一種永磁偏置混合徑向磁軸承的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種永磁偏置混合徑向磁軸承，包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件，所述定子組件包括兩個(gè)定子鐵心，每個(gè)定子鐵心磁極極靴位置布置一導(dǎo)磁塊，導(dǎo)磁塊之間嵌入有永磁體，每個(gè)定子鐵心的徑向槽內(nèi)分布有纏繞各個(gè)磁極的繞組線圈；所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸、設(shè)置在與定子鐵心對(duì)應(yīng)位置的轉(zhuǎn)子鐵心、布置在轉(zhuǎn)子鐵心軸向位置之間的導(dǎo)磁環(huán)；導(dǎo)磁塊與轉(zhuǎn)子鐵心之間留有工作氣隙。定子鐵心的每個(gè)磁極對(duì)應(yīng)的永磁體大小相同，通過(guò)工作氣隙向徑向各個(gè)方向提供相同的偏置力；各繞組線圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)與永磁體產(chǎn)生的永磁偏置磁場(chǎng)相互抵消或疊加，可以對(duì)徑向各方向提供承載力。該永磁偏置混合徑向磁軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可高速運(yùn)行、損耗低，特別適用于大承載力大容量的高速系統(tǒng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種永磁偏置混合徑向磁軸承
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非接觸高性能的磁懸浮軸承，更具體地，涉及一種大承載力、低損耗的永磁偏置混合徑向磁軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]主動(dòng)式磁懸浮軸承有兩大類(lèi):純電勵(lì)磁磁軸承和永磁偏置混合磁軸承，前者米用電勵(lì)磁磁場(chǎng)作為偏置磁場(chǎng)，待機(jī)損耗大；混合磁軸承的永磁體提供偏置磁場(chǎng)，電勵(lì)磁進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，降低控制電流，減小待機(jī)損耗，是目前磁懸浮軸承主要的研究方向。但是目前的混合偏置磁軸承結(jié)構(gòu)在一定程度上存在不足:有些結(jié)構(gòu)電磁磁路穿過(guò)永磁體，不僅需要較大的勵(lì)磁電流，功耗較大，而且對(duì)永磁體反復(fù)充退磁，降低了永磁體的可靠性；有些結(jié)構(gòu)永磁磁路與硅鋼片疊壓方向相同，在鐵心部分損失較大的磁動(dòng)勢(shì)，浪費(fèi)永磁體且不易提高軸承剛度；有些結(jié)構(gòu)為了將永磁磁路和電勵(lì)磁磁路解耦，在永磁體位置采用輔助氣隙，若輔助氣隙過(guò)大，則電勵(lì)磁在輔助氣隙處損失較大，若輔助氣隙小，則永磁體漏磁嚴(yán)重，位移剛度線性度差；有些結(jié)構(gòu)各向磁極大小不對(duì)稱(chēng)，承載力方向存在各向異性，無(wú)法適用于轉(zhuǎn)子臥、立兩用的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可高速運(yùn)行、無(wú)輔助氣隙并具有大承載力、低損耗的永磁偏置混合徑向磁軸承。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:提供一種永磁偏置混合徑向磁軸承，包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件，所述定子組件包括兩個(gè)定子鐵心，每個(gè)定子鐵心磁極極靴位置布置一導(dǎo)磁塊，導(dǎo)磁塊之間嵌入有永磁體，每個(gè)定子鐵心的徑向槽內(nèi)分布有纏繞各個(gè)磁極的繞組線圈；所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸、設(shè)置在與定子鐵心對(duì)應(yīng)位置的轉(zhuǎn)子鐵心、布置在轉(zhuǎn)子鐵心軸向位置之間的導(dǎo)磁環(huán)；所述導(dǎo)磁塊與轉(zhuǎn)子鐵心之間留有工作氣隙。
[0005]優(yōu)選地，所述導(dǎo)磁塊為圓弧，同樣地，所述永磁體為圓弧狀。
[0006]優(yōu)選地，所述永磁體充磁方式采用軸向充磁，且定子鐵心的每個(gè)磁極對(duì)應(yīng)的永磁體大小相同、充磁方向相同。
[0007]優(yōu)選地，所述導(dǎo)磁環(huán)的截面積等于所述轉(zhuǎn)軸的截面積。
[0008]優(yōu)選地，所述工作氣隙的大小在1_以下。
[0009]優(yōu)選地，所述每個(gè)定子鐵心的磁極數(shù)目為四個(gè)、八個(gè)或十六個(gè)，且每個(gè)磁極的形狀相同。
[0010]優(yōu)選地，所述每個(gè)定子鐵心的磁極數(shù)目為四個(gè)，且每個(gè)磁極的形狀相同。
[0011]優(yōu)選地，纏繞在所述定子鐵心磁極上的繞組線圈進(jìn)行灌膠處理。
[0012]優(yōu)選地，所述定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心均由硅鋼片沿軸向疊置而成，厚度為0.2mm、
0.35mm 或 0.5mm。
[0013]優(yōu)選地，所述導(dǎo)磁塊和導(dǎo)磁環(huán)的材料均為電工純鐵；所述轉(zhuǎn)軸的材料為導(dǎo)磁鋼。[0014]本發(fā)明的工作原理是:由永磁體提供磁軸承懸浮的偏置磁場(chǎng)，由繞組線圈產(chǎn)生需要的控制磁場(chǎng)。永磁體的磁通路徑為永磁體N極一導(dǎo)磁塊一工作氣隙一轉(zhuǎn)子鐵心一轉(zhuǎn)軸、導(dǎo)磁環(huán)一轉(zhuǎn)子鐵心一工作氣隙一導(dǎo)磁塊一永磁體S極。繞組線圈產(chǎn)生的電勵(lì)磁磁通路徑為定子鐵心極I—導(dǎo)磁塊一工作氣隙一轉(zhuǎn)子鐵心一工作氣隙一定子鐵心極2 —定子鐵心磁軛—定子鐵心極I。永磁體和繞組線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)在氣隙中疊加或抵消，共同作用在轉(zhuǎn)子組件上產(chǎn)生承載力。
[0015]磁軸承徑向剖面的X軸或Y軸正負(fù)方向?qū)?yīng)繞組線圈的瞬時(shí)電流方向相同，可以產(chǎn)生雙向電勵(lì)磁磁場(chǎng)，對(duì)偏置磁場(chǎng)調(diào)節(jié)。以徑向剖面的X軸氣隙磁場(chǎng)為例，當(dāng)勵(lì)磁電流為正時(shí)，X軸正向氣隙處電勵(lì)磁磁場(chǎng)和永磁磁場(chǎng)方向相同，疊加后氣隙磁場(chǎng)增強(qiáng)，X軸負(fù)向氣隙處電勵(lì)磁磁場(chǎng)和永磁磁場(chǎng)方向相反，疊加后氣隙磁場(chǎng)減弱；當(dāng)勵(lì)磁電流為負(fù)時(shí)，磁場(chǎng)疊加效果相反。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有永磁偏置混合磁軸承相比，具有以下特點(diǎn):
[0017](I)電勵(lì)磁磁路不經(jīng)過(guò)永磁體，不存在附加氣隙，所需電勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)小，電勵(lì)磁效率高，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流不會(huì)引起永磁體的不可逆失磁，提高系統(tǒng)可靠性；電勵(lì)磁和永磁磁路解耦，有利于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
[0018](2)永磁體為圓弧狀，分塊放置，便于加工和安裝；
[0019](3)由導(dǎo)磁鋼制成的轉(zhuǎn)軸解決了硅鋼片疊壓而成的鐵心軸向磁阻過(guò)大的問(wèn)題，同時(shí)由于轉(zhuǎn)軸的磁導(dǎo)率小于娃鋼片，電勵(lì)磁磁路與永磁磁路在轉(zhuǎn)子鐵心處開(kāi)始解稱(chēng)，轉(zhuǎn)子組件部分導(dǎo)磁環(huán)的設(shè)置有效緩解了轉(zhuǎn)軸磁密較大的問(wèn)題，有助于減小轉(zhuǎn)軸外徑，提高轉(zhuǎn)速；
[0020](4)磁軸承整體結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，徑向各個(gè)方向均能滿(mǎn)足承載力要求，不僅能夠滿(mǎn)足臥式系統(tǒng)承載轉(zhuǎn)子重力的要求，也可應(yīng)用于立式系統(tǒng)，滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)合的工程要求。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明永磁偏置混合徑向磁軸承的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的永磁磁路示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)定子鐵心徑向剖面的電勵(lì)磁磁路示意圖；
[0024]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:2.1—工作氣隙、20—轉(zhuǎn)軸、21—轉(zhuǎn)子鐵心、22—導(dǎo)磁環(huán)、23—定子鐵心、24—導(dǎo)磁塊、25—永磁體、26—繞組線圈。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0026]如圖1所示一種永磁偏置混合徑向磁軸承，包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件。定子組件包括兩個(gè)定子鐵心23，每個(gè)定子鐵心23磁極極靴位置布置一導(dǎo)磁塊24，導(dǎo)磁塊24之間嵌入有永磁體25，本實(shí)施例中導(dǎo)磁塊24的材料為高導(dǎo)磁率低導(dǎo)電率的電工純鐵，為圓弧，而永磁體25也同樣為圓弧狀，每個(gè)定子鐵心23的徑向槽內(nèi)分布有纏繞各個(gè)磁極的繞組線圈26。
[0027]轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸20、設(shè)置在與定子鐵心23對(duì)應(yīng)位置的轉(zhuǎn)子鐵心21、布置在轉(zhuǎn)子鐵心21軸向位置之間的導(dǎo)磁環(huán)22，導(dǎo)磁環(huán)22材料為高導(dǎo)磁低導(dǎo)電的電工純鐵；導(dǎo)磁塊24與轉(zhuǎn)子鐵心21之間留有工作氣隙2.1 ;而永磁體25充磁方式采用軸向充磁，且定子鐵心的每個(gè)磁極對(duì)應(yīng)的永磁體25大小相同、充磁方向相同,通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵心21和轉(zhuǎn)軸20實(shí)現(xiàn)永磁磁路導(dǎo)通。
[0028]通常情況下，每個(gè)定子鐵心21的磁極數(shù)目可以為四個(gè)、八個(gè)或十六個(gè)，且每個(gè)磁極的形狀相同，本實(shí)施例中每個(gè)定子鐵心21的磁極數(shù)目為四個(gè)，因此，永磁體有四個(gè)，兩個(gè)定子鐵心共有八個(gè)繞組線圈26，同向兩個(gè)繞組線圈26作為一組，一共四組，對(duì)應(yīng)四個(gè)方向。導(dǎo)磁環(huán)22的截面積取決于轉(zhuǎn)軸磁密飽和程度，本實(shí)施例中導(dǎo)磁環(huán)22的截面積等于轉(zhuǎn)軸的截面積，并且轉(zhuǎn)子組件的每 個(gè)部件內(nèi)外表面均為光滑曲面。
[0029]在本實(shí)施例中，永磁磁路采用軸向磁路，如圖2所示，定子極靴由導(dǎo)磁塊24構(gòu)成，作為永磁體和電勵(lì)磁磁路的延伸，有效減小永磁磁路的磁阻，永磁體25嵌入其中；為了便于裝配和考慮實(shí)際加工工藝，永磁體25形狀不再設(shè)置為圓環(huán)狀，而是圓弧狀；導(dǎo)磁塊24和轉(zhuǎn)子鐵心21之間是工作氣隙2.1，為了保證磁軸承能提供較大的承載力，工作氣隙2.1必須在Imm以下，本實(shí)施例采用0.5mm ;從減少組件數(shù)目和提高空間利用率的角度考慮，轉(zhuǎn)軸20采用高強(qiáng)度高磁導(dǎo)率的導(dǎo)磁鋼，本實(shí)施例采用25Cr2Ni4Mov，等同于非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸外套導(dǎo)磁環(huán)結(jié)構(gòu)，更加緊湊；轉(zhuǎn)軸20是各個(gè)工作氣隙的永磁磁路共用的組件，但是其外徑受到強(qiáng)度的限制，因此在其中間設(shè)置導(dǎo)磁環(huán)防止轉(zhuǎn)軸磁密飽和。四個(gè)永磁體25大小相等，充磁方向相同，產(chǎn)生的偏置磁場(chǎng)相等，具有較好的對(duì)稱(chēng)性。
[0030]本發(fā)明的轉(zhuǎn)子鐵心21和定子鐵心23由硅鋼片沿軸向疊置而成，厚度為0.2mm、
0.35mm或0.5mm,電勵(lì)磁磁路徑向分布。因此，圖3選取單個(gè)定子鐵心23徑向剖面作為電勵(lì)磁磁路分布的示例。繞組線圈26分為四組，分別繞在定子鐵心23的四個(gè)磁極上，受功率放大器控制，進(jìn)行灌膠處理以便于固定和散熱；以X軸為例，其正負(fù)方向的電勵(lì)磁方向相同，磁場(chǎng)方向可正可負(fù)，由于永磁磁場(chǎng)方向全部是指向圓心，因此二者在氣隙處疊加或者抵消；y軸原理相同，在此不再贅述。
[0031 ] 本發(fā)明中的永磁偏置混合徑向磁軸承在具體應(yīng)用中應(yīng)成對(duì)使用。
[0032] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種永磁偏置混合徑向磁軸承，包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件，其特征在于，所述定子組件包括兩個(gè)定子鐵心(23)，每個(gè)定子鐵心(23)磁極極靴位置布置一導(dǎo)磁塊(24)，導(dǎo)磁塊(24)之間嵌入有永磁體(25),每個(gè)定子鐵心(23)的徑向槽內(nèi)分布有纏繞各個(gè)磁極的繞組線圈(26);所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸(20)、設(shè)置在與定子鐵心(23)對(duì)應(yīng)位置的轉(zhuǎn)子鐵心(21)、布置在轉(zhuǎn)子鐵心(21)軸向位置之間的導(dǎo)磁環(huán)(22);所述導(dǎo)磁塊(24)與轉(zhuǎn)子鐵心(21)之間留有工作氣隙(2.1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于，所述導(dǎo)磁塊(24)為圓弧，所述永磁體(25 )為圓弧狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于，所述永磁體(25)充磁方式米用軸向充磁,且定子鐵心(23)的每個(gè)磁極對(duì)應(yīng)的永磁體(25)大小相同、充磁方向相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于，所述導(dǎo)磁環(huán)(22)的截面積等于所述轉(zhuǎn)軸(20)的截面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于，所述工作氣隙(2.1)的大小在Imm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于，所述每個(gè)定子鐵心(23)的磁極數(shù)目為四個(gè)、八個(gè)或十六個(gè)，且每個(gè)磁極的形狀相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于，所述每個(gè)定子鐵心(23)的磁極數(shù)目為四個(gè)，且每個(gè)磁極的形狀相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于，纏繞在所述定子鐵心(23)磁極上的繞組線圈(26)進(jìn)行灌膠處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于，所述定子鐵心(23)和轉(zhuǎn)子鐵心(21)均由娃鋼片沿軸向疊置而成,厚度為0.2mm、0.35mm或0.5mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于，所述導(dǎo)磁塊(24)和導(dǎo)磁環(huán)(22)的材料均為電工純鐵；所述轉(zhuǎn)軸(20)的材料為導(dǎo)磁鋼。
【文檔編號(hào)】F16C32/04GK103925292SQ201410113316
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】吳磊濤, 王東, 張賢彪, 蘇振中, 王抗, 易新強(qiáng), 魏錕 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)