專利名稱:具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種磁軸承,特別是涉及一種具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承。
背景技術:
通常按照磁軸承對轉子施力的方向,將磁軸承分為徑向磁軸承和軸向磁軸承兩大 類。徑向軸承又分為定子和轉子兩大部分,其中定子部分最常用的是8磁極結構,如圖1所 示。8磁極的徑向磁軸承定子分為了 4個具有閉合磁路的電磁鐵,每個電磁鐵控制著單個方 向對轉子施加的電磁力的大小;而相對的2個電磁鐵組合則可以控制其所在自由度正反方 向的電磁力大小;進一步的,由2對正交布置的4個電磁鐵組合則可以提供2個正交自由度 上的力的組合,即提供在一個徑向平面內任意方向和大小的電磁力。基于以上控制原理,徑向磁軸承的設計一般采用8磁極或4X2n(n為彡1的整數) 個磁極的結構。圖1為8磁極結構,圖2中示給出了一個16磁極徑向磁軸承的結構示意圖, 與8磁極徑向軸承不同的是,它是由其中每4個磁極組成一個方向電磁鐵。當轉子在某個方向上發生與中心位置的徑向偏移時,磁軸承的控制系統根據偏移 量自動計算出相應的反向電磁力大小,并將其分解為各電磁鐵上的分力,進而控制線圈上 的電流大小產生相應的力將轉子拉回到中心位置。如圖1和圖2所示的這種整體加工和整體裝配的徑向電磁鐵設計,在某些應用場 合的應用會出現如下一些缺點。1、繞線空間利用不充分。為了達到更好的勵磁效果,需要盡可能多的利用磁極3 之間的空間,尤其是磁極根部的空間7,以此容納更多的線圈繞組的匝數。工藝上通常先制 作一個磁極的胎具,在胎具上先將導線繞制并捆扎成形狀規整的線包,然后再裝到軸承的 磁極上,并設法固定,如圖3所示。由于磁極前端的間距與磁極根部的間距不同,為了便于 安裝繞組線包6,磁極根部的空間7往往得不到充分的利用。2、各個閉合磁路之間有可能出現串擾,尤其當線圈出現匝間短路或打鐵等故障 時,按勵磁線圈勵磁電流設計原本應該在相鄰磁極上形成閉合的磁路則通過別的磁極形成 閉合,由于控制系統仍然依據正常工況邏輯進行電流的控制,因此各磁極上的磁場分布會 發生具有不確定性的串擾,不利于故障診斷和維護。3、當磁軸承發生機械故障需要維護或更換定子部件時,即便只是其中的一個磁極 發生問題,也不得不將其進行整體的更換,造成浪費和維護成本的增加。4、某些時候徑向磁軸承各個方向上的受力情況不同,例如轉子臥式設計時,即轉 子軸線水平布置時,磁軸承上端的電磁鐵較下端的電磁鐵額外承擔了轉子的重力,而下端 的電磁鐵實際上幾乎不需要提供任何承載能力,傳統的完全軸對稱磁軸承設計顯然是不科 學的。
發明內容
(一)要解決的技術問題
本發明要解決的技術問題是如何提高徑向磁軸承繞線空間利用率,簡化磁軸承 繞線工藝,降低使用和維護的成本,并且避免各種情況下電磁鐵間的相互串擾,提高故障診 斷的效率,方便整個系統的維護。(二)技術方案為了解決上述技術問題,本發明提供一種具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承,其 包括轉子;定子,設置在所述轉子外圍;所述定子包括外殼以及若干個獨立電磁鐵,所述若干個獨立電磁鐵間隔安裝在所 述外殼上。其中,所述獨立電磁鐵為U形。其中,所述獨立電磁鐵由矽鋼片疊裝而成。其中,所述獨立電磁鐵的兩個磁極間的夾角為360° /(4X2n),其中n為大于等 于1的正整數。其中,所述獨立電磁鐵的磁極的內圓直徑大于所述轉子的外徑。
其中,所述獨立電磁鐵的磁極的外圓與所述外殼的內圓相匹配。其中,相鄰兩個所述獨立電磁鐵之間的間隔大于所述獨立電磁鐵的磁極與所述轉 子間的間隙。其中,所述獨立電磁鐵的磁極上設置有繞線。其中,所述獨立電磁鐵上開設有安裝孔。(三)有益效果上述技術方案具有如下優點1、結構裝配靈活,可以根據需要做成定子半開式的結構,便于在大的軸系系統中 應用;多種電磁鐵可以進行組合,例如采用不同方向電磁鐵不同間隙設計,采用兩個電磁鐵 負擔重力等,對于大多數臥式轉子可以不需要下端的電磁鐵,同時可以將承擔轉子重力的 上端電磁鐵做得更大。2、各電磁鐵之間相互獨立,可以有效的避免各磁極間磁路的相互串擾,以及避免 磁極和傳感器之間的信號干擾,有利于提高系統的可靠度。3、每個獨立電磁鐵可以用于直接進行繞組下線,一般情況下可以無需額外加工胎 具和設計特殊的下線工藝。4、易于成為獨立的結構單元,形成系列化和標準化的部件,使得維護和更換設備 部件的成本都得以大大的降低。
圖1是現有技術中8磁極的磁極徑向磁軸承結構示意圖;圖2是現有技術中16磁極的磁極徑向磁軸承結構示意圖;圖3是現有技術中磁極繞組線包示意圖;圖4是本發明實施例的獨立電磁鐵單元的結構示意圖;圖5是本發明實施例的具有獨立電磁鐵的磁軸承結構示意圖6是本發明實施例的具有獨立電磁鐵的磁軸承的側面剖視圖;圖7是本發明實施例的非對稱的磁軸承結構示意圖。其中,1 轉子;2 定子;3 磁極;4 線圈;5 閉合磁路;6 繞組線包;7 磁極根部 空間;8 安裝孔;9 繞線;10 螺栓;11 獨立電磁鐵;12 外殼;13 內圓;14 外圓。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例,對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發明,但不用來限制本發明的范圍。圖4是本發明實施例的獨立電磁鐵單元的結構示意圖;圖5是本發明實施例的具 有獨立電磁鐵的磁軸承示意圖;圖6是本發明實施例的具有獨立電磁鐵的磁軸承的側面剖 視圖;圖7是本發明實施例的非對稱的磁軸承結構示意圖。本發明提供了可以跟轉子形成一個閉合磁路的最基本的U形獨立電磁鐵單元,如 圖4所示。為了防止產生電渦流,獨立電磁鐵11的主體由矽鋼片疊裝而成,矽鋼片形如圖 4所示,其中兩個磁極間存在一定的夾角,夾角角度為360° /(4X2n)(其中η為彡1的整 數),η獨立電磁鐵11上的閉合磁路數,獨立電磁鐵11的厚度根據轉子1的結構和磁軸承 的承載力要求進行設計,可通過增減矽鋼片數量來進行變化,圖5的剖面圖對此進行了示 意。如圖5所示,電磁鐵單元的磁極內圓和外圓設計與應用相關,內圓13的直徑略大于轉 子1的外徑,外圓14則應與安裝外殼12相適應。總體安裝完成后能形成與傳統磁軸承圖1 或圖2相似的結構,所不同的是各獨立電磁鐵11單獨安裝拆卸,且相互間有較大的間隔,該 間隔遠遠大于定子2磁極3與轉子1間的間隙。另一點與傳統結構磁軸承不同的是,獨立 電磁鐵11的繞線9在其整體安裝前完成,即首先直接在其上進行勵磁線圈的繞制而無需使 用胎具,然后再將各電磁鐵單元連同繞線逐個安裝到外殼12上,并通過固定螺栓10上緊。在本實施例中,將原本徑向軸承定子上整體的電磁鐵結構拆分成多個獨立電磁鐵 單元;各電磁鐵單元先直接繞制勵磁繞組,再逐個安裝到結構上;安裝完后整體上具有與 傳統徑向磁軸承相似的結構外觀,但各獨立電磁鐵間保留較大的間隙。由以上實施例可以看出,本發明實施例通過采用模塊化的新型的徑向磁軸承結構 設計,將磁軸承的磁極制作成為若干種大小不同的U形電磁鐵單元模塊,由此簡化了磁軸 承繞線的工藝,并且可根據磁軸承應用的需要來靈活的設計和選擇這種電磁鐵單元模塊的 組合,降低了使用和維護的成本,同時也有效避免了各種情況下電磁鐵間的相互串擾,提高 了故障診斷的效率,整個系統的維護也變得更加的便捷。以上所述僅是本發明的優選實施方式,應當指出,對于本技術領域的普通技術人 員來說,在不脫離本發明技術原理的前提下,還可以做出若干改進和替換,這些改進和替換 也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
一種具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承,其特征在于,包括轉子(1);定子(2),設置在所述轉子(1)外圍;所述定子(2)包括外殼(12)以及若干個獨立電磁鐵(11),所述若干個獨立電磁鐵(11)間隔安裝在所述外殼(12)上。
2.如權利要求1所述的具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承,其特征在于,所述獨立電 磁鐵(11)為U形。
3.如權利要求1所述的具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承,其特征在于,所述獨立電 磁鐵(11)由矽鋼片疊裝而成。
4.如權利要求2所述的具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承,其特征在于,所述獨立電 磁鐵(11)的兩個磁極間的夾角為360° /(4X2n),其中n為大于等于1的正整數。
5.如權利要求2所述的具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承,其特征在于,所述獨立電 磁鐵(11)的磁極的內圓直徑大于所述轉子(1)的外徑。
6.如權利要求2所述的具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承,其特征在于,所述獨立電 磁鐵(11)的磁極的外圓與所述外殼(12)的內圓相匹配。
7.如權利要求1所述的具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承,其特征在于,相鄰兩個所 述獨立電磁鐵(11)之間的間隔大于所述獨立電磁鐵(11)的磁極與所述轉子(1)間的間 隙。
8.如權利要求1-7中任一項所述的具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承,其特征在于, 所述獨立電磁鐵(11)的磁極上設置有繞線(9)。
9.如權利要求1所述的具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承,其特征在于,所述獨立電 磁鐵(11)上開設有安裝孔(S)0
全文摘要
本發明公開了一種具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承,其包括轉子;定子,設置在所述轉子外圍;所述定子包括外殼以及若干個獨立電磁鐵,所述若干個獨立電磁鐵間隔安裝在所述外殼上。本發明結構裝配靈活,可以根據需要做成定子半開式的結構;各電磁鐵之間相互獨立,可以有效的避免各磁極間磁路的相互串擾,以及避免磁極和傳感器之間的信號干擾,有利于提高系統的可靠度;每個獨立電磁鐵可以用于直接進行繞組下線,一般情況下可以無需額外加工胎具和設計特殊的下線工藝;易于成為獨立的結構單元,形成系列化和標準化的部件,使得維護和更換設備部件的成本都得以大大的降低。
文檔編號F16C32/04GK101886670SQ201010230059
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月13日 優先權日2010年7月13日
發明者于溯源, 刁興中, 張佑杰, 徐旸, 時振剛, 楊國軍, 符曉明, 趙雷 申請人:清華大學