專利名稱:一種異極性永磁偏置軸向徑向磁軸承的制作方法
技術領域:
本發明的異極性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領域。
背景技術:
磁懸浮軸承又簡稱為磁軸承,是利用定子和轉子之間的磁力作用將轉子懸浮于空間, 使定子和轉子之間沒有機械接觸的一種新型高性能軸承。由于定、轉子之間不存在機械 上的接觸,所以磁懸浮軸承的轉子可達到很高的運轉轉速,并且具有機械磨損小、能耗 低、壽命長、無潤滑、無污染等優點,特別適合高速、真空和超潔凈等特殊的應用場合。
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 承線圏中存在偏置電流,以提供偏置磁場,由控制電流流經控制繞組產生的控制磁通與 偏置磁通進行疊加,從而產生可控的懸浮力,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, 一般運用于僅在一個方向上支撐物體或者是減輕作用在傳統軸 承上的負荷。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 鐵來產生偏置磁場,電磁鐵提供的只是平衡負載或干擾的控制磁場,大大降低了因偏置 電流產生的功率損耗,電磁鐵所需的安匝數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,并提高了承載能力。
目前國際上研究的永磁偏置軸向徑向磁軸承結構形式分為兩種, 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,這種結構轉子軸
向長度長,轉子臨界轉速低;另一種是將軸向和徑向集成在一起,結構緊湊,轉子動態
性能得以提高。但多是采用同極性結構形式,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。但由于軸向定子磁極的存在, 磁軸承整體長度較長,安裝困難,增加了磁軸承的制造成本。
發明內容
本發明目的是提供一種結構緊湊、寬徑向定子、功耗低、安裝方便的異極性永磁偏 置軸向徑向磁軸承。
本發明為實現上述目的采用如下技術方案
本發明包括定子組件和轉子組件,定子組件設置在轉子組件的外周;其特征在于 所述的定子組件包括徑向定子、片狀永^茲體、徑向控制繞組,其中徑向定子為對稱布置 的八磁極結構,分別為套裝有控制繞組的4個控制磁極,兩個相向的徑向控制繞組串聯 相接,嵌放片狀永磁體的4個永磁磁極,永磁磁極的軸向長度寬于轉子鐵心,置于控制 磁極之間;所述轉子組件包括轉子和轉子鐵心,轉子鐵心套裝在轉子上,置于徑向定子 內;徑向定子上靠近轉子鐵心的端部貼裝軸向控制繞組。
本發明的上述徑向定子中永磁磁極的軸向長度寬于轉子鐵心。
本發明的轉子鐵心采用硅鋼片疊壓制成。
本發明釆用上述技術方案,與現有技術相比具有如下優點
本發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閉 合,所以具有磁通路徑短和漏磁較小的優點。利用比轉子鐵心寬的徑向永磁磁極,產生 具有軸向分量的偏置磁通,而不再需要專門的軸向定子磁極,大為簡化了磁軸承的結構, 安裝便利。同時,該磁軸承利用永磁體產生偏置磁通,還具有功耗小,軸向長度短的優 點,在飛輪儲能、空調壓縮機、渦輪分子泵等高速應用場合具有廣闊的應用前景,將其 利用于航空航天和艦艇等國防領域則更具有重要意義。
圖l是本發明的一種結構示意圖。 圖2的圖1的俯視圖。 圖3是本發明的工作原理圖。 圖4是圖3的俯視圖。
圖中1、徑向定子;2、片狀永磁體;3、徑向控制繞組;4、軸向控制繞組;5、轉 子;6、轉子鐵心。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明
如圖1所示,本發明的異極性永磁偏置軸向徑向磁軸承,包括定子組件和轉子組件, 所述的定子組件包括徑向定子1,其中徑向定子1為空間對稱布置的八》茲才及結構,在徑向 定子1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相接,4個 嵌放片狀永磁體2的為永磁磁極,其軸向長度寬于轉子鐵心,置于控制磁極之間,用以 產生偏置磁通,軸向控制繞組4為單繞組貼裝在徑向定子磁極下。所述轉子組件包括轉 子5和轉子鐵心6,轉子鐵心6套裝在轉子5上,置于徑向定子1內,由于該磁軸承磁極 為異極性排列,為減小磁滯和渦流損耗,懸浮轉子鐵心也采用硅鋼片疊壓制成。其軸向 的基本工作原理是由于徑向永磁磁極比轉子鐵心寬,四個片狀永磁體產生的永磁偏置 磁通在經過徑向永磁磁極、徑向氣隙到達轉子鐵心時,產生了具有軸向分量的偏置磁通, 當轉子位于軸向平衡位置時,由于結構的對稱性,在轉子鐵心軸向端面的右面氣隙和左 面氣隙處的磁通是相等的,此時左右吸力相等。如果在此時轉子受到一個向左的外擾力, 轉子就會偏離平衡位置向左運動,造成環狀永磁體產生的左右的磁通變化,即右面的氣 隙增大,磁通減小,即軸向磁通分量減小;左面的氣隙減小,磁通增大,即軸向磁通分 量增大。由于磁場吸力與磁通的平方成正比,因此右邊的吸力小于左邊的吸力,在加入 控制磁通前,轉子將無法回到平衡位置。此時位移傳感器檢測出轉子偏離其參考位置的 位移量,控制器將這一位移信號變換成控制信號,功率放大器又將此控制信號變換成控 制電流,這個電流流經貼裝在徑向定子下的軸向控制繞組,在氣隙內產生一個電磁^磁通, 這個電磁磁通與氣隙中的永磁磁通軸向分量疊加,使轉子右面氣隙中的磁通增加,左面 氣隙中的磁通減小,產生一個向右的吸力,將轉子拉回平衡位置。同理,轉子受到軸向 向左的外擾動,基于上述原理同樣能使轉子回復到平衡位置。徑向磁軸承部分的工作原 理是由于永磁體的磁阻較大,控制磁通不經過永磁磁極,可避免控制磁通與偏置磁通 方向相反時對永磁體的去磁。當轉子處于平衡位置,片狀永磁體在徑向氣隙產生相等的 偏置磁通,這樣使轉子受到徑向磁阻力合力為零,穩定在平衡位置。由于結構的對稱性, 永磁體產生的磁通在轉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 置時轉子受到一個向下的外擾力,轉子就會偏離參考位置向下運動,造成永久磁鐵產生 的上下氣隙的磁通變化,即上面的氣隙增大,使永磁體產生的磁通減少,下面的氣隙減 少,使永磁體產生的磁通增加。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,轉子將無法回到平衡位置。控制繞組產生控制磁通, 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子產生了可控的回復力, 使轉子穩定在徑向平衡位置。如果轉子受到一個向上的外擾力,可以用類似的方法進行 分析,得到相反的結論。同理,不論轉子受到向左、向右、向上或向下的外擾動,帶位 置負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,調節各氣隙磁 通的大小,始終能保持轉子在平衡位置。
圖1、圖2是本發明的永磁偏置軸向徑向磁軸承結構示意圖,圖1、圖2中的徑向定 子l為硅鋼片疊壓制成,為對稱布置的八磁極結構,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聯接,構成控制磁極,四個片狀永磁體2間隔鑲嵌在另外 四個徑向定子中,構成永磁磁極,置于控制磁極之間,用以產生偏置磁通,但徑向定子 中的永》茲磁極比轉子鐵心6寬,用以產生具有軸向分量的偏置磁通,軸向控制繞組4貼 裝在徑向定子1的內表面。磁路圖如圖3、圖4所示。片狀永磁體產生的偏置磁通依次經 過徑向永磁磁極、徑向氣隙、轉子鐵心、徑向控制磁極構成閉合回路,如圖3、圖4中的 實線所示。軸向控制繞組產生的控制磁通經過徑向定子和軸向氣隙,如圖3、圖4中的雙 虛線所示。徑向控制繞組產生的控制磁通只經過徑向氣隙和徑向定子,轉子鐵心,不經 過軸向氣隙,如圖3、圖4中的單虛線所示。軸向控制磁通和徑向控制磁通彼此解耦,互 不干擾。
權利要求
1、一種異極性永磁偏置軸向徑向磁軸承,包括定子組件和轉子組件,定子組件設置在轉子組件的外周;其特征在于所述的定子組件包括徑向定子(1)、片狀永磁體(2)、徑向控制繞組(3),其中徑向定子(1)為對稱布置的八磁極結構,分別為套裝有控制繞組(3)的4個控制磁極,兩個相向的徑向控制繞組串聯相接,嵌放片狀永磁體(2)的4個永磁磁極,永磁磁極的軸向長度寬于轉子鐵心,置于控制磁極之間;所述轉子組件包括轉子(5)和轉子鐵心(6),轉子鐵心(6)套裝在轉子(5)上,置于徑向定子(1)內;徑向定子(1)上靠近轉子鐵心(6)的端部貼裝軸向控制繞組(4)。
2、 根據權利要求1所述的異極性永磁偏置軸向徑向磁軸承,其特征在于上述徑向 定子(1)中永磁磁極的軸向長度寬于轉子鐵心(6)。
3、 根據權利要求1所述的異極性永磁偏置軸向徑向磁軸承,其特征在于上述轉子 鐵心(6)釆用硅鋼片疊壓制成。
全文摘要
一種異極性永磁偏置軸向徑向磁軸承,屬磁軸承中的混合磁軸承。本發明的徑向定子為對稱布置的八磁極結構,分別為4個套裝有控制繞組的控制磁極,4個嵌放片狀永磁體的永磁磁極,置于控制磁極之間。該磁軸承利用永磁體來建立靜態偏置磁場,通過永磁磁極、轉子鐵心、控制磁極來形成閉合磁路,永磁磁極寬于轉子鐵心,用以產生具有軸向分量的偏置磁通,貼裝在徑向定子下的軸向控制繞組產生控制磁通與偏置磁通疊加控制軸向懸浮,控制磁極上的兩個相向控制繞組串聯相接,產生控制磁通與偏置磁通疊加實現徑向兩自由度懸浮。本發明實現了結構緊湊、寬徑向定子、功耗低、安裝方便的目的。
文檔編號F16C32/04GK101413539SQ20081023627
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月19日 優先權日2008年11月19日
發明者馮遵安, 徐建中, 趙旭升 申請人:南京化工職業技術學院