永磁偏置軸向磁軸承的製作方法

2023-05-19 07:42:11

專利名稱：永磁偏置軸向磁軸承的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種磁軸承技術領域的混合磁軸承，尤其涉及的是一種永磁偏置 軸向磁軸承。
背景技術：
磁懸浮軸承又簡稱為磁軸承，是利用定子和轉子之間的磁力作用將轉子懸浮於空 間，使定子和轉子之間沒有機械接觸的一種新型高性能軸承。由於定、轉子之間不存在機械 上的接觸，所以磁懸浮軸承的轉子可達到很高的運轉轉速，並且具有機械磨損小、能耗低、 壽命長、無潤滑、無汙染等優點，特別適合高速、真空和超潔淨等特殊的應用場合。目前，磁軸承按照磁力提供的方式分為以下幾種第一種是主動磁軸承，這種磁 軸承線圈中存在偏置電流，以提供偏置磁場，由控制電流流經控制繞組產生的控制磁通與 偏置磁通進行疊加，從而產生可控的懸浮力，體積、重量和功耗都比較大。第二種是被動磁 軸承，這種磁軸承的懸浮力完全由永磁體提供，其所需的控制器簡單，懸浮功耗小，但是剛 度和阻尼都較小，一般運用於僅在一個方向上支撐物體或者是減輕作用在傳統軸承上的負 荷。第三種是混合磁軸承，這種磁軸承採用永磁材料替代主動磁軸承中的電磁鐵來產生偏 置磁場，電磁鐵提供的只是平衡負載或幹擾的控制磁場，大大降低了因偏置電流產生的功 率損耗，電磁鐵所需的安匝數只是主動磁軸承的一半，縮小了磁軸承的體積，減輕了其重 量，並提高了承載能力。目前國際上研究的永磁偏置軸向磁軸承結構形式分為三種，一種是將永磁體置於 轉子中，使安裝難度增大，限制其高速運行；第二種磁軸承將懸浮轉子置於定子的兩側，軸 向長度長，臨界轉速低；第三種磁軸承中軸向控制磁通穿過永磁體，對永磁體呈明顯的去磁 作用，漏磁較大，在高速、高效的應用場合受到限制。

發明內容
發明目的本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供了一種永磁偏置軸向磁 軸承，其結構較為簡單，控制方便，通過將轉子鐵心設計為薄片狀圓盤形，臨界轉速高，可產 生一穩定的被動懸浮力，將其用於垂直放置的飛輪儲能裝置中，可大幅降低磁軸承的懸浮 功耗。技術方案本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括定子組件和轉子組件， 所述的定子組件包括軸向定子、軸向控制繞組、永磁體和徑向定子，所述的轉子組件包括轉 軸和轉子鐵心，其中軸向控制繞組繞於軸向定子的磁極上，轉子鐵心套裝於轉軸上，徑向 定子設於軸向定子內，永磁體貼附於徑向定子的外端且和軸向定子的內端面相接觸，轉子 鐵心設於軸向定子和徑向定子的內部；所述的轉子鐵心是圓盤形，圓盤的中心套接於轉軸 上，徑向定子設於圓盤的兩端，軸向定子設於圓盤的外端，所述的轉子鐵心套接於轉軸的部 分的長度和轉軸的長度相同。所述的徑向定子只用於流以偏置磁通，為便於懸浮轉子的高速旋轉，所述的轉子鐵心和徑向定子是實心軟磁材料製成。本發明工作時本發明的永磁偏置軸向磁軸承，利用位於轉子鐵心兩側的兩個相 同的徑向充磁的環形永磁體來建立靜態偏置磁場，通過軸向定子、轉子鐵心和徑向定子來 形成閉合磁路，當轉子鐵心位於軸向平衡位置時，由於結構的對稱性，環形永磁體產生的磁 通在轉子鐵心的軸向端面的右面氣隙和左面氣隙處是相等的，此時左右吸力相等；假定此 時轉子受到一水平向左的擾動力，則軸向控制繞組通以控制電流在軸向氣隙中產生控制磁 通與偏置磁通疊加，右氣隙中磁場增強，左氣隙中控制磁場與偏置磁場方向相反，磁場減 弱，在轉子鐵心上產生水平向右的懸浮力；若轉子受到向右的擾動力，則控制電流反向，形 成的控制磁通反向與偏置磁通疊加，形成向左的懸浮力；如將其軸向氣隙設計為不對稱結 構，則可產生一穩定的靜態懸浮力，將其用於垂直放置的飛輪裝置中，可大幅降低軸承的功
^^ ο有益效果本發明中徑向定子只用於流以偏置磁通，為實心圓盤，大為簡化了磁軸 承的結構。轉子鐵心主要用以流以偏置磁軸承，這種圓盤狀的轉子鐵心，不但大為縮短了磁 軸承的軸向長度，提高了轉子的臨界轉速，同時，也縮短了軸向控制磁通的磁路，降低了軸 向勵磁磁通的損耗。軸向定子的磁極位於徑向定子之上，不僅縮短了整個軸承的軸向長度， 而且使軸向控制磁通與徑向磁路互不幹擾，不產生磁路耦合。同時，該磁軸承利用永磁體產 生偏置磁通，還具有功耗小，軸向長度短的優點，在飛輪儲能、空調壓縮機、渦輪分子泵等高 速應用場合具有廣闊的應用前景，將其利用於航空航天和艦艇等國防領域則更具有重要意 義。如將其軸向氣隙設計為不對稱結構，則可產生一穩定的靜態懸浮力，將其用於垂直放置 的飛輪裝置中，可大幅降低軸承的功耗。


圖1是本發明的結構示意圖；圖2是本發明的磁路原理圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施 例。如圖1所示，本實施例包括定子組件和轉子組件，其中定子組件設於轉子組件的 外周。所述的定子組件包括軸向定子1、軸向控制繞組2、永磁體3和徑向定子4，所述的轉 子組件包括轉子鐵心5和轉軸6，其特徵在於軸向控制繞組2繞於軸向定子1的磁極上， 轉子鐵心5套裝於轉軸6上，徑向定子4設於軸向定子1內，永磁體3貼附於徑向定子4的 外端且和軸向定子1的內端面相接觸，轉子鐵心5設於軸向定子1和徑向定子4的內部；所 述的轉子鐵心5是圓盤形，圓盤的中心套接於轉軸6上，徑向定子4設於圓盤的兩端，軸向 定子1設於圓盤的外端，所述的轉子鐵心5套接於轉軸6的部分的長度和轉軸6的長度相 同。所述的徑向定子4是兩個實心圓盤，分別設於轉子鐵心5的兩端，所述的軸向定子 1的內端面和環形永磁體3相接觸，徑向充磁的環形永磁體3採用釹鐵硼製成，分別貼附於兩個徑向定子4的外端，兩個徑向定子4完全相同，只用於流以偏置磁通，也用實心軟磁材 料製成圓盤狀。為便於懸浮轉子的高速旋轉，轉子鐵心5也採用實心軟磁材料製成，套裝在 轉軸6上，與軸向定子1形成軸向氣隙，與徑向定子4形成徑向氣隙，位於軸向定子1的磁 極中的轉子鐵心5主要用以流以偏置磁軸承，可製成薄片圓盤狀，這種圓盤狀的轉子鐵心 5，不但大為縮短了磁軸承的軸向長度，提高了轉子的臨界轉速，同時，也縮短了軸向控制磁 通的磁路，降低了軸向勵磁磁通的損耗。軸向定子1的磁極位於徑向定子4之上，不僅縮短 了整個軸承的軸向長度，而且使軸向控制磁通與徑向磁路互不幹擾，不產生磁路耦合。如其 軸向氣隙為左右不對稱布置，則可產生一穩定的被動懸浮力。 如圖2中實線所示，環形永磁體3產生偏置磁通，經軸向定子1的磁極、軸向氣隙、 轉子鐵心5、徑向氣隙和徑向定子4形成閉合磁路；如圖2中虛線所示，軸向控制磁通在軸 向定子1的磁極、軸向氣隙、轉子鐵心5形成閉合迴路。
權利要求
一種永磁偏置軸向磁軸承，包括定子組件和轉子組件，所述的定子組件包括軸向定子(1)、軸向控制繞組(2)、永磁體(3)和徑向定子(4)，所述的轉子組件包括轉軸(6)和轉子鐵心(5)，其特徵在於軸向控制繞組(2)繞於軸向定子(1)的磁極上，轉子鐵心(5)套裝於轉軸(6)上，徑向定子(4)設於軸向定子(1)內，永磁體(3)貼附於徑向定子(4)的外端且和軸向定子(1)的內端面相接觸，轉子鐵心(5)設於軸向定子(1)和徑向定子(4)的內部；所述的轉子鐵心(5)是圓盤形，圓盤的中心套裝於轉軸(6)上，徑向定子(4)設於圓盤的兩端，軸向定子(1)設於圓盤的外端。
2.根據權利要求1所述的永磁偏置軸向磁軸承，其特徵在於所述的轉子鐵心(5)和 徑向定子(4)是實心軟磁材料製成。
3.根據權利要求1所述的永磁偏置軸向磁軸承，其特徵在於所述的永磁體(3)是環 形，由釹鐵硼製成。
4.根據權利要求1所述的永磁偏置軸向磁軸承，其特徵在於所述的轉子鐵心(5)套 裝於轉軸(6)的部分的長度和轉軸(6)的長度相同。
5.根據權利要求1所述的永磁偏置軸向磁軸承，其特徵在於所述的徑向定子(4)是 兩個實心圓盤，分別設於轉子鐵心(5)的兩端。
全文摘要
本發明公開了一種磁軸承技術領域的永磁偏置軸向磁軸承，包括定子組件和轉子組件，所述的定子組件包括軸向定子、軸向控制繞組、永磁體和徑向定子，所述的轉子組件包括轉軸和轉子鐵心，其中軸向控制繞組繞於軸向定子的磁極上，轉子鐵心套裝於轉軸上，徑向定子設於軸向定子內，永磁體貼附於徑向定子的外端且和軸向定子的內端面相接觸，轉子鐵心設於軸向定子和徑向定子的內部；所述的轉子鐵心是圓盤形，圓盤的中心套接於轉軸上，徑向定子設於圓盤的兩端，軸向定子設於圓盤的外端。本發明結構簡單，臨界轉速高，功耗低，可將其軸向氣隙不對稱布置，則產生一穩定的被動懸浮力，將其用於垂直放置的飛輪儲能裝置中，可大幅降低磁軸承的懸浮功耗。
文檔編號F16C32/04GK101893038SQ201010244928
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月4日 優先權日2010年8月4日
發明者沈國良, 趙旭升 申請人:南京化工職業技術學院