一種永磁偏置混合軸向磁軸承的製作方法

2023-06-11 01:45:41 1

一種永磁偏置混合軸向磁軸承的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種永磁偏置混合軸向磁軸承，包括轉子組件和定子組件，所述轉子組件包括轉軸及轉子雙推力盤；所述定子組件包括定子外殼、上定子端板、上永磁體、定子中心板、下永磁體、下定子端板、定子勵磁線圈；所述上定子端板和下定子端板分別與轉子雙推力盤的外端面構成外上氣隙和外下氣隙，所述定子中心板與轉子雙推力盤的內端面構成內上氣隙和內下氣隙；所述上永磁體和下永磁體軸向充磁，且充磁方向相反。在所述內外氣隙內產生永磁偏置磁場，定子勵磁線圈產生的磁場可以對永磁偏置磁場進行調節；所述磁軸承結構堅固可靠、可應用於高速運行場合、具有高能量密度，適用於大功率大承載力的高速系統。
【專利說明】一種永磁偏置混合軸向磁軸承
【技術領域】
[0001]本發明屬於磁懸浮【技術領域】，更具體地，涉及一種低待機損耗的永磁偏置混合軸向磁軸承；可應用於飛輪儲能系統、電主軸、衛星反作用輪等低損耗的高速場合。
【背景技術】
[0002]軸向磁軸承是利用定、轉子之間磁力使二者互不接觸，達到控制轉子軸向單個自由度運動的高性能新型軸承，可按照磁力提供方式將軸向磁軸承分為三類:純永磁軸向軸承、純電勵磁軸向軸承和永磁偏置混合軸向軸承。其中純永磁軸向軸承損耗低，結構簡單，但剛度小，軸承狀態不可控，不適合大承載力高速場合；純電勵磁軸向軸承狀態可控，剛度較大，但由於電勵磁提供偏置磁場，待機損耗大；永磁偏置混合軸向軸承綜合了二者的優點，充分利用永磁體提供的偏置磁場，待機損耗小，狀態可控，是未來軸向磁軸承的發展主流。
[0003]目前混合軸向軸承的結構存在一些不足:有些採用轉子單推力盤結構，將線圈置於定子槽內，永磁體放在轉子的推力盤上，雖然簡化了磁路模型，但是增加了安裝工藝的難度，且永磁體質地較脆的特性限制了這種結構在高速場合的應用；有些採用轉子雙推力盤結構，永磁體置於定子鐵心內，線圈嵌入轉子雙推力盤之間，這種結構線圈安裝困難，不適用於高速場合；有些結構將永磁體和線圈同時置於定子鐵心內，安裝簡單，但電勵磁磁路穿過永磁體,造成運行過程中電勵磁磁場對永磁體反覆衝退磁,縮短了永磁體的壽命，降低了系統的可靠性。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種結構堅固可靠、可高速運行、待機損耗小且能提供永磁卸載力的永磁偏置混合軸向磁軸承。
[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:提供一種永磁偏置混合軸向磁軸承，包括轉子組件和定子組件，所述轉子組件包括轉軸及套裝在轉軸上的轉子雙推力盤；所述定子組件包括定子外殼、上定子端板、下定子端板、設置在上定子端板和下定子端板中間的定子中心板、位於定子中心板與上定子端板之間的上永磁體及位於定子中心板與下定子端板之間的下永磁體，以及位於定子外殼與上定子端板、定子中心板及下定子端板圍合形成空間內的定子勵磁線圈；所述上定子端板和下定子端板分別與轉子雙推力盤的外端面構成外上氣隙和外下氣隙，所述定子中心板與轉子雙推力盤的內端面構成內上氣隙和內下氣隙；所述上永磁體和下永磁體軸向充磁，且充磁方向相反。
[0006]優選地，所述轉子雙推力盤的兩個推力盤的外徑相等，為軸對稱結構。
[0007]優選地,所述轉子雙推力盤採用軟磁材料。
[0008]優選地，所述外上氣隙與外下氣隙大小相等，所述內下氣隙的大小小於內上氣隙的大小。
[0009]優選地，所述上永磁體和下永磁體採用的是相同的環形永磁體；所述上永磁體距定子中心板和上定子端板的端面距離為其自身高度的一倍以上，所述下永磁體距定子中心板和下定子端板的端面距離為其自身高度的一倍以上。
[0010]優選地，所述定子組件內的定子勵磁線圈進行灌膠處理。
[0011]進一步地，所述定子外殼採用軟磁材料。
[0012]本發明的工作原理是:由上、下永磁體提供混合軸向磁軸承的偏置磁場，由定子勵磁線圈來實現控制所需要的磁場調節。上、下永磁體的磁通路徑主要有三條，第一條為上永磁體N極一上定子端板一外上氣隙一轉子雙推力盤一內上氣隙一定子中心板一上永磁體S極，第二條是上永磁體N極一上定子端板一外上氣隙一轉子雙推力盤一內下氣隙一定子中心板一上永磁體S極,另一條是下永磁體N極一下定子端板一外下氣隙一轉子推力盤一內下氣隙一定子中心板一下永磁體S極。定子勵磁線圈產生的電勵磁磁通路徑為上定子端板—外上氣隙一轉子雙推力盤一外下氣隙一下定子端板一定子外殼。永磁體和定子勵磁線圈產生的磁場在外上氣隙和外下氣隙中疊加或抵消，共同作用在轉子雙推力盤上產生承載力。
[0013]定子組件內定子勵磁線圈的電流方向可以雙向調節，當勵磁電流為正時，沿轉子雙推力盤分布的電勵磁磁場方向向上，分別在外上氣隙、外下氣隙處疊加，外上氣隙磁場增強，外下氣隙磁場削弱，導致抵消重力後的承載力向上；同理，當定子勵磁線圈的電流為負時，抵消重力後的承載力向下。
[0014]本發明與現有永磁偏置混合軸向磁軸承相比，具有以下特點:
[0015](I)永磁體位於定子組件內，轉子轉速對其影響小，特別適合應用於高速場合；
[0016](2)電勵磁磁路不經過永磁體，不存在附加氣隙，所需電勵磁磁動勢小，電勵磁效率高；調節勵磁電流不會引起永磁體的不可逆失磁，可靠性高；
[0017](3)通過轉子雙推力盤的內上下氣隙大小不同來提供抵消轉子重力的磁場，有效減少了電勵磁電流，降低了磁軸承待機損耗；
[0018](4)電勵磁磁路與提供永磁卸載力的永磁磁路完全解耦，有利於控制系統實現精確控制，提供了系統的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發明永磁偏置混合軸向磁軸承的結構示意圖；
[0020]圖2為本發明實施例的永磁磁路示意圖；
[0021 ] 圖3為本發明實施例的電勵磁磁路示意圖；
[0022]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:1.1一上氣隙、1.2一內上氣隙、1.3一內下氣隙、1.4一外下氣隙、10—轉軸、11 一轉子雙推力盤、12—上定子端板、13—下定子端板、14一上永磁體、15一下永磁體、16一定子中心板、17一定子勵磁線圈、18—定子外殼。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
[0024]如圖1所示的一種永磁偏置混合軸向磁軸承，包括轉子組件和定子組件。轉子組件包括轉軸10及套裝在轉軸10上的轉子雙推力盤11 ;轉子雙推力盤11的兩個推力盤的外徑相等，為軸對稱結構；轉子雙推力盤11由於受轉速影響可根據實際進行選擇，高速場合需採用高強度的軟磁材料，強度的大小則需要根據實際應用計算而定，而轉軸採用高強度鋼。
[0025]定子組件均採用高導磁性能的電工純鐵材料，包括定子外殼18、上定子端板12、下定子端板13、設置在上定子端板12和下定子端板13中間的定子中心板16、位於定子中心板16與上定子端板12之間的上永磁體14及位於定子中心板16與下定子端板13之間的下永磁體15,以及位於定子外殼18與上定子端板12、定子中心板16及下定子端板13圍合形成空間內的定子勵磁線圈17。上、下永磁體14、15位於定子中心板16和上、下定子端板12、13之間，與轉子雙推力盤11 一起構成永磁磁路,定子勵磁線圈17位於定子外殼18與上、下定子端板12、13、定子中心板16之間，與轉子雙推力盤11構成電勵磁磁路。上定子端板12和下定子端板13分別與轉子雙推力盤11的外端面構成外上氣隙1.1和外下氣隙1.4，定子中心板16與轉子雙推力盤11的內端面構成內上氣隙1.2和內下氣隙1.3 ;本實施例中，外上氣隙1.1與外下氣隙1.4大小相等,為系統提供偏置磁場，內下氣隙1.3的大小小於內上氣隙1.2的大小,使得轉子雙推力盤11產生抵消重力的卸載力。
[0026]本實施例中，上永磁體14和下永磁體15採用的是相同的環形永磁體；上永磁體14距定子中心板16和上定子端板12的端面距離為其自身高度的一倍以上，下永磁體15距定子中心板16和下定子端板13的端面距離為其自身高度的一倍以上，並且上永磁體14和下永磁體15軸向充磁,且充磁方向相反，在內外氣隙1.1、1.2、1.3、1.4內產生永磁偏置磁場，可形成三條迴路，如圖2所示:內上氣隙1.2、內下氣隙1.3大小不一樣，在本實施例中，內上氣隙1.2取1.5mm,內下氣隙1.3取0.5mm,因此上永磁體14形成兩條迴路，分別經過內上氣隙1.2、內下氣隙1.3且在內下氣隙1.3處的磁密要大於內上氣隙1.2,同時下永磁體15也通過內下氣隙1.3形成迴路，內下氣隙1.3處的磁密遠大於內上氣隙1.2處的磁密(10倍以上)，因此轉子雙推力盤11可以提供抵消轉子重力的卸載力。
[0027]本發明實施例電勵磁磁路如圖3所示。定子組件內的定子勵磁線圈17產生的電勵磁磁場可以對永磁偏置磁場進行調節，定子勵磁線圈17的電流方向可以雙向調節，這裡取勵磁電流為正時的狀態，電勵磁磁路沿轉子雙推力盤11磁場方向向上，先後穿過外上氣隙1.1、外下氣隙1.4，通過定子外殼18形成迴路。此時電勵磁和永磁迴路分別在外上氣隙
1.1、外下氣隙1.4處疊加，外上氣隙1.1磁場增強，外下氣隙1.4磁場削弱，導致抵消重力後的承載力合力向上；同理，當定子勵磁線圈17的電流為負時，抵消重力後的承載力合力向下。
[0028]本實施例中定子外殼採用軟磁材料，定子組件內的定子勵磁線圈進行灌膠處理。
[0029]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種永磁偏置混合軸向磁軸承，包括轉子組件和定子組件，其特徵在於，所述轉子組件包括轉軸(10)及套裝在轉軸(10)上的轉子雙推力盤(11);所述定子組件包括定子外殼(18)、上定子端板(12)、下定子端板(13)、設置在上定子端板(12)和下定子端板(13)中間的定子中心板(16)、位於定子中心板(16)與上定子端板(12)之間的上永磁體(14)及位於定子中心板(16)與下定子端板(13)之間的下永磁體(15),以及位於定子外殼(18)與上定子端板(12)、定子中心板(16)及下定子端板(13)圍合形成空間內的定子勵磁線圈(17);所述上定子端板(12)和下定子端板(13)分別與轉子雙推力盤(11)的外端面構成外上氣隙(1.1)和外下氣隙(1.4)，所述定子中心板(16)與轉子雙推力盤(11)的內端面構成內上氣隙(1.2)和內下氣隙(1.3);所述上永磁體(14)和下永磁體(15)軸向充磁,且充磁方向相反。
2.根據權利要求1所述的永磁偏置混合軸向磁軸承，其特徵在於，所述轉子雙推力盤(11)的兩個推力盤的外徑相等，為軸對稱結構。
3.根據權利要求1或2所述的永磁偏置混合軸向磁軸承，其特徵在於，所述轉子雙推力盤(11)米用軟磁材料。
4.根據權利要求1所述的永磁偏置混合軸向磁軸承，其特徵在於，所述外上氣隙(1.0與外下氣隙(1.4)大小相等，所述內下氣隙(1.3)的大小小於內上氣隙(1.2)的大小。
5.根據權利要求1所述的永磁偏置混合軸向磁軸承，其特徵在於，所述上永磁體(14)和下永磁體(15)採用的是相同的環形永磁體；所述上永磁體(14)距定子中心板(16)和上定子端板(12)的端面距離為其自身高度的一倍以上，所述下永磁體(15)距定子中心板(16)和下定子端板(13)的端面距離為其自身高度的一倍以上。
6.根據權利要求1所述的永磁偏置混合軸向磁軸承，其特徵在於，所述定子組件內的定子勵磁線圈(17)進行灌膠處理。
【文檔編號】F16C32/04GK103925291SQ201410112880
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月25日 優先權日:2014年3月25日
【發明者】王東, 蘇振中, 吳磊濤, 張賢彪, 王抗, 易新強, 林楠 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學