兩個相向的徑向繞組串聯(lián)聯(lián)接，構(gòu)成控制磁極，四個片狀永磁體2間隔鑲嵌在另外四個徑向定子中，構(gòu)成永磁磁極，置于控制磁極之間，用以產(chǎn)生偏置磁通，但徑向定子中的永磁磁極底端裝有軸向定子4，產(chǎn)生具有軸向分量的偏置磁通。磁路圖如圖3、圖4所示。片狀永磁體產(chǎn)生的偏置磁通依次經(jīng)過徑向永磁磁極、軸向定子、軸向氣隙、轉(zhuǎn)子鐵心、徑向氣隙、徑向控制磁極構(gòu)成閉合回路，如圖3、圖4中的實線所示。徑向控制繞組產(chǎn)生的控制磁通只經(jīng)過徑向氣隙和徑向定子，轉(zhuǎn)子鐵心，不經(jīng)過軸向氣隙，如圖3、圖4中的單虛線所示。軸向偏置磁通和徑向控制磁通彼此解耦，互不干擾。
[0017]以上已以較佳實施例公布了本發(fā)明，然其并非用以限制本發(fā)明，凡采取等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種永磁偏置軸向徑向磁軸承，包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件，所述的定子組件包括徑向定子(I)、片狀永磁體(2)和徑向控制繞組(3)，所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子(5)和轉(zhuǎn)子鐵心(6)，轉(zhuǎn)子鐵心(6)套裝在轉(zhuǎn)子(5)上，所述定子組件設(shè)置在轉(zhuǎn)子組件的外周，其特征在于:所述定子組件還包括軸向定子(4)，所述軸向定子(4)設(shè)置于永磁磁極的底端，且置于轉(zhuǎn)子鐵心兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁偏置軸向徑向磁軸承，其特征在于所述徑向定子(I)為對稱布置的八磁極結(jié)構(gòu)，所述磁極為套裝有控制繞組(3)的控制磁極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁偏置軸向徑向磁軸承，其特征在于片狀永磁體(2)為4個永磁磁極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁偏置軸向徑向磁軸承，其特征在于徑向控制繞組(3)為兩個相向的徑向控制繞組串聯(lián)相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置軸向徑向磁軸承，其特征在于:上述轉(zhuǎn)子鐵心(6)采用硅鋼片疊壓制成。
【文檔編號】F16C32/04GK104154119SQ201410335595
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】趙旭升 申請人:南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院