永磁轉子的混合徑向磁軸承的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種含有永磁體的混合徑向磁軸承，將轉子改變為包括永磁體的轉子，磁懸浮徑向軸承定子鐵芯為電磁鐵，該電磁鐵上設置電磁線圈。一組徑向軸承由4個以上且是偶數個徑向軸承定子組成，并沿圓周均勻分布。每個徑向軸承上的線圈通有特定方向的直流電。永磁體采用軸向充磁，磁懸浮徑向軸承鐵芯分別同設置在其上的電磁線圈一同組成若干沿轉子圓周分布的電磁鐵，其作用是通過接通電源產生電磁力，對轉子起到吸引或排斥的作用，使轉子處于平衡狀態。電磁鐵的磁極方向分別由設置在其上的電磁線圈中的電流方向確定。相對于傳統的磁軸承，本發明可以減小單個電磁鐵芯的體積從而減小整個磁懸浮軸承的體積，具有更好的系統穩定性。
【專利說明】
永磁轉子的混合徑向磁軸承
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種主動磁軸承，特別是一種含有永磁體的混合徑向磁軸承。
【背景技術】
[0002]現有的主動磁軸承設計，其轉子為硅鋼片等導磁材料，由軸承定子通過電磁鐵或永磁材料產生磁場，對轉子產生吸引力從而起到支撐作用。在轉子懸浮時，轉子在直線上受到一對大小相同，方向相反的電磁吸引力，而處于一種平衡狀態。由于磁場的大小與電磁間隙成反比，當受到擾動時，轉子偏離平衡位置同時兩端受到的吸引力產生變化，這種形式的磁懸浮軸承具有負剛度，并且開環不穩定的特性。
【發明內容】
[0003]本發明針對現有技術中出現的問題，提供一種新的技術方案來解決。具體是:在傳統主動磁軸承設計基礎上，將轉子改變為包括永磁體的轉子，磁懸浮徑向軸承定子鐵芯為電磁鐵，該電磁鐵上纏繞有電磁線圈，電磁線圈上通有特定方向的直流電。一組徑向軸承由4個以上且是偶數個徑向軸承定子組成，并沿永磁轉子圓周均勻分布。
[0004]其工作原理是:永磁體采用軸向充磁，一端為N極，另一端為S極。徑向軸承定子鐵芯分別同纏繞在其上的電磁線圈一同組成若干沿轉子圓周均勻分布的電磁鐵，其作用是通過接通電源產生電磁力，對永磁轉子起到吸引或排斥的作用，使轉子處于平衡狀態。電磁鐵的磁極方向分別由設置在其上的電磁線圈中的電流方向確定。
[0005]進一步:轉子還包括芯軸，永磁體固定在轉子芯軸上，該芯軸可以承受較高的轉速和扭矩。
[0006]優選的是:轉子芯軸為不導磁材料制成。
[0007]進一步:轉子還包括高強度護套，永磁體的外圈設置高強度護套，其作用是在永磁體高速旋轉時對其起到束縛作用，承受永磁體的離心力。
[0008]優選的是:高強度護套為不導磁材料制成，不導磁材料可以更為有效保證定、轉子磁場不會在護套中形成短路，同時減少轉子在高速旋轉時產生的渦流損耗。
[0009]優選的是:磁懸浮徑向軸承定子鐵芯為C型電磁鐵。所謂C型電磁鐵，即電磁鐵的某一個角度的正投影類似“C"的形狀。
[0010]本發明同現有技術相比具有以下優點及效果:1、在永磁轉子正常懸浮時，電流方向使得磁懸浮徑向軸承鐵芯中的磁場方向同永磁體的磁場方向一致，此時永磁轉子同時受到磁懸浮軸承電磁鐵的斥力，調節線圈中通過電流的大小使轉子在對稱方向受到的斥力相等，保證永磁轉子的懸浮。由于永磁轉子受的是斥力，此時軸承剛度為正剛度，相對于傳統的磁軸承，本發明具有更好的系統穩定性。2、當永磁轉子受到一個方向的偏心力時，在偏心力方向上的磁懸浮徑向軸承鐵芯與轉子產生斥力，此時在偏心力相反方向上的徑向軸承鐵芯通過改變電流方向使定子磁場與轉子永磁體的磁場方向相反，此時鐵芯對永磁轉子產生吸引力。當兩個鐵芯的合力等于偏心力時，即可保持永磁轉子的穩定。相比于傳統的磁懸浮軸承，由于只能產生吸引力，因此偏心力必須全部由單個電磁鐵芯承受，在偏心力不變的情況下采用本發明可以減小單個電磁鐵芯的體積從而減小整個磁懸浮軸承的體積。
【附圖說明】
[0011]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1為本發明的結構示意圖。
[0013]圖2為轉子正常懸浮時的A-A剖視圖。
[0014]圖3為轉子受到一個方向偏心力時的A-A剖視圖。
[0015]標號說明:1:永磁體，2:芯軸，3:高強度護套，4、5、6、7:鐵芯，8、9、10、11:電磁線圈
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例對本發明做進一步的詳細說明，以下實施例是對本發明的解釋而本發明并不局限于以下實施例。
[0017]如圖1所示，永磁體I采用軸向充磁，一端為N極，另一端為S極。永磁體I安裝在轉子芯軸2上，永磁體I的外圈設置高強度護套3，其作用是在永磁體I和芯軸2高速旋轉時對其起到束縛作用，承受永磁體I的離心力。磁懸浮徑向軸承鐵芯4、5、6、7分別同設置在其上的電磁線圈8、9、10、11一同組成4組電磁鐵，其作用是產生電磁力對轉子起到吸引或排斥的作用，電磁鐵的磁極方向分別由設置在其上的電磁線圈8、9、10、11中的電流方向確定。
[0018]如圖2所示，在永磁轉子正常懸浮時，電流方向使得磁懸浮徑向軸承鐵芯4、6中的磁場方向同永磁體I的磁場方向一致，此時永磁轉子同時受到磁懸浮軸承電磁鐵芯4、6的斥力，調節線圈8、10中通過電流的大小使轉子在對稱方向受到的斥力相等，保證永磁轉子的懸浮。由于永磁轉子受的是斥力，此時軸承剛度為正剛度，相對于傳統的磁軸承，本發明具有更好的系統穩定性。
[0019]如圖3所示，當轉子受到一個方向的偏心力時，在偏心力方向上的磁懸浮徑向軸承鐵芯4與轉子產生斥力，此時在偏心力相反方向上的徑向軸承鐵芯6通過改變電流方向使定子磁場與轉子永磁體I的磁場方向相反，此時鐵芯6對轉子產生吸引力。當兩個鐵芯的合力等于偏心力時，即可保持轉子的穩定。傳統的磁懸浮軸承，由于只能產生吸引力，因此偏心力必須全部由單個電磁鐵芯承受，在偏心力不變的情況下采用本發明可以減小單個電磁鐵芯的體積從而減小整個磁懸浮軸承的體積。
[0020]此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發明專利構思所述的構造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發明專利的保護范圍內。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發明的結構或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種永磁轉子的混合徑向磁軸承，包括轉子和徑向軸承定子，其特征在于:轉子包括永磁體，永磁體采用軸向充磁，徑向軸承定子至少有4個且為偶數，軸承定子為由鐵芯和電磁線圈組成的電磁鐵，所述電磁線圈纏繞在鐵芯上并通有特定方向的直流電，所有軸承定子沿永磁轉子圓周均勾分布。2.如權利要求1所述的永磁轉子的混合徑向軸承，其特征在于:所述的永磁轉子還包括固定永磁體的芯軸。3.如權利要求2所述的永磁轉子的混合徑向軸承，其特征在于:所述的芯軸為不導磁材料。4.如權利要求1或2或3所述的永磁轉子的混合徑向軸承，其特征在于:所述的永磁轉子外圍還包括固定永磁體的高強度護套。5.如權利要求4所述的永磁轉子的混合徑向軸承，其特征在于:所述的高強度護套為不導磁材料。6.如權利要求1、2、3或5所述的任意一種永磁轉子的混合徑向磁軸承，其特征在于:所述的鐵芯成C型。
【文檔編號】F16C32/04GK106015333SQ201610503776
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】俞天野, 沙宏磊, 畢劉新, 項海銘, 洪申平
【申請人】天津飛旋科技研發有限公司