一種安培力徑向電磁軸承的製作方法

2023-06-01 15:09:31 2

專利名稱：一種安培力徑向電磁軸承的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種電磁軸承，特別是ー種利用載流導體在磁場中受到的安培カ來對轉子或非轉動部件無接觸磁力支撐的主動電磁軸承。
現有技術電磁軸承廣義上，包括電磁軸承執行器、傳感器和控制器三部分，它由外界輸入電能量並產生控制力，常稱主動磁軸承，習慣上只將該電磁軸承執行器稱為電磁軸承，它們通常是以磁鐵磁極對鐵磁材料產生吸力的原理來實現懸浮。比如中國專利號200710135188. O永磁偏置軸向徑向磁軸承、200510040267. 4永磁偏置徑向磁軸承，均為吸カ電磁軸承。現有 技術的電磁軸承在其平衡位附近其執行カΛ Fy並不僅僅是控制電流iy的單調函數，它同時與轉子所處的位置I有關AFy ^ kyyy+kyiiy，式中kyy為電磁軸承的位移剛度恆小於零；kyi為電磁軸承的電流剛度。參見《可控磁懸浮轉子系統》虞烈著，科學出版社2003年第一版，第38頁第16行至19行。使用吸力型電磁軸承懸浮的轉子，當轉子的位移擾動過大時，其執行カ必須考慮轉子位置的影響，否則控制將失穩。《可控磁懸浮轉子系統》虞烈著，科學出版社2003年第一版，第252頁，9.3節，記載了轉子運動的自動平衡現象。《振動力學》劉延柱等編著，高等教育出版社1998年第I版，第38頁至40頁，第二章第2. 2節3，論述了過臨界轉速之後，高速撓性軸轉子的自動定心現象。使用吸力型電磁軸承懸浮的轉子，由於在控制電流為零時徑向為負位移剛度，實現轉子的自動定心即自動平衡時難度較高。美國專利，US6304015magneto-dynamic bearing公開了一種被動式徑向磁軸承，它不用附加的電子電路和電源，短接的導體環裝在轉子上，永磁體裝在定子上，當轉子有晃動時，導體環產生感應電渦流並在磁場中產生反作用力，其力的大小有限且不可調整。美國專利，US5469006lorentzforce magnetic bearing utilizing closedconductive loops and selectively controlled electromagnets 公開 Ji 與上一專利失似的短接的導體環在轉子上，有偏移時在磁場中產生感應電渦流並在磁場中產生反作用力的磁懸浮系統，不同的是它的磁場強度可控，由於產生作用力的能量主要還是來自轉子自身，所以還是屬被動式磁軸承，在有大擾動時有執行力不夠強的問題。美國專利，US4700094magnetic suspension system公開了一種洛倫茨力磁懸浮系統，設置了一個圓套筒狀的多層線圈，將它固定井置於永磁徑向磁場的氣隙中，軸向電流和周向電流產生軸向和x、y向的洛倫茨力實現轉子磁懸浮。缺點是為容納集成線圈其周向氣隙較大，要使氣隙磁場磁通密度較高必須使永磁體體積很大，否則執行カ較小。美國專利，US75374371inearactuator,and valve device and pump device usedsame公開了ー種線性軸向執行器，永磁體在運動體上,線圈在靜止體上,線圈有電流時運動體可被軸向驅動，它沒有徑向驅動的結構。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種主動式電磁軸承，它由外界輸入電能並產生控制用執行力，其執行カ是控制電流的單調函數，與轉子所處的位置無關。給定了控制電流，在一定的位移範圍內，對於徑向電磁軸承，即便轉子幾何中心不在定子中心，或者轉子存在不平衡質點趨向自動平衡時，轉子迴轉中心不在其幾何中心，其執行カ一電流的特性也不受影響。使得構造磁浮系統只需確定傳感器的位置中心，不要求對執行器即電磁軸承的位置中心精密對中，使安裝簡化，轉子動平衡精度的要求降低。為解決上述技術問題，本發明的基本構思是設計ー種非吸力型電磁軸承，應用通電導體在磁場中受到安培力即洛倫茨力作用原理，在定子上設規定的導線繞組，在轉子上設置永磁體建立氣隙基礎磁場，其磁極的極面方向為軸向即氣隙為軸向厚度，規定的導線繞組處在基礎磁場中，當導線繞組流過控制電流時，便在徑向產生安培力實現可控制懸浮。
由安培力定律，其執行カ為F = iLXB ;B為導線處磁場磁通密度，L導線繞組總長，i為導線控制電流。通電導線繞組所受的安培力方向和磁場B的方向、電流方向之間的關係，可以用左手定則來判定。結構固定後，在磁極磁場有效範圍內，執行カ僅是控制電流的單調函數，與轉子的所處的位置無關，控制電流為零時カ也為零，即這時徑向的位移剛度為零。磁場方向與導線方向垂直。徑向電磁軸承磁極磁場方向為軸向，這與吸力型徑向電磁軸承的永磁偏置磁極磁場為徑向有明顯區別。線圈，組成導線繞組。在電磁軸承的定子中心沿徑向定出x、y直角坐標系，當傳感器感應出位移，控制器給出控制電流時，X方向的線圈或線圈組，產生X向執行カ；y方向的線圈或線圈組，產生y向執行力。為實現本發明基本構思的技術方案是一種安培カ徑向電磁軸承，包括永磁體、圓環磁極、線圈、轉子、定子鐵芯、工作氣隙，永磁體和圓環磁極在轉子上，其特徵在於所述的轉子和定子鐵芯為軸向並列，圓環磁極的環心在轉子幾何中心上，圓環磁極的極面朝向為軸向，定子鐵芯上開設線槽，線槽內嵌卡線圈，在定子鐵芯中心沿徑向建立x、y軸直角坐標系，線圈和線槽按X、y軸分組來設置，並且其位置偏離定子鐵芯中心，所述的線槽還具有圓弧窄槽ロ，圓弧窄槽ロ的圓弧圓心在定子鐵芯中心上，其半徑與圓環磁極相同，圓弧窄槽ロ開ロ方向也為軸向，它與圓環磁極的極面間隔工作氣隙並對齊，使線圈處在圓環磁極的磁場中，構成了安培カ徑向電磁軸承，線圈流過控制電流吋，X方向的線圈或線圈組，給轉子產生X向執行カ；y方向的線圈或線圈組，給轉子產生y向執行力。本發明圓環磁極是指顯圓環狀，面對工作氣隙的磁極，以這個定義將它與個數必然是對偶數的一般意義的磁極作區分。工作氣隙是指它不僅是磁場的通路，還為實現本發明的意圖，將所需要的磁力在定子和轉子間通過磁場進行傳遞。它可以為兩個圓環磁極面對工作氣隙，比如ー個是N極另ー個是S扱，半徑一大一小。兩個圓弧窄槽ロ也半徑一大一小與兩個圓環磁極的極面對齊，也就是它們的大小半徑對應相同。當線圈流過電流時，兩個不同半徑圓弧窄槽口下的槽內導線電流流向相反，並且處在不同方向的磁場中，故它們的安培カ為合力相加。圓環磁極也可以是ー個或更多個，相同半徑的圓弧窄槽ロ與其相配，設置好圓環磁極極性和線圈電流流向，使安培力同向相加。本發明的定子鐵芯和線圈屬於定子，也可以認為定子鐵芯或者定子鐵芯和線圈就是定子。本發明可以是兩個定子和ー個在中間的轉子顯兩側対稱的軸向排列。也可以是兩個轉子和ー個在中間的定子顯兩側對稱的軸向排列。也可以是ー個定子和ー個轉子並列。本發明的線圈和線槽還可以按各坐標設在兩對邊，線圈匝數和尺寸相同呈完全對稱，也可以不完全相同，設計好線圈中電流的流向，使兩對邊產生的安培カ為合力相加。兩對邊是指位置，在坐標的正方為ー邊，負方為另ー邊。在每個坐標軸的位置，也可以只有一組線圈和線槽。為了線圈的安裝方便，每個定子鐵芯被按坐標軸的位置分割，當線圈兩對邊設置時分割成四塊。定子鐵芯的塊與塊之間，還可以設定子鐵芯搭橋，以使轉子上的圓環磁極在掠過定子鐵芯分割塊之間的空檔時，磁路磁阻不至於變化過大而影響永磁體工作點的穩定。本發明的圓弧窄槽ロ的圓弧半徑與圓環磁極相同是指圓環磁極極面可以覆蓋圓弧窄槽ロ，兩者的中心線的半徑並不要求必須精確相同，有些差距是允許的，當然精確相同最好。圓弧窄槽ロ的圓弧可以是拼接成整圈的圓弧也可以是分段的圓弧，圓環磁極也可以是分段的圓弧磁極拼接而成。圓弧窄槽ロ隔著氣隙與圓環磁極的磁極面對齊是指在初始，定子鐵芯中心與轉子幾何圓心處在同一軸線，有位移擾動或者執行カ進行控制工作吋，不 代表它們必須完全分毫不差地對準齊，但圓環磁極的極面仍然覆蓋圓弧窄槽ロ。線槽的形狀構造不作規定，只要在其ロ部包括圓弧窄槽ロ即可。本發明的圓環磁極的極面朝向為軸向和圓弧窄槽ロ開ロ方向也為軸向，並不必須是嚴格地要求與X、y平面垂直，為其它因素考慮有一些小偏角也是允許的，但該偏角應小於45度，由此所產生的少許徑向負位移剛度可設永磁徑向斥力軸承來平衡，由恩紹定理可知實際上是將徑向負位移剛度轉移至軸向負位移剛度。本發明永磁體可吸合在轉子鐵芯上。永磁體、線圈個數可以是單個也可以是多個。轉子鐵芯、永磁塊或者永磁塊和轉子鐵芯的組合附屬於轉子也可以認為它們構成了轉子。本發明設置圓弧窄槽ロ的目的是為了流過電流時線圈產生的磁通設置高磁阻隔離，使該載流線圈產生的磁動勢在規定的區域進入氣隙，與永磁基礎磁場相作用產生安培力。該槽ロ可以是敞開槽ロ或封閉槽ロ，以極薄的導磁或其它材料以高磁阻的形式使圓弧窄槽ロ呈閉ロ狀，也是圓弧窄槽ロ的範疇。本發明的圓環磁極可以就是永磁體自身的磁極，也可以是轉子鐵芯吸附在永磁體上而形成圓環磁扱。本發明安培力徑向電磁軸承的工作氣隙具有軸向基礎磁場，該磁場也可被用作吸力型軸向電磁軸承的偏置磁場，在定子鐵芯適當位置開設軸控線槽，設置吸力型的軸控線圈，便可使安培力徑向電磁軸承附帶有吸力型軸向電磁軸承，兩種軸承不僅共用永磁體，而且還共用氣隙、定子鐵芯和磁極。該徑向、軸向混合電磁軸承幾乎不增加原有的單個體積，合適的結構設計可使軸向徑向之間無交互耦合影響。該徑向、軸向混合電磁軸承一般以兩個定子、兩工作氣隙和ー個在中間的轉子顯兩側対稱的軸向排列，也可以是兩個轉子、兩エ作氣隙和ー個在中間的定子顯兩側対稱的軸向排列。當軸控線圈中有控制電流時，ー側的氣隙基礎磁場磁通密度變小另ー側的等量變大形成吸力差，產生軸向控制力。由於兩側エ作氣隙的磁通密度等量增減，所以當有徑向擾動需徑向控制時，其徑向執行力的合力不受影響。若先有徑向控制後有軸向控制或者兩者同時出現其結果也類同。徑向、軸向混合電磁軸承時，轉子上的轉子鐵芯和永磁體的排布和構造適合徑向、軸向不同性質的電磁軸承共同使用，它們以工作時永磁體的工作點不變為最佳；而對於靠ー側的永磁體發出的磁通變大另一側的變小來實現軸向控制カ的，即永磁體的工作點可變，只要將該工作點變化限制在一定的範圍內，永磁體不退磁也是可行的。本發明的技術方案列出了為解決本案技術問題相關的各必要技術特徵及其主題名稱，作為主題一種安培カ徑向電磁軸承，本發明的技術方案在用於具體產品中實施吋，所需的現有技術可自行加入。本發明的有益效果基於安培力的徑向電磁軸承其執行カ是控制電流的單調函數，為了實現轉子不平衡離心力所產生的位移振動進行釋放不控，控制器一般內嵌陷波器，安培力徑向電磁軸承無需像以往的吸力型徑向電磁軸承那樣必須對負位移剛度進行歸正補償。它從本體結構上創造了簡化控制器的條件，減少了控制運算時間，減少了時滯，保證高控制精度，使磁懸浮轉子系統易於實現自動平衡。確定了傳感器的位置中心，不要求對該電磁軸承的位置中心精密對中，簡化安裝程序，降低了轉子懸浮系統精度的要求。它的單位體積的有效出力大，空間利用率高，電流--カ的線性度很好，在高速旋轉的轉子應用比如 儲能飛輪的穩定控制中效果較好。


下面結合附圖和實施方式對本發明作進ー步說明。圖I轉子的永磁體和圓環磁極的ー種構造圖2轉子的永磁體和圓環磁極的另一種構造圖3轉子的永磁體和圓環磁極的第三種構造圖4轉子的永磁體和圓環磁極的第四種構造圖5定子的一種構造圖6定子鐵芯的一種構造圖7定子鐵芯的另ー種構造圖8本發明具一個圓環磁極的示意9本發明具多個圓環磁極的實施10為圖9實施例的永磁基礎磁通沿磁路的磁力線不意11為圖9實施例的永磁基礎磁通受線圈繞組磁動勢驅動後沿磁路的磁力線示意12本發明圖9實施例的力一電流關係實測曲線圖13本發明多個圓環磁極的另ー實施圖
圖14本發明徑向、軸向混合電磁軸承實施15本發明徑向、軸向混合電磁軸承另ー種實施圖
具體實施例方式圖I是轉子的永磁體和圓環磁極的ー種構造剖面，圖示的永磁體3是以轉子幾何中心1-1線為中心的裡外兩個圓環，永磁體3自身形成了圓環磁極2，它們安裝在轉子I上，共有N、S四個圓環磁極2。圖2是轉子的永磁體和圓環磁極的另一種構造剖面，圖示的永磁體3是以轉子幾何中心1-1線為中心的圓環，永磁體3自身形成了ー個圓環磁極2，它安裝在轉子I上，轉子鐵芯4吸合在永磁體3上用作磁路的通道。圖3是轉子的永磁體和圓環磁極的第三種構造剖面，圖示的永磁體3在轉子I的中間，轉子鐵芯4裡外兩個圓環形成了四個圓環磁極2，它們是以轉子幾何中心1-1線為中心的圓環。這個結構用於本發明附設有吸カ型軸向磁軸承時永磁的工作點基本不變。圖4轉子的永磁體和圓環磁極的第四種構造剖面，圖示的永磁體3是以轉子幾何中心1-1線為中心的裡外兩個圓環，永磁體3自身形成了兩個圓環磁極2，它們安裝在轉子I上，轉子鐵芯4吸合在永磁體3上作磁路的通道。圖5是定子的ー種構造圖，定子6上，裝有定子鐵芯7，定子鐵芯7上開設線槽9，線槽9內嵌卡線圈5，定子鐵芯中心7-1沿徑向建立x、y軸直角坐標系，線圈5和線槽9設置在坐標軸上偏離定子鐵芯中心7-1的位置，每個坐標軸有兩組線圈5和線槽9，分別設在坐標軸的兩個對邊，兩對邊的線圈4匝數和尺寸相同呈完全對稱設置。線槽9還具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向。 為了線圈4的安裝方便，定子鐵芯7被按坐標軸的位置分割成四塊。圖6是定子鐵芯的ー種構造圖，以X、y在徑向，定子鐵芯中心7-1建立X、γ、z軸直角坐標系，定子鐵芯7隻畫出y坐標軸上被分割的其中ー塊。定子鐵芯7上開設線槽9，線槽9內嵌卡線圈5，線槽9具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向。它還開有軸控線槽11，內嵌軸控線圈10，該軸控線圈10的環邊跨過定子鐵芯中心7-1，該環面朝軸向即z向。圖7是定子鐵芯的另一種構造圖，以X、y坐標在徑向，定子鐵芯中心7-1建立X、y、z軸直角坐標系，定子鐵芯7隻畫出X坐標軸上被分割的的其中ー塊。定子鐵芯7上開設線槽9，線槽9內嵌卡線圈5，線槽9具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向。它還開有軸控線槽11，內嵌軸控線圈10，該軸控線圈10的環邊不跨過定子鐵芯中心7-1，環面朝徑向，在這裡是面朝X向。圖8是本發明具ー個圓環磁極的剖面示意圖，包括永磁體3、圓環磁極2、線圈5、轉子I、定子鐵芯7、工作氣隙12，安裝在轉子I上的永磁體3是以轉子幾何中心1-1線為中心的圓環，永磁體3自身形成了ー個圓環磁極2,所以圓環磁極2的中心在轉子幾何中心1-1上，轉子鐵芯4吸合在永磁體3上用作磁路的通道，圓環磁極2的極面朝向為軸向。定子鐵芯7上開設線槽9，線槽9內嵌卡線圈5，這裡只顯示了某一徑向軸X或y軸的線圈5和線槽9組，它們在偏離定子鐵芯中心7-1 —定距離的位置，線槽9具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環磁極2相同，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向，它與圓環磁極2的極面間隔工作氣隙12並對齊，使線圈5處在圓環磁極2產生的磁場中，構成了安培力電磁軸承，當線圈5中電流的流向和圓環磁極2的極性如圖所示時，圖中表示了磁路及轉子I所受的カF。在磁路中有一個大面積磁極面,面朝徑向，由此所產生的少許徑向負位移剛度可另設永磁徑向斥力軸承來平衡。圖9是本發明具多個圓環磁極的實施圖，它包括永磁體3、圓環磁極2、線圈5、轉子I、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個定子鐵芯7和一個中間的轉子I顯兩側対稱的軸向排列，安裝在轉子I上的永磁體3是以轉子幾何中心1-1線為中心的圓環，永磁體3自身形成了圓環磁極2，所以圓環磁極2的中心在轉子幾何中心1-1上，轉子鐵芯4吸合在永磁體3上作磁路的通道，圓環磁極2的極面朝向為軸向。兩側的定子鐵芯7上開設線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立x、y軸直角坐標系，為了線圈4的安裝方便，每側的定子鐵芯7被按坐標軸的位置分割成四塊，線槽9內嵌卡線圈5，兩側的線圈5和線槽9按坐標軸分組，設在偏離定子鐵芯中心7-1 —定距離的位置，兩側的定子鐵芯7按每個坐標軸各有兩組線圈5和線槽9，分別設在坐標軸的兩個對邊，兩對邊的線圈5匝數和尺寸相同呈完全對稱設置。兩側的線槽9還具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環磁極2相同，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向，它與圓環磁極2的極面間隔工作氣隙12並對齊，使兩側的線圈5處在圓環磁極2的磁場中，構成了安培カ徑向電磁軸承。圖10為圖9實施例的永磁基礎磁通沿磁路的磁力線示意圖，在剖面圖上，它包括永磁體3、圓環磁極2、線圈5、轉子I、定子鐵芯7、工作氣隙12,兩永 磁體3圓環形成圓環磁極2，它的中心在轉子幾何中心1-1上，轉子鐵芯4吸合在永磁體3上作磁路的通道。定子鐵芯7上開設線槽9，線槽9內嵌卡線圈5，兩側各有一組徑向的X或y軸的線圈5和線槽9設在偏離定子鐵芯中心7-1位置上，圓弧窄槽ロ 8與圓環磁極2的極面間隔工作氣隙12並對齊。磁力線從左側外N圓環磁極2出發一經左工作氣隙12—至左側外圓弧窄槽ロ 8邊的左側定子鐵芯7—繞左側兩線槽9—至左側內圓弧窄槽ロ 8邊一使左側的線圈5處在圓環磁極2的磁場中一再經左工作氣隙12—至左側內S圓環磁極2—至左側內永磁體3—經內轉子鐵芯4—至右側內永磁體3—至右側內N圓環磁極2—右工作氣隙12—至右側內圓弧窄槽ロ 8邊的右側定子鐵芯7—繞右側兩線槽9—至右側外圓弧窄槽ロ 8邊一使右側的線圈5處在圓環磁極2的磁場中一再經右工作氣隙12—至右側外S圓環磁極2—至右側外永磁體3—經外轉子鐵芯4—至左側外永磁體3,形成永磁基礎磁場磁路。圖11為圖9實施例的永磁基礎磁通受繞組磁動勢驅動後沿磁路的磁力線示意圖，在剖面圖上，它包括永磁體3、圓環磁極2、線圈5、轉子I、定子鐵芯7、工作氣隙12，兩永磁體3圓環形成的圓環磁極2,它的中心在轉子幾何中心1-1上,轉子鐵芯4吸合在永磁體3上作磁路的通道。定子鐵芯7上開設線槽9，線槽9內嵌卡線圈5，兩側各有一組徑向的X或Y軸的線圈5和線槽9設在偏離定子鐵芯中心7-1位置上，圓弧窄槽ロ 8與圓環磁極2的極面間隔工作氣隙12並對齊。兩側線圈5的電流流向見圖中標註，兩側線圈5產生的磁動勢將磁基礎磁場的磁力線推向線圈5導線的下方，使工作氣隙12磁場磁力線單方向彎曲，在轉子I上產生徑向安培反作用力F。圖12為本發明圖9實施例的力一電流關係實際曲線，在電流起始至實際最大使用電流為直線段，電流増大後由於定子鐵芯的磁飽和而漸變彎曲。在轉子晃動在圓環磁極極寬的範圍內關係曲線為同一根線，與轉子所處的位置無關。圖13為本發明多個圓環磁極的另ー實施圖，它包括永磁體3、圓環磁極2、線圈5、轉子I、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個轉子和ー個在中間的定子顯兩側対稱的軸向排列。安裝在兩側轉子I上的永磁體3是以轉子幾何中心1-1線為中心的圓環，永磁體3自身形成了圓環磁極2，所以圓環磁極2的中心在轉子幾何中心1-1上，轉子鐵芯4吸合在永磁體3上作磁路的通道，兩側圓環磁極2的極面朝向為軸向。中間定子鐵芯7上開設線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立X、y軸直角坐標系，為了線圈4的安裝方便，中間的定子鐵芯7被按坐標軸的位置分割成四塊，線槽9內嵌卡線圈5，線圈5和線槽9以坐標軸分組，設在偏離定子鐵芯中心7-1 —定距離的位置，中間定子鐵芯7沿每個坐標軸有兩組線圈5和線槽9，分別設在坐標軸的兩個對邊，兩對邊的線圈5匝數和尺寸相同呈完全對稱設置。線槽9的左右兩側還具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與兩側的圓環磁極2相同，兩側圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向，它與兩側的圓環磁極2的極面間隔工作氣隙12並對齊，使線圈5處在圓環磁極2的磁場中，構成了安培力徑向電磁軸承。圓弧窄槽ロ 8可以用高磁阻的非金屬材料必如環氧等使圓弧窄槽ロ呈閉ロ狀，以使中間定子鐵芯7穩固。圖14為本發明徑向、軸向混合電磁軸承實施圖，是立體剖面圖，它可以結合圖6 —起理解。它包括永磁體3、圓環磁極2、線圈5、轉子I、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個定子鐵芯7和一個中間的轉子I顯兩側対稱的軸向排列，安裝在轉子I上的永磁體3是以轉子幾何中心1-1線為中心的圓環，永磁體3自身形成了圓環磁極2,所以圓環磁極2的中心在轉子幾何中心1-1上，轉子鐵芯4吸合在永磁體3上作磁路的通道，圓環磁極2的極面朝向為軸向。兩側的定子鐵芯7上開設線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立x、y軸直角坐標系，為了線圈4的安裝方便，每側的定子鐵芯7被按坐標軸的位置分割成四塊，線·槽9內嵌卡線圈5，兩側的線圈5和線槽9以坐標軸分組，設在偏離定子鐵芯中心7-1的位置，兩側的定子鐵芯7按每個坐標軸各有兩組線圈5和線槽9，分別設在坐標軸的兩個對邊，兩對邊的線圈5匝數和尺寸相同呈完全對稱設置。兩側的線槽9還具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環磁極2相同，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向，它與圓環磁極2的極面間隔工作氣隙12並對齊，使兩側的線圈5處在圓環磁極2的磁場中。定子鐵芯7上還建立了與X、y坐標軸相垂直的z坐標軸，它還開有軸控線槽11內嵌軸控線圈10，該軸控線圈10環邊跨過定子鐵芯中心7-1，該環面朝軸向即z向，構成了安培カ徑向、吸力軸向的混合電磁軸承。當線圈5和軸控線圈10流過如圖示方向的電流時，軸控線圈10的磁動勢迫使永磁體3的磁通偏向於ー側,使ー側的工作氣隙12磁通密度增強另ー側減少，兩側產生吸力差形成軸向執行力Fz ;線圈5的磁動勢將磁基礎磁場的磁力線推向線圈5導線的下方，使工作氣隙12磁場磁力線單方向彎曲，在轉子I上產生徑向安培反作用力Fy。圖15為本發明徑向、軸向混合電磁軸承另ー種實施圖，是立體剖面圖，可以結合圖7—起理解。它包括永磁體3、圓環磁極2、線圈5、轉子I、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個定子鐵芯7和一個中間的轉子I顯兩側対稱的軸向排列，安裝在轉子I上的永磁體3是以轉子幾何中心1-1線為中心的圓環，永磁體3自身形成了圓環磁極2,所以圓環磁極2的中心在轉子幾何中心1-1上，轉子鐵芯4吸合在永磁體3上作磁路的通道，圓環磁極2的極面朝向為軸向。兩側的定子鐵芯7上開設線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立X、y軸直角坐標系，為了線圈4的安裝方便，兩側的定子鐵芯7被按坐標軸的位置分割成四塊，線槽9內嵌卡線圈5，兩側的線圈5和線槽9按坐標軸分組，設在偏離定子鐵芯中心7-1的位置，兩側的定子鐵芯7按每個坐標軸各有兩組線圈5和線槽9，分別設在坐標軸的兩個對邊，兩對邊的線圈5匝數和尺寸相同呈完全對稱設置。兩側的線槽9還具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環磁極2相同，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向，它與圓環磁極2的極面間隔工作氣隙12並對齊，使兩側的線圈5處在圓環磁極2的磁場中。定子鐵芯7上建立了與X、y坐標軸相垂直的z坐標軸，它還開有軸控線槽11內嵌軸控線圈10，該軸控線圈10的環邊不跨過定子鐵芯中心7-1，該換面朝徑向，即面朝X向、或y向，這個軸控線槽11可以很淺，只要指示軸控線圈10的方位即可。它還設了定子鐵芯搭橋7-2，以使轉子I上的圓環磁極2在掠過定子鐵芯7被分割成的四塊之間的空檔時，磁阻不致於變化過大而影響永磁體3工作點的穩定。如此，構成了安培カ徑向、吸力軸向的混合電磁軸承。當線圈5和軸控線圈10流過如圖示方向的電流時,軸控線圈10的磁動勢迫使永磁體3的磁通偏向於ー側,使ー側的工作氣隙12磁通密度增強另一側減少，兩側產生吸力差形成軸向執行力Fz ;線圈5的磁動勢將磁基礎磁場的磁力線推向線圈5導線的下方，使工作氣隙12磁場磁力線單方向彎曲，在轉子I上產生徑向安培反作用力Fy。本發明並不僅僅局限於上述的實施方式。與本發明屬同一基本構思的其它形式，也屬於本發明的保護範圍。本發明所述的技術方案是為解決本發明所要解決的技術問題而設，相對於所要解決的技術問題，它建立了其技術內容的完整性。將它實施於具體的安培力徑向電磁軸承或 其它產品中時，實現該產品所必需的技術特徵可以多於本發明技術方案用於解決技術問題的必要技術特徵的總和。本發明各技術特徵的含義按照說明書中各專有名詞的定義；沒有專門定義的，弓丨入本技術領域的公知常識和技術，但該知識的範疇受限於本發明所要解決的技術問題、基本構思、技術方案，結合它在本發明所具備的功能、所起的作用和產生的效果，即參考說明書及其附圖的內容進行理解，該特徵名稱的文字措辭不是其含義的限制，以免產生對本發明的歧義。本發明進一步作說明，本發明的說明書及其附圖所表達的所有內容僅用作權利要求的解釋和理解，它不得積極、主動地介入確定權利要求保護範圍，即不可作為限制，尤其是跟本發明所要解決的技術問題無關聯的內容部分，更是如此。本條為說明書之內容。
權利要求
1.一種安培カ徑向電磁軸承，包括永磁體(3)、圓環磁極(2)、線圈(5)、轉子(I)、定子鐵芯(7)、工作氣隙(12)，永磁體(3)和圓環磁極(2)在轉子(I)上，其特徵在於所述的轉子⑴和定子鐵芯(7)為軸向井列，圓環磁極(2)的環心在轉子幾何中心(1-1)上，圓環磁極(2)的極面朝向為軸向，定子鐵芯(7)上開設線槽(9)，線槽(9)內嵌卡線圈(5)，在定子鐵芯中心(7-1)沿徑向建立x、y軸直角坐標系，線圈(5)和線槽(9)按x、y軸分組來設置，並且其位置偏離定子鐵芯中心(7-1)，所述的線槽(9)還具有圓弧窄槽ロ(8)，圓弧窄槽ロ(8)的圓弧圓心在定子鐵芯中心(7-1)上，其半徑與圓環磁極⑵相同，圓弧窄槽ロ⑶開ロ方向也為軸向，它與圓環磁極(2)的極面間隔工作氣隙(12)並對齊，使線圈(5)處在圓環磁極(2)的磁場中。
2.如權利要求I所述的安培カ徑向電磁軸承，其特徵還在於所述的轉子(I)和定子鐵芯(7)軸向並列是，兩個定子鐵芯(7)和ー個在中間的轉子(I)顯兩側対稱的軸向排列，或者兩個轉子(I)和ー個在中間的定子鐵芯(7)顯兩側対稱的軸向排列。
3.如權利要求I所述的安培カ徑向電磁軸承，其特徵還在於所述的定子鐵芯(7)按每個坐標軸各有兩組線圈(5)和線槽(9)，分別設在坐標軸的兩個對邊位置，兩對邊的線圈(5)匝數和尺寸相同或者不相同。
4.如權利要求3所述的安培カ徑向電磁軸承，其特徵還在幹所述的定子鐵芯(7)按坐標軸的位置分割成四塊。
5.如權利要求2所述的安培カ徑向電磁軸承，其特徵還在幹所述的在轉子(I)上的永磁體(3)是以轉子幾何中心(1-1)為中心的內外兩個圓環，永磁體(3)自身形成了圓環磁極⑵。
6.如權利要求2所述的安培カ徑向電磁軸承，其特徵還在幹所述的轉子(I)上還設有轉子鐵芯(4)，它吸合在永磁體(3)上構成磁路的通道。
7.如權利要求2所述的安培カ徑向電磁軸承，其特徵還在幹所述的定子鐵芯(7)上建立與x、y坐標軸相垂直的z坐標軸，定子鐵芯(7)還開有軸控線槽(11)，它內嵌軸控線圈(10)，該軸控線圈(10)的環邊跨過定子鐵芯中心(7-1)，環面朝軸向即z向，附設了的吸力型軸向電磁軸承。
8.如權利要求2所述的安培カ徑向電磁軸承，其特徵還在幹所述的定子鐵芯(7)上建立與x、y坐標軸相垂直的z坐標軸，定子鐵芯(7)還開有軸控線槽(11)，它內嵌軸控線圈(10)，該軸控線圈(10)的環邊不跨過定子鐵芯中心(7-1)，環面朝X向、或y向，附設了的吸力型軸向電磁軸承。
9.如權利要求2所述的安培カ徑向電磁軸承，其特徵還在於所述的每個定子鐵芯(7)按每個坐標軸各有兩組線圈(5)和線槽(9)，分別設在坐標軸的兩個對邊，兩對邊的線圈(5)匝數和尺寸相同或者不相同。
10.如權利要求9所述的安培カ徑向電磁軸承，其特徵還在於所述的定子鐵芯(7)被按坐標軸的位置分割成四塊。
全文摘要
本發明公開了一種安培力徑向電磁軸承，為實現執行力是控制電流的單調函數，它的圓環磁極(2)在轉子(1)上，轉子(1)和定子鐵芯(7)為軸向並列，圓環磁極(2)的環心在轉子幾何中心(1-1)上，圓環磁極(2)的極面朝向為軸向，定子鐵芯(7)上開設線槽(9)，線槽(9)內嵌卡線圈(5)，線圈(5)和線槽(9)按x、y軸分組來設置，並且其位置偏離定子鐵芯中心(7-1)，所述的線槽(9)還具有圓弧窄槽口(8)，開口方向也為軸向，它與圓環磁極(2)的極面間隔工作氣隙(12)並對齊，使線圈(5)處在圓環磁極(2)的磁場中，它可用與物體的磁懸浮支撐。
文檔編號F16C32/04GK102678746SQ20121009584
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月30日 優先權日2012年3月30日
發明者劉延風 申請人:劉延風