一種斥力型組合磁體徑向被動磁軸承的製作方法
2023-05-03 22:28:21
一種斥力型組合磁體徑向被動磁軸承的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，特別是一種斥力型組合磁體徑向被動內轉子磁軸承，可作為大體積的磁懸浮控制力矩陀螺、電機、工具機等機械設備中旋轉部件的無接觸支撐。本發明的被動磁軸承具有定子部分和轉子部分，定子部分和轉子部分形成磁氣隙，其中定子部分由三個定子永磁體組成，均為燒結永磁體，轉子部分由五個轉子永磁體組成，其中分為三個燒結永磁體和兩個疊層永磁體，它們之間形成組合磁體。本發明節省了徑向傳感器、控制線圈以及控制線圈所需要的功放電路，特別地，本發明採用了組合磁體結構，可有效平滑氣隙中的磁場波動，並大大減小了由於磁體尺寸大而採用分塊帶來的高速渦流損耗。
【專利說明】一種斥力型組合磁體徑向被動磁軸承
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，特別是一種斥力型組合磁體徑向被動式內轉子磁懸浮軸承結構，可作為大體積磁懸浮控制力矩陀螺、電機、工具機等機械設備中旋轉部件的無接觸支撐。
【背景技術】
[0002]磁懸浮軸承分為主動式和被動式，主動式磁懸浮軸承是在偏置磁場的基礎上疊加控制線圈所產生的磁場而成的磁懸浮軸承，被動式磁懸浮軸承是只有永磁磁場而成的磁懸浮軸承，現有的被動磁軸承分為吸力型和斥力型被動磁軸承，大多都是利用定子永磁體與轉子永磁體在氣隙中的相互作用產生穩定時需要的作用力，由於在應用於大尺寸的場合時，定子永磁體和轉子永磁體必須分塊進行拼接，這會導致定子永磁體和轉子永磁體在分塊拼接處產生磁場波動，從而導致氣隙中的磁場也存在波動，存在高速下渦流損耗很大的缺陷。
【發明內容】
[0003]本發明的技術解決問題是:克服現有技術的不足，提供斥力型組合磁體徑向被動式磁懸浮軸承結構，這種軸承旋轉功耗低、加工製造方便、提高了系統的可靠性。
[0004]本發明的技術解決方案是:一種斥力型組合磁體徑向被動磁軸承，由定子部分和轉子部分組成，定子部分由第一定子永磁體、第二定子永磁體和第三定子永磁體組成，沿軸向方向上依次放置為第一定子永磁體、第二定子永磁體和第三定子永磁體，第一定子永磁體沿徑向+y方向充磁，第二定子永磁體沿軸向+z方向充磁，第三定子永磁體沿徑向_y方向充磁；定子部分的內側是轉子部分，轉子部分由第一轉子永磁體、第二轉子永磁體、第三轉子永磁體、第四轉子永磁體和第五轉子永磁體組成，第一轉子永磁體和第二轉子永磁體沿徑向-y方向充磁，第四轉子永磁體和第五轉子永磁體沿徑向+y方向充磁，第三轉子永磁體沿軸向+z方向充磁，第一定子永磁體和第一轉子永磁體之間形成磁氣隙，第三定子永磁體和第五轉子永磁體之間形成磁氣隙，其中第一轉子永磁體和第五轉子永磁體為疊層永磁體，其餘永磁體均為燒結永磁體；
[0005]所述的第一轉子永磁體和第五轉子永磁體為疊層鋁鎳鈷AlNiCo永磁體或疊層鐵鉻鈷FeCrCo永磁體。
[0006]所述的第一定子永磁體、第二定子永磁體、第三定子永磁體、第二轉子永磁體、第三轉子永磁體和第四轉子永磁體為燒結釤鈷SmCo永磁體。
[0007]所述的第一轉子永磁體和第二轉子永磁體之間還可以放置第一轉子導磁環，第四轉子永磁體和第五轉子永磁體之間還可以放置第二轉子導磁環。
[0008]所述的第一定子永磁體和第三定子永磁體的徑向內側還可以放置第四定子永磁體和第五定子永磁體，且第四定子永磁體和第五定子永磁體均為疊層永磁體。
[0009]所述的第一轉子永磁體和第二轉子永磁體之間還可以放置第一轉子導磁環，第四轉子永磁體和第五轉子永磁體之間還可以放置第二轉子導磁環；第一定子永磁體和第四定子永磁體之間放置第一定子導磁環，第三定子永磁體和第五定子永磁體之間放置第二定子導磁環。
[0010]本發明的原理是:永磁體根據矯頑力的不同可分為低矯頑力永磁體和高矯頑力永磁體，低矯頑力永磁包括碳鋼、鶴鋼等合金鋼、AlNiCo和FeCrCo等；高矯頑力永磁包括PtCo> MnAlC、鐵氧體永磁和稀土永磁等。自從70年代高性能的稀土永磁問世,稀土永磁成為永磁被動磁軸承的代名詞，幾乎沒有學者再研究低矯頑力永磁材料用於被動磁軸承。稀土永磁有粘結與燒結兩種工藝，前者磁性能低，且含有大量粘接劑，難以經受空間熱真空等嚴酷環境；後者質脆難於大尺寸成形或加工，對於大尺寸磁環，只能磁塊拼接成形，而拼塊永磁體接縫處磁密波動在高速應用場合下，會帶來顯著旋轉損耗。
[0011]低矯頑力的FeCrCo力學性能及可加工性更優，甚至可以對帶材衝片，在工業上廣泛應用於複雜結構的異型永磁零件的製造。由於FeCrCo可軋製成最薄0.1mm的帶材，因而利用軟磁帶材製成疊層的工藝，將FeCrCo帶材製成「永磁疊層」,一方面是由於FeCrCo帶材經軋製得到，相比棒料較容易得到大尺寸的帶材；另一方面，FeCrCo疊層沿軸向疊壓，片間膠層可有效抑制拼塊SmCo磁體不均勻磁場的軸向分量，同時顯著削弱不均勻磁場徑向分量、周向分量在疊層中產生的旋轉損耗，一舉多得。但由於低矯頑力永磁的實際回復曲線與退磁曲線不重合，因此其工作點的磁性能較低。
[0012]本發明所述的組合式磁體是採用高矯頑力稀土永磁(如SmCo)作為穩磁磁體，首先沿低矯頑力永磁磁環(如FeCrCo )的磁化方向與高矯頑力永磁磁環構成組件,此時,相當於利用高矯頑力永磁體的磁場對開路的低矯頑力永磁體進行磁化，低矯頑力永磁磁環的工作點在其回復曲線上(剩磁較低)，然後再將組件整體充磁，這樣低矯頑力永磁磁環的工作點就會變為其退磁曲線上(而非回復曲線上，剩磁變大)，充分發揮了材料的磁性能。另外，為了進一步減小分塊高矯頑力永磁體產生的磁密波動，可以在分塊高矯頑力永磁體與低矯頑力永磁疊層之間放置導磁環，起到進一步減小被動磁軸承高速下渦流損耗的作用。
[0013]本發明與現有技術相比的優點在於:與現有主動式徑向磁懸浮軸承相比，節省徑向傳感器、控制線圈以及控制線圈所需要的控制器，縮小了體積、減輕了重量、消除了損耗、提高了系統的可靠性；與現有被動式徑向磁懸浮軸承相比，本發明採用了疊層永磁體與燒結永磁體相連接的組合磁體結構，大大減小了被動磁軸承在磁氣隙中的磁場波動，進而減小了高速時的渦流損耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承的基本結構圖；
[0015]圖2為本發明的轉子部分放置有導磁環的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承的結構圖；
[0016]圖3為本發明的定子部分也具有組合磁體的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承的結構圖；
[0017]圖4為本發明的定子和轉子部分均具有組合磁體以及導磁環的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承的結構圖。【具體實施方式】
[0018]圖1為本發明的基本形式，由定子部分和轉子部分組成，定子部分由第一定子永磁體11、第二定子永磁體12和第三定子永磁體13組成，沿軸向方向上依次放置為第一定子永磁體U、第二定子永磁體12和第三定子永磁體13,第一定子永磁體11沿徑向+y方向充磁，第二定子永磁體12沿軸向+z方向充磁,第三定子永磁體13沿徑向_y方向充磁；定子部分的內側是轉子部分，轉子部分由第一轉子永磁體21、第二轉子永磁體22、第三轉子永磁體23、第四轉子永磁體24和第五轉子永磁體25組成，第一轉子永磁體21和第二轉子永磁體22沿徑向_y方向充磁，第四轉子永磁體24和第五轉子永磁體25沿徑向+y方向充磁，第三轉子永磁體23沿軸向+z方向充磁,第一定子永磁體11和第一轉子永磁體21之間形成磁氣隙，第三定子永磁體13和第五轉子永磁體25之間形成磁氣隙,其中第一轉子永磁體21和第五轉子永磁體25為疊層永磁體，其餘永磁體均為燒結永磁體；
[0019]所述的第一轉子永磁體21和第五轉子永磁體25為疊層招鎳鈷AlNiCo永磁體或疊層鐵鉻鈷FeCrCo永磁體。
[0020]所述的第一定子永磁體11、第二定子永磁體12、第三定子永磁體13、第二轉子永磁體22、第三轉子永磁體23和第四轉子永磁體24為燒結衫鈷SmCo永磁體,優選Sm2Co17。
[0021]如圖2所示，在圖1所示的基本形式基礎上，可以在所述的第一轉子永磁體21和第二轉子永磁體22之間放置第一轉子導磁環26，在第四轉子永磁體24和第五轉子永磁體25之間放置第二轉子導磁環27，這樣可以減小大尺寸下拼塊的第二轉子永磁體22和第四轉子永磁體24在各個拼塊之間的磁場波動。
[0022]如圖3所示，在所述的第一定子永磁體11和第三定子永磁體13的徑向內側還可以放置第四定子永磁體14和第五定子永磁體15，且兩者均為疊層永磁體，這種做法的目的是平滑第一定子永磁體11和第三定子永磁體13在拼接接縫中的磁場波動。
[0023]如圖4所示，為了使拼塊永磁體在氣隙中的磁場波動減為最小以及在各個拼塊永磁體之間的磁場波動減為最小，在圖3所示結構的基礎上，在疊層永磁體之間與燒結永磁體之間放置有導磁環，具體來說，在第一轉子永磁體21和第二轉子永磁體22之間可以放置第一轉子導磁環26，在第四轉子永磁體24和第五轉子永磁體25之間放置第二轉子導磁環27 ;在第一定子永磁體11和第四定子永磁體14之間放置第一定子導磁環16,在第三定子永磁體13和第五定子永磁體15之間放置第二定子導磁環17。
【權利要求】
1.一種斥力型組合磁體徑向被動磁軸承，其特徵在於:由定子部分和轉子部分組成，定子部分由第一定子永磁體(11)、第二定子永磁體(12)和第三定子永磁體(13)組成，沿軸向方向上依次放置為第一定子永磁體(11)、第二定子永磁體(12)和第三定子永磁體(13)，第一定子永磁體(11)沿徑向+y方向充磁，第二定子永磁體(12)沿軸向+z方向充磁,第三定子永磁體(13)沿徑向-y方向充磁；定子部分的內側是轉子部分，轉子部分由第一轉子永磁體(21)、第二轉子永磁體(22)、第三轉子永磁體(23)、第四轉子永磁體(24)和第五轉子永磁體(25)組成，第一轉子永磁體(21)和第二轉子永磁體(22)沿徑向-y方向充磁，第四轉子永磁體(24 )和第五轉子永磁體(25 )沿徑向+y方向充磁,第三轉子永磁體(23 )沿軸向+z方向充磁,第一定子永磁體(11)和第一轉子永磁體(21)之間形成磁氣隙,第三定子永磁體(13)和第五轉子永磁體(25)之間形成磁氣隙，其中第一轉子永磁體(21)和第五轉子永磁體(25 )為疊層永磁體，其餘永磁體均為燒結永磁體。
2.根據權利要求1所述的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承，其特徵在於:所述的第一轉子永磁體(21)和第五轉子永磁體(25)為疊層招鎳鈷AlNiCo永磁體或疊層鐵鉻鈷FeCrCo永磁體。
3.根據權利要求1所述的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承，其特徵在於:所述的第一定子永磁體(11)、第二定子永磁體(12 )、第三定子永磁體(13 )、第二轉子永磁體(22 )、第三轉子永磁體(23)和第四轉子永磁體(24)為燒結釤鈷SmCo永磁體。
4.根據權利要求1所述的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承，其特徵在於:所述的第一轉子永磁體(21)和第二轉子永磁體(22)之間還可以放置第一轉子導磁環(26)，第四轉子永磁體(24)和第五轉子永磁體(25)之間還可以放置第二轉子導磁環(27)。
5.根據權利要求1所述的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承，其特徵在於:所述的第一定子永磁體(11)和第三定子永磁體(13)的徑向內側還可以放置第四定子永磁體(14)和第五定子永磁體(15)，且第四定子永磁體(14)和第五定子永磁體(15)均為疊層永磁體。
6.根據權利要求5所述的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承，其特徵在於:所述的第一轉子永磁體(21)和第二轉子永磁體(22)之間還可以放置第一轉子導磁環(26)，第四轉子永磁體(24)和第五轉子永磁體(25)之間還可以放置第二轉子導磁環(27);第一定子永磁體(11)和第四定子永磁體(14)之間放置第一定子導磁環(16)，第三定子永磁體(13)和第五定子永磁體(15)之間放置第二定子導磁環(17)。
【文檔編號】F16C32/04GK103470630SQ201310429755
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】孫津濟, 樂韻, 許士磊 申請人:北京航空航天大學