專利名稱：永磁偏置軸向磁懸浮軸承的制作方法
技術領域：
本發明的永磁偏置軸向磁懸浮軸承屬磁懸浮軸承中的混合型磁懸浮軸承。
背景技術：
磁懸浮軸承按照磁場建立方式的不同可分為全電磁型、永磁型和混合型三種類型。 全電磁型磁懸浮軸承由通入直流電的偏磁繞組在氣隙中建立偏置磁場，由通入大小和 方向都受到實時控制的交變電流的控制繞組來在氣隙中建立控制磁場，這兩個磁場在氣隙 中的疊加和抵消產生了大小和方向都可以主動控制的磁場吸力，從而實現了轉子的穩定懸 浮，這種類型的磁懸浮軸承剛度大，可以精密控制，但產生單位承載力所需的體積、重量 和功耗也都比較大。
永磁型磁懸浮軸承利用磁性材料之間的吸力或斥力來實現轉子的懸浮，所需控制器簡 單，功耗小，但剛度和阻尼也都比較小。
混合型磁懸浮軸承結合了主動型磁懸浮軸承和被動型磁懸浮軸承的特點，采用永磁材 料替代偏磁線圈來產生所需的偏置磁場，因此電磁線圈匝數比主動型磁懸浮軸承少得多， 較大程度地降低了磁懸浮軸承的功率損耗，減小了產生單位承載力所需的體積和重量，以 上特點使其在對體積和功耗有著嚴格要求的領域有著不可替代的優勢，因此混合型磁懸浮
軸承已成為磁懸浮軸承研究與發展的一個重要方向。 —
發明內容
本發明的目的在于提出一種結構簡單，安裝方便，功耗低，成本小的永磁偏置軸向混 合型磁懸浮軸承。
本發明的永磁偏置軸向磁懸浮軸承，包括主軸、轉子導磁鐵心、定子導磁鐵心、環形 永磁體、右軸向磁極、控制繞組、左軸向磁極、推力盤。左軸向磁極與右軸向磁極的形狀 相同，左軸向磁極的右外端面與右軸向磁極的左外端面接觸；推力盤套裝在主軸上，置于 左軸向磁極與右軸向磁極共同形成的內空間中，且推力盤與左軸向磁極的右內端面之間存 在左軸向氣隙，推力盤與右軸向磁極的左內端面存在右軸向氣隙，控制繞組只有一套，位 于左軸向磁極，右軸向磁極和推力盤圍合的空間內，環形永磁體嵌在定子導磁鐵心和右軸 向磁極間，該環形永磁體的左側端面與右軸向磁極的右外端面接觸，該環形永磁體的右側端面與定子導磁鐵心的左側端面接觸，轉子導磁鐵心套裝在主軸上，其左端面與推力盤的 右端面接觸，且與定子導磁鐵心間存在徑向氣隙。
軸向充磁的環形永磁體的磁通，通過右軸向磁極、左軸向磁極、推力盤、轉子導磁鐵 心和定子導磁鐵心構成回路，在左軸向磁極與推力盤之間的左軸向氣隙和右軸向磁極與推 力盤之間的右軸向氣隙中分別建立偏置磁場；控制繞組在通入電流后，通過左軸向磁極、
右軸向磁極和推力盤來形成磁回路，在左軸向氣隙和右軸向氣隙中建立控制磁場。
本發明的永磁偏置軸向磁懸浮軸承，利用一個徑向充磁的環形永磁體分別在左軸向氣 隙和右軸向氣隙中建立靜態偏置磁場，軸向控制繞組產出的控制磁通與偏置磁通在軸向左 氣隙和軸向右氣隙中疊加，從而實現軸向懸浮。整個磁懸浮軸承結構簡單，安裝方便，功 耗小，成本低，在飛輪儲能，渦能分子泵等各種磁懸浮系統中都有廣闊的應用前景。
圖1是本發明的永磁偏置軸向磁懸浮軸承軸向截面示意圖； 圖2是本發明的永磁偏置軸向磁懸浮軸承原理圖。
圖中1、主軸，2、轉子導磁鐵心，3、定子導磁鐵心，4、環形永磁體，5、右 軸向磁極，6、控制繞組，7、左軸向磁極，8、推力盤。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明
圖1是本發明的新型永磁偏置軸向磁懸浮軸承軸向截面示意圖，圖中的轉子導磁鐵心
2、定子導磁鐵心3、右軸向磁極5、左軸向磁極7均為實心軟磁材料制成，環形永磁體4 由稀土永磁材料制成，主軸l由不導磁材料制成，控制繞組6由漆包線繞制。左軸向磁極 7與右軸向磁極5的形狀相同，左軸向磁極7的右外端面與右軸向磁極5的左外端面接觸； 推力盤8套裝在主軸1上，置于左軸向磁極7與右軸向磁極5共同形成的內空間中，且推 力盤8與左軸向磁極7的右內端面之間存在左軸向氣隙，準力盤8與右軸向磁極5的左內 端面存在右軸向氣隙，控制繞組6只有一套，位于左軸向磁極7，右軸向磁極5和推力盤 8圍合的空間內，環形永磁體4嵌在定子導磁鐵心3和右軸向磁極5間，該環形永磁體4 的左側端面與右軸向磁極5的右外端面接觸，該環形永磁體4的右側端面與定子導磁鐵心 3的左側端面接觸，轉子導磁鐵心2套裝在主軸1上，其左端面與推力盤的右端面接觸， 且與定子導磁鐵心3間存在徑向氣隙。
圖2是本發明的新型永磁偏置軸向磁懸浮軸承原理圖，單箭頭表示控制繞組產生的磁 場，雙箭頭表示永磁偏置磁場，軸向充磁的環形永磁體4的磁通，通過右軸向磁極5、左軸向磁極7、推力盤8、轉子導磁鐵心2和定子導磁鐵心3構成回路，在左軸向磁極7與 推力盤8之間的左軸向氣隙和右軸向磁極5與推力盤8之間的右軸向氣隙中分別建立偏置 磁場；控制繞組6在通入電流后，通過左軸向磁極7、右軸向磁極5和推力盤8來形成磁 回路，在左軸向氣隙和右軸向氣隙中建立控制磁場。其基本工作原理是當推力盤8位于 中間位置，即平衡位置時，由于結構的對稱性，環形永磁體4產生的磁通在左軸向氣隙和 右軸向氣隙處是相等的，此時左右吸力相等。如果在此時推力盤8受到一個向左的軸向外 擾力，推力盤8就會偏離平衡位置向左側軸向運動，造成環形永磁體4在左軸向氣隙和右 軸向氣隙中產生的偏置磁場的磁通量的變化，即左軸向氣隙減小，左軸向氣隙中偏置磁場 的磁通量增大；右軸向氣隙增大，右軸向氣隙中偏置磁場的磁通量減小。由于在磁極面積 一定時磁場吸力與磁場磁通量的平方成正比，因此向左的吸力大于向右的吸力，在控制繞 組6沒有通入電流前，推力盤8將無法回到平衡位置。此時位移傳感器檢測出推力盤8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電流，這個電流流經控制繞組 6在鐵心和兩軸向氣隙中建立起一個控制磁場，兩軸向氣隙中的控制磁場和偏置磁場疊加， 使推力盤8左軸向氣隙中磁場的磁通量減小，右軸向氣隙中磁場的磁通量增大，產生一個 向右的軸向吸力，將推力盤8拉回平衡位置。同理，若推力盤8受到向右的外擾動，帶位 置負反饋的永磁偏置軸向磁懸浮軸承通過控制器控制繞組中的電流，調節各氣隙磁通的大 小，始終能保持推力盤8在平衡位置。
權利要求
1、一種永磁偏置軸向磁懸浮軸承，包括主軸(1)、環形永磁體(4)、右軸向磁極(5)、控制繞組(6)、左軸向磁極(7)和推力盤(8)，其特征在于還包括轉子導磁鐵心(2)、定子導磁鐵心(3)，所述的左軸向磁極(7)與右軸向磁極(5)的形狀相同，左軸向磁極(7)的右外端面與右軸向磁極(5)的左外端面接觸，所述的推力盤(8)套裝在主軸(1)上，置于左軸向磁極(7)與右軸向磁極(5)共同形成的內空間中，且推力盤(8)與左軸向磁極(7)的右內端面之間存在左軸向氣隙，推力盤(8)與右軸向磁極(5)的左內端面存在右軸向氣隙，所述的控制繞組(6)位于左軸向磁極(7)、右軸向磁極(5)和推力盤(8)圍合的空間內，所述的環形永磁體(4)設置在定子導磁鐵心(3)和右軸向磁極(5)間，該環形永磁體(4)的左側端面與右軸向磁極(5)的右外端面接觸，該環形永磁體(4)的右側端面與定子導磁鐵心(3)的左側端面接觸，所述的轉子導磁鐵心(2)套裝在主軸(1)上，其左端面與推力盤(8)的右端面接觸，且與定子導磁鐵心(3)間存在徑向氣隙。
全文摘要
一種永磁偏置軸向磁懸浮軸承，屬磁懸浮軸承中的混合型磁懸浮軸承。包括主軸(1)、轉子導磁鐵心(2)、定子導磁鐵心(3)、環形永磁體(4)、右軸向磁極(5)、控制繞組(6)、左軸向磁極(7)和推力盤(8)，這種永磁偏置軸向磁懸浮軸承利用一個軸向充磁的環形永磁體在左軸向氣隙和右軸向氣隙中建立靜態偏置磁場，軸向控制繞組產出的控制磁通與偏置磁通在軸向左氣隙和軸向右氣隙中疊加，從而實現軸向懸浮。整個磁懸浮軸承結構簡單，體積小，重量輕，功耗小，成本低，在飛輪儲能，渦能分子泵等各種磁懸浮系統中都有廣闊的應用前景。
文檔編號F16C32/04GK101581336SQ20091003331
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月18日 優先權日2009年6月18日
發明者彭晶晶, 王曉琳, 鄧智泉, 陳小元 申請人:南京航空航天大學