一種新型永磁偏置單自由度軸向磁軸承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型永磁偏置單自由度軸向磁軸承，包括定子、轉(zhuǎn)子鐵芯，所述定子包括左側(cè)定子鐵芯、右側(cè)定子鐵芯，左側(cè)定子鐵芯與右側(cè)定子鐵芯之間設(shè)置有環(huán)形永磁體，左側(cè)定子鐵芯、右側(cè)定子鐵芯與環(huán)形永磁體組成的環(huán)形空腔的上壁面內(nèi)設(shè)置有隔磁鋁環(huán)；左側(cè)定子鐵芯、右側(cè)定子鐵芯均呈E形結(jié)構(gòu)，定子槽內(nèi)分別繞制有控制繞組；本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有軸向磁軸承的不足，提供一種控制、制造與裝配簡單，控制磁通不經(jīng)過永磁體與轉(zhuǎn)子軸向鐵芯，可產(chǎn)生更大軸向懸浮力的低功耗單自由度軸向磁軸承。
【專利說明】
一種新型永磁偏置單自由度軸向磁軸承
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及軸承制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種控制、制造與裝配簡單、控制磁通不經(jīng) 過永磁體與轉(zhuǎn)子軸向鐵芯，可產(chǎn)生更大軸向懸浮力的低功耗永磁偏置單自由度軸向磁軸 承。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁軸承是利用定子和轉(zhuǎn)子之間的電磁力將轉(zhuǎn)子懸浮于空間，使定、轉(zhuǎn)子之間沒有 機械接觸的一種新型高性能軸承。由于定、轉(zhuǎn)子之間不存在機械接觸，所以磁懸浮軸承支撐 的懸浮轉(zhuǎn)子可達到很高的運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，并且具有無機械磨損、能耗低、壽命長、無需潤滑、無污 染等優(yōu)點，特別適合應(yīng)用于高速或超高速直接驅(qū)動領(lǐng)域。
[0003] 目前，磁軸承按照磁力提供的方式分為以下三種:il、主動磁軸承，由偏置電流產(chǎn) 生偏置磁場，控制電流產(chǎn)生的控制磁通與偏置磁通相互疊加，從而產(chǎn)生可控的懸浮力，該種 磁軸承體積、重量和功耗都比較大;.2、被動磁軸承，懸浮力完全由永磁體提供，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)軸承上的負荷;3、混合磁軸承，是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，控制電流僅提供平衡負載或干擾的控制磁通，大大降低了磁軸承的功 率損耗，縮小了磁軸承的體積，減輕其重量，并提高了承載能力。
[0004] 目前，根據(jù)永磁偏置軸向磁軸承結(jié)構(gòu)形式不同，可分為三種，、將永磁體置于轉(zhuǎn) 子中，導(dǎo)致其安裝難度增大，轉(zhuǎn)子強度低限制其轉(zhuǎn)速的提升;羅、磁軸承將懸浮轉(zhuǎn)子置于定 子的兩側(cè)，軸向長度長，臨界轉(zhuǎn)速低;_、磁軸承中軸向控制磁通穿過永磁體，對永磁體呈明 顯的去磁作用，漏磁較大，且永磁體的磁阻大，導(dǎo)致產(chǎn)生相同的軸向懸浮力所需電流大，功 耗高，其應(yīng)用場領(lǐng)域受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種新型永磁偏置單自由度軸向磁軸承，本發(fā)明 有效解決了現(xiàn)有軸向磁軸承的不足，提供一種控制、制造與裝配簡單，控制磁通不經(jīng)過永磁 體與轉(zhuǎn)子軸向鐵芯，可產(chǎn)生更大軸向懸浮力的低功耗單自由度軸向磁軸承結(jié)構(gòu)。
[0006] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)： 一種新型永磁偏置單自由度軸向磁軸承，包括定子、轉(zhuǎn)子鐵芯（11)，其特征在于:所述 轉(zhuǎn)子鐵芯（11)包括軸向部分、徑向部分;所述定子包括沿轉(zhuǎn)子鐵芯（11)的軸向部分，并以轉(zhuǎn) 子鐵芯（11)的徑向部分為對稱中心，對稱設(shè)置有左側(cè)定子鐵芯（1 )、右側(cè)定子鐵芯(4)，左側(cè) 定子鐵芯（1)與右側(cè)定子鐵芯(4)之間設(shè)置有環(huán)形永磁體(3)，左側(cè)定子鐵芯（1)、右側(cè)定子 鐵芯(4)與環(huán)形永磁體(3)組成的環(huán)形空腔的上壁面內(nèi)設(shè)置有隔磁鋁環(huán)（2);左側(cè)定子鐵芯 (1)、右側(cè)定子鐵芯(4)均呈E形結(jié)構(gòu)，定子槽內(nèi)分別繞制有控制繞組(12)。
[0007] 本發(fā)明進一步技術(shù)改進方案是： 所述左側(cè)定子鐵芯（1)、右側(cè)定子鐵芯(4)均由上、下位置設(shè)置的吸力圓盤(5、9;6、10) 以及中間位置設(shè)置的控制圓盤(7、8)構(gòu)成，控制繞組（12)繞制于吸力圓盤(5、9;6、10)與控 制圓盤(7、8)之間。
[0008] 本發(fā)明進一步技術(shù)改進方案是： 所述控制圓盤(7、8)與轉(zhuǎn)子鐵芯（11)徑向部分之間的氣隙長度大于吸力圓盤(5、9;6、 10)與轉(zhuǎn)子鐵芯（11)徑向部分之間的氣隙長度，且吸力圓盤(5、9;6、10)與轉(zhuǎn)子鐵芯（11)徑 向部分之間的氣隙長度小于左側(cè)定子鐵芯（1)和右側(cè)定子鐵芯(4)與轉(zhuǎn)子鐵芯（11)軸向部 分之間的氣隙長度。
[0009] 本發(fā)明進一步技術(shù)改進方案是： 所述環(huán)形永磁體(3)為軸向充磁的環(huán)形永磁體，為磁軸承提供軸向偏置磁通。
[0010] 本發(fā)明進一步技術(shù)改進方案是： 所述隔磁鋁環(huán)(4)由整塊鋁材制成，減少漏磁。
[0011] 本發(fā)明進一步技術(shù)改進方案是： 所述左側(cè)定子鐵芯（1)、右側(cè)定子鐵芯(4)、轉(zhuǎn)子鐵芯（11)均采用具有良好軸向和徑向 導(dǎo)磁性能的材料制成。
[0012] 本發(fā)明進一步技術(shù)改進方案是： 所述環(huán)形永磁體(3 )為稀土永磁材料制成。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點： 一、 本發(fā)明提出的永磁偏置單自由度軸向磁軸承，是由一個軸向磁化的環(huán)形永磁體提 供偏置磁通，控制繞組產(chǎn)生左、右側(cè)控制磁通，相應(yīng)氣隙處的控制磁通和偏置磁通相互疊 加，通過軸向位移閉環(huán)控制，保證定、轉(zhuǎn)子之間氣隙均勻，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸向穩(wěn)定懸??； 二、 本發(fā)明隔磁鋁環(huán)保證控制磁通不經(jīng)過永磁體，且減少漏磁； 三、 本發(fā)明左、右側(cè)定子鐵芯均制成E型結(jié)構(gòu)，控制磁通經(jīng)過吸力圓盤、控制圓盤、左側(cè) 定子鐵芯、左側(cè)軸向工作氣隙和轉(zhuǎn)子鐵芯的徑向部分形成閉合路徑;控制磁通經(jīng)過吸力圓 盤、控制圓盤、右側(cè)定子鐵芯、右側(cè)軸向工作氣隙和轉(zhuǎn)子鐵芯的徑向部分形成閉合路徑，不 經(jīng)過磁阻大的永磁體與轉(zhuǎn)子鐵芯軸向部分，具有可產(chǎn)生較大的軸向懸浮力、低功耗、控制簡 單和易于實現(xiàn)等優(yōu)點。
[0014] 本發(fā)明可廣泛用于飛輪儲能、各種高速機床主軸電機和密封栗類、離心機、壓縮 機、高速小型硬盤驅(qū)動裝置等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明新型永磁偏置單自由度軸向磁軸承結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明新型永磁偏置單自由度軸向磁軸承磁路示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 本發(fā)明基于的原理是:軸向磁化的環(huán)形永磁體3給永磁偏置單自由度軸向磁軸承 提供靜態(tài)偏置磁通13,分成兩部分由吸力圓盤6和10進入右側(cè)軸向工作氣隙，再由左側(cè)軸向 工作氣隙進入左側(cè)吸力圓盤5和9,控制繞組12通電產(chǎn)生的左側(cè)控制磁通16和右側(cè)控制磁通 17起調(diào)節(jié)作用，用來改變磁軸承轉(zhuǎn)子鐵芯11徑向部分軸向兩側(cè)氣隙磁場的強弱，通過位移 閉環(huán)控制，保持定、轉(zhuǎn)子軸向之間的氣隙均勻，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸向穩(wěn)定懸浮。
[0018] 如圖1所示，本發(fā)明由左側(cè)定子鐵芯1、隔磁鋁環(huán)2、環(huán)形永磁體3、右側(cè)定子鐵芯4、 轉(zhuǎn)子鐵芯11組成；左側(cè)定子鐵芯1制成E型結(jié)構(gòu)，中間為控制圓盤7、上、下位置是吸力圓盤5 和9,在吸力圓盤5、9和控制圓盤7之間嵌入控制繞組12,通電產(chǎn)生左側(cè)控制磁通16和右側(cè)控 制磁通17;右側(cè)定子鐵芯4也制成E型結(jié)構(gòu)，中間為控制圓盤8、上、下位置是吸力圓盤6和10， 在吸力圓盤6、10和控制圓盤8之間嵌入控制繞組12,吸力圓盤5、9;6、10與轉(zhuǎn)子鐵芯11徑向 部分之間的氣隙長度小于控制圓盤7、8與轉(zhuǎn)子鐵芯11徑向部分之間的氣隙長度，且吸力圓 盤5、9;6、10與轉(zhuǎn)子鐵芯11徑向部分之間的氣隙長度小于左側(cè)定子鐵芯1和右側(cè)定子鐵芯4 與轉(zhuǎn)子鐵芯11軸向部分之間的氣隙長度;左側(cè)定子鐵芯1、右側(cè)定子鐵芯4、轉(zhuǎn)子鐵芯11均由 軸向和徑向?qū)Т判阅芰己玫牟牧现瞥?，環(huán)形永磁體3采用軸向磁化，安裝在左側(cè)定子鐵芯1 和右側(cè)定子鐵芯4之間，產(chǎn)生靜態(tài)偏置磁通13,四個控制繞組12可采用如圖1所示的繞線方 式串聯(lián)而成，僅需一個逆變器就可以實現(xiàn)控制電流的調(diào)節(jié)。
[0019] 如圖2所示，軸向磁化的環(huán)形永磁體3的N極靠近右側(cè)定子鐵芯4側(cè)，則本發(fā)明的永 磁偏置磁路為：靜態(tài)偏置磁通13從環(huán)形永磁體3的N極出發(fā)，經(jīng)過右側(cè)定子鐵芯4分成兩部 分，分別從吸力圓盤6和10進入右側(cè)軸向工作氣隙、轉(zhuǎn)子鐵芯11徑向部分、左側(cè)軸向工作氣 隙、吸力圓盤5和9、左側(cè)定子鐵芯1，回到環(huán)形永磁體3的S極形成閉合磁路，如圖2中的虛線； 控制繞組12產(chǎn)生的左側(cè)控制磁通16和右側(cè)控制磁通17如圖2中的實線，左側(cè)控制磁通16經(jīng) 過吸力圓盤5和9、控制圓盤7、左側(cè)定子鐵芯1、左側(cè)軸向工作氣隙和轉(zhuǎn)子鐵芯11的徑向部分 形成閉合路徑;右側(cè)控制磁通17經(jīng)過吸力圓盤6和10、控制圓盤8、右側(cè)定子鐵芯4、右側(cè)軸向 工作氣隙和轉(zhuǎn)子鐵芯11的徑向部分形成閉合路徑，由于隔磁鋁環(huán)2,保證控制磁通不經(jīng)過環(huán) 形永磁體，降低漏磁、減小功耗和增大軸向懸浮力。
[0020] 這種永磁偏置單自由度軸向磁軸承利用一個軸向充磁的環(huán)形永磁體3來建立偏置 磁通，定、轉(zhuǎn)子鐵芯均由軸向和徑向?qū)Т判阅芰己玫牟牧现瞥桑h(huán)形永磁體采用軸向磁化， 永環(huán)形永磁體3為徑向圓環(huán)，沿軸向充磁，采用磁性能良好的稀土永磁體或鐵氧體永磁體， 控制繞組12均采用導(dǎo)電良好的電磁線圈繞制后侵漆烘干而成。
[0021] 本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述實施方式所公開的技術(shù)手段，還包括 由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為 本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種新型永磁偏置單自由度軸向磁軸承，包括定子、轉(zhuǎn)子鐵芯（11)，其特征在于:所 述轉(zhuǎn)子鐵芯（11)包括軸向部分、徑向部分;所述定子包括沿轉(zhuǎn)子鐵芯（11)的軸向部分，并以 轉(zhuǎn)子鐵芯（11)的徑向部分為對稱中心，對稱設(shè)置有左側(cè)定子鐵芯（1 )、右側(cè)定子鐵芯(4)，左 側(cè)定子鐵芯（1)與右側(cè)定子鐵芯(4)之間設(shè)置有環(huán)形永磁體(3)，左側(cè)定子鐵芯（1)、右側(cè)定 子鐵芯(4)與環(huán)形永磁體(3)組成的環(huán)形空腔的上壁面內(nèi)設(shè)置有隔磁鋁環(huán)（2);左側(cè)定子鐵 芯（1 )、右側(cè)定子鐵芯(4)均呈E形結(jié)構(gòu)，定子槽內(nèi)分別繞制有控制繞組（12)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁偏置單自由度軸向磁軸承，其特征在于:所述左側(cè)定 子鐵芯（1)、右側(cè)定子鐵芯(4)均由上、下位置設(shè)置的吸力圓盤(5、9;6、10)以及中間位置設(shè) 置的控制圓盤(7、8)構(gòu)成，控制繞組（12)繞制于吸力圓盤(5、9;6、10)與控制圓盤(7、8)之 間。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型永磁偏置單自由度軸向磁軸承，其特征在于:所述控 制圓盤(7、8)與轉(zhuǎn)子鐵芯（11)徑向部分之間的氣隙長度大于吸力圓盤(5、9;6、10)與轉(zhuǎn)子鐵 芯（11)徑向部分之間的氣隙長度，且吸力圓盤(5、9;6、10)與轉(zhuǎn)子鐵芯（11)徑向部分之間的 氣隙長度小于左側(cè)定子鐵芯（1)和右側(cè)定子鐵芯(4)與轉(zhuǎn)子鐵芯（11)軸向部分之間的氣隙 長度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種新型永磁偏置單自由度軸向磁軸承，其特征在于:所 述環(huán)形永磁體(3)為軸向充磁的環(huán)形永磁體，為磁軸承提供軸向偏置磁通。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種新型永磁偏置單自由度軸向磁軸承，其特征在于:所 述隔磁鋁環(huán)(4)由整塊鋁材制成，減少漏磁。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種新型永磁偏置單自由度軸向磁軸承，其特征在于:所 述左側(cè)定子鐵芯（1)、右側(cè)定子鐵芯(4)、轉(zhuǎn)子鐵芯（11)均采用具有良好軸向和徑向?qū)Т判?能的材料制成。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型永磁偏置單自由度軸向磁軸承，其特征在于:所述環(huán) 形永磁體(3)為稀土永磁材料制成。
【文檔編號】F16C32/04GK105840655SQ201610399392
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】張濤, 莫麗紅, 張晨, 倪偉, 丁衛(wèi)紅, 葉小婷, 張惠萍
【申請人】淮陰工學(xué)院