定子齒11上繞有承重側(cè)支撐控制繞組8，y方向徑向懸浮側(cè)內(nèi)定子齒12繞有y方向徑向懸浮控制繞組7 ；為此能夠?qū)崿F(xiàn)磁軸承徑向兩個自由度方向上的懸浮;所述外定子1、內(nèi)定子3之間在徑向方向上設(shè)有環(huán)形永磁體2，永磁體2沿著徑向充磁;所述外定子1、內(nèi)定子3之間在軸向方向上分別設(shè)有一對隔磁鋁盤，分別為徑向懸浮控制側(cè)隔磁鋁盤9、承重側(cè)隔磁鋁盤4;所述外定子I和徑向懸浮控制側(cè)隔磁鋁盤9之間、所述外定子I和承重側(cè)隔磁鋁盤4之間在軸向方向均設(shè)置有軸向懸浮控制繞組5，所述軸向懸浮控制繞組5非接觸的圍繞圓柱形轉(zhuǎn)子6的圓周布置，實現(xiàn)磁軸承軸向一個自由度方向上的懸浮。
[0024]所述轉(zhuǎn)子6在軸向方向的長度要稍小于外定子I軸向方向的長度，且轉(zhuǎn)子6的左右端面的位置設(shè)定在外定子軸向左右端部之間。
[0025]所述承重側(cè)支撐控制繞組8為兩套，采用差動連接，共用一套控制器;所述y方向徑向懸浮控制繞組7為兩套，采用差動連接，共用一套控制器。
[0026]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖具體說明。
[0027]如圖1和3所示，內(nèi)定子鐵心3上其實有三套徑向控制繞組分別為:y軸方向的徑向懸浮控制繞組7、承重側(cè)支撐控制繞組8、X方向徑向懸浮控制繞組1 ο所述的用于水平軸風(fēng)力發(fā)電具有大承載能力三自由度混合磁軸承，為了實現(xiàn)磁軸承徑向兩個自由度和軸向一個自由度方向上的懸浮，將徑向兩個自由度看成X方向自由度和y方向自由度，為了克服承重側(cè)負(fù)載過重，將y方向上的內(nèi)定子齒沿z軸分為承重側(cè)內(nèi)定子齒11和y方向徑向懸浮側(cè)內(nèi)定子齒12。在徑向y方向，以轉(zhuǎn)軸為中心，有上下兩個承重側(cè)內(nèi)定子齒11，和上下兩個y方向懸浮側(cè)內(nèi)定子齒12。上下兩個承重側(cè)內(nèi)定子齒11上分別繞置有承重側(cè)支撐控制繞組8，用以控制承重側(cè)轉(zhuǎn)軸所帶負(fù)載過重，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子偏離平衡位置，且兩個承重側(cè)支撐控制繞組8采用差動連接，共用一套控制器。徑向y方向上下兩套徑向懸浮側(cè)內(nèi)定子齒12的齒部分別繞置y方向徑向懸浮控制繞組7，用來控制徑向y軸方向轉(zhuǎn)子的懸浮，且兩個y軸方向徑向懸浮控制繞組7采用差動連接，共用一套控制器。承重側(cè)支撐控制繞組8和y方向徑向懸浮控制繞組7在徑向y方向聯(lián)合作用，使得轉(zhuǎn)子在重力方向能夠穩(wěn)定懸浮。
[0028]軸向懸浮控制繞組5繞置在軸向左右兩邊的外定子I軸向端部內(nèi)側(cè)和隔磁鋁盤中間，軸向兩端的隔磁鋁盤大小相等，結(jié)構(gòu)相同，且兩端的軸向懸浮控制繞組5中電流的流向方向相同，同時為了能保證轉(zhuǎn)子6在軸向的穩(wěn)定，轉(zhuǎn)子6左右兩個端部必須位于外定子I軸向內(nèi)端面和外端面之間，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0029]軸向懸浮原理如圖2所示，Φρμ為永磁體2形成的磁路，Φζεμ為軸向繞組形成的磁路。若檢測到轉(zhuǎn)子6軸向ζ軸負(fù)方向偏移，使得轉(zhuǎn)子軸向ζ軸正方向的磁密減小，負(fù)方向的軸向端部磁密增大，為了使得轉(zhuǎn)軸回到軸向的平衡位置，必須減小ζ軸負(fù)方向的磁密，增大ζ軸正方向的磁密，可以給兩端的軸向懸浮繞組施加如圖2中所示的同方向的電流，就可以使得轉(zhuǎn)子回到平衡位置。
[0030]如圖4所示，由一塊徑向充磁的圓形環(huán)永磁體2同時提供軸向和徑向的偏置磁通，永磁體材料選用高性能稀土材料釹鐵硼(NdFeB)，且永磁體2在徑向方向上位于內(nèi)定子3和外定子I之間。
[0031]如圖5所示，所述徑向懸浮控制側(cè)隔磁鋁盤9、承重側(cè)隔磁鋁盤4均為大小相同、中心開有通孔的圓盤。
[0032]綜上，本發(fā)明為一種新型用于水平軸風(fēng)力發(fā)電具有大承載能力的三自由度混合磁軸承，可用于直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電、中高速旋轉(zhuǎn)機械等三自由度懸浮的支撐。磁軸承由外定子鐵心、永磁體2、內(nèi)定子鐵心、徑向懸浮控制繞組、承重側(cè)支撐控制繞組、軸向懸浮控制繞組、隔磁鋁盤、圓柱形轉(zhuǎn)子組成。其中內(nèi)定子鐵心分別為徑向懸浮控制繞組和承重側(cè)支撐控制繞組提供導(dǎo)磁回路。為了避免徑向懸浮繞組與軸向懸浮繞組之間相互影響，在轉(zhuǎn)子軸向兩端各加一個隔磁鋁盤，并在兩個軸向端隔磁鋁盤與外定子軸向端蓋之間放置軸向懸浮控制繞組來控制轉(zhuǎn)子的軸向懸浮。同時采用圓柱形轉(zhuǎn)子代替常規(guī)的帶推力盤的轉(zhuǎn)子，簡化了磁軸承在軸向方向組裝和拆卸的難度。本發(fā)明解決了現(xiàn)有磁力軸承在支撐較大負(fù)載、且在軸向和徑向都存在大的擾動或負(fù)載的情況，具有懸浮性能可靠利于控制的優(yōu)點。
[0033]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0034]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項】
1.用于水平軸風(fēng)力發(fā)電的三自由度混合磁軸承，其特征在于，包括外定子(I)、內(nèi)定子(3)、圓柱形轉(zhuǎn)子(6); 所述圓柱形轉(zhuǎn)子(6)由內(nèi)圈向外圈依次套有圓柱形的內(nèi)定子(3)和外定子(I)，所述內(nèi)定子(3)采用齒槽結(jié)構(gòu)，內(nèi)定子(3)內(nèi)部沿著圓周均布有多個內(nèi)定子齒，內(nèi)定子(3)在水平方向相對地設(shè)置有兩個內(nèi)定子齒;重力方向上相對地設(shè)置有兩對內(nèi)定子齒，該重力方向兩對內(nèi)定子齒分別為承重側(cè)內(nèi)定子齒(11)和y方向徑向懸浮側(cè)內(nèi)定子齒(12); 水平方向相對設(shè)置的兩個內(nèi)定子齒分別繞有X方向徑向懸浮控制繞組(I O )，承重側(cè)內(nèi)定子齒(I I)上繞有承重側(cè)支撐控制繞組(8)，y方向徑向懸浮側(cè)內(nèi)定子齒(I 2)上繞有y方向徑向懸浮控制繞組(7);為此能夠?qū)崿F(xiàn)磁軸承徑向兩個自由度方向上的懸??； 所述外定子(I)、內(nèi)定子(3)之間在徑向方向上設(shè)有環(huán)形永磁體(2)，永磁體(2)沿著徑向充磁;所述外定子(1)、內(nèi)定子(3)之間在軸向方向上分別設(shè)有一對隔磁鋁盤，分別為徑向懸浮控制側(cè)隔磁鋁盤(9)、承重側(cè)隔磁鋁盤(4); 所述外定子(I)和徑向懸浮控制側(cè)隔磁鋁盤(9)之間、外定子(I)和承重側(cè)隔磁鋁盤(4)之間在軸向方向均設(shè)置有軸向懸浮控制繞組(5)，所述軸向懸浮控制繞組(5)非接觸的圍繞圓柱形轉(zhuǎn)子(6)的圓周布置，實現(xiàn)磁軸承軸向一個自由度方向上的懸浮。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水平軸風(fēng)力發(fā)電的三自由度混合磁軸承，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(6)在軸向方向的長度要小于外定子(I)軸向方向的長度，且轉(zhuǎn)子(6)的左右兩端端面的位置位于外定子(I)軸向左右端部厚度之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水平軸風(fēng)力發(fā)電的三自由度混合磁軸承，其特征在于，所述承重側(cè)支撐控制繞組(8)為兩套，采用差動連接，共用一套控制器;所述y方向徑向懸浮控制繞組(7)為兩套，采用差動連接，共用一套控制器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水平軸風(fēng)力發(fā)電的三自由度混合磁軸承，其特征在于，所述徑向懸浮控制側(cè)隔磁鋁盤(9)、承重側(cè)隔磁鋁盤(4)均為大小相同、中心開有通孔的圓盤。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水平軸風(fēng)力發(fā)電的三自由度混合磁軸承，其特征在于，所述永磁體(2)提供軸向和徑向的偏置磁通，永磁體材料選用稀土材料釹鐵硼。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于水平軸風(fēng)力發(fā)電的三自由度混合磁軸承，包括外定子、永磁體、內(nèi)定子、徑向懸浮控制繞組、承重側(cè)支撐控制繞組、軸向懸浮繞組、軸向隔磁鋁盤、圓柱形轉(zhuǎn)子組成。其中內(nèi)定子分別為徑向懸浮控制繞組和承重側(cè)支撐控制繞組提供導(dǎo)磁回路。為了避免徑向懸浮繞組與軸向懸浮繞組之間相互影響，在轉(zhuǎn)子軸向兩端各加一個隔磁鋁盤，并在兩個軸向端隔磁鋁盤與外定子軸向端蓋之間放置軸向懸浮繞組來控制轉(zhuǎn)子的軸向懸浮。同時采用圓柱形轉(zhuǎn)子代替常規(guī)的帶推力盤的轉(zhuǎn)子，簡化了磁軸承在軸向方向組裝和拆卸的難度。本發(fā)明解決了現(xiàn)有磁力軸承在支撐較大負(fù)載、且在軸向和徑向都存在大的擾動或負(fù)載的情況，具有懸浮性能可靠利于控制的優(yōu)點。
【IPC分類】F16C32/04
【公開號】CN105570299
【申請?zhí)枴緾N201610113774
【發(fā)明人】于焰均, 朱熀秋, 陳武暉, 張維煜
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年2月29日