專利名稱：低損耗混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承屬非接觸磁浮軸承類的內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承。
背景技術(shù)：
磁懸浮軸承(簡(jiǎn)稱磁軸承)按照磁力提供的方式，可以分為電勵(lì)磁磁軸承、永磁勵(lì)磁磁軸承和混合勵(lì)磁磁軸承(永磁和電勵(lì)磁混合)3種。電勵(lì)磁磁軸承具有電流大、功耗大、力—電流控制特性線性度差的缺點(diǎn)。永磁磁軸承是被動(dòng)式磁浮軸承，具有功耗低的優(yōu)點(diǎn)，但控制精度差。
混合勵(lì)磁磁浮軸承以永磁磁場(chǎng)作為偏置磁場(chǎng)，降低了磁軸承定子銅耗和功放損耗。同時(shí)，混合勵(lì)磁磁軸承在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子中只有大小變化而方向不變。從而降低了磁軸承的轉(zhuǎn)子鐵損。但目前的混合勵(lì)磁徑向磁軸承，永磁磁環(huán)在轉(zhuǎn)子上，這種結(jié)構(gòu)增加轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，限制了轉(zhuǎn)子的高速運(yùn)行，國(guó)內(nèi)山東大學(xué)徐衍亮教授對(duì)這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。北京航空航天大學(xué)房建成教授提出一種永磁磁環(huán)在定子的混合勵(lì)磁磁軸承結(jié)構(gòu)，并申請(qǐng)了專利。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00510011271.8。該結(jié)構(gòu)的永磁磁環(huán)軸向長(zhǎng)度很小，加工和裝配都很困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種加工裝配方便、功耗低、重量輕、力—電流控制特性線性度高的混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承。
本發(fā)明的混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承，由定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)部分組成。定子包括左導(dǎo)磁套和右導(dǎo)磁套，左導(dǎo)磁套包括左導(dǎo)磁襯套，左非導(dǎo)磁襯套置于左導(dǎo)磁襯套內(nèi)側(cè)；右導(dǎo)磁套包括左導(dǎo)磁襯套，右非導(dǎo)磁襯套置于右導(dǎo)磁襯套內(nèi)側(cè)。左右兩個(gè)導(dǎo)磁襯套之間嵌有永磁磁環(huán)，左導(dǎo)磁套內(nèi)壓裝左定子鐵心，右導(dǎo)磁套內(nèi)壓裝右定子鐵心。每個(gè)定子鐵心沿圓周對(duì)稱分布4個(gè)磁極，相對(duì)的兩個(gè)磁極屬同自由度磁極，每個(gè)磁極上套裝一個(gè)電勵(lì)磁繞組，同一自由度繞組正向串聯(lián)；轉(zhuǎn)子為徑向磁浮軸承轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁套，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁套外側(cè)壓裝左、右兩個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心，分別與左、右兩個(gè)定子鐵心留有氣隙。轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁套包括轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁襯套安裝在左、右兩個(gè)轉(zhuǎn)子非導(dǎo)磁襯套的內(nèi)側(cè)。
本發(fā)明的混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于永磁的導(dǎo)磁套由導(dǎo)磁襯套和非導(dǎo)磁襯套組成，非導(dǎo)磁襯套只位于永磁磁路中，起調(diào)節(jié)永磁磁路磁阻的作用，讓永磁體可以有一個(gè)合適的尺寸，和合理的工作氣隙偏置磁場(chǎng)，便于永磁磁環(huán)加工和裝配。氣隙偏置磁通由永磁磁環(huán)提供，這不僅降低了控制線圈和功率放大器的損耗，提高了磁軸承的電流剛度和位移剛度，同時(shí)也提高了磁浮軸承的力—電流控制特性線性度。電勵(lì)磁磁磁極為直齒結(jié)構(gòu)，繞組裝卸方便。電勵(lì)磁磁通不經(jīng)過永磁體，磁路磁阻低，很小的勵(lì)磁電流就能產(chǎn)生需要的控制磁通，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，降低了電勵(lì)磁線圈的損耗。本混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承不僅實(shí)現(xiàn)徑向主動(dòng)懸浮，在軸向還有一定的被動(dòng)懸浮能力。
四

圖1為低損耗混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承縱剖面圖；圖2為低損耗混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承截面圖；圖1與圖2中的標(biāo)號(hào)名稱1. 永磁磁環(huán)； 2、16.定子導(dǎo)磁襯套；4、14. 左右兩個(gè)定子鐵心3、15.定子非導(dǎo)磁襯套；5、9、10、13電勵(lì)磁繞組 6、12.左右轉(zhuǎn)子鐵心7、11. 左右非導(dǎo)磁襯套 8.轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁套圖1中的符號(hào)φPM永磁磁通；圖2中的符號(hào)φEM電勵(lì)磁磁通；五具體實(shí)施方式
圖1和圖2分別給出了本發(fā)明混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承的縱剖面和截面圖。定子導(dǎo)磁套分為左右兩個(gè)部分，左導(dǎo)磁套由定子導(dǎo)磁襯套16置于定子非導(dǎo)磁襯套15外側(cè)構(gòu)成；右導(dǎo)磁套由導(dǎo)磁襯套2置于非導(dǎo)磁套3外側(cè)構(gòu)成，導(dǎo)磁套中間嵌有永磁磁環(huán)1，永磁磁環(huán)的充磁方向?yàn)檩S向充磁。保證氣隙永磁偏置磁密不變的前提下，調(diào)節(jié)非導(dǎo)磁套和導(dǎo)磁套厚度比例，可以調(diào)節(jié)磁環(huán)的尺寸和工作氣隙偏置磁場(chǎng)，使永磁磁環(huán)可以方便加工和裝配。永磁導(dǎo)磁軛兩端即左右兩個(gè)定子定子非導(dǎo)磁套15和3內(nèi)側(cè)壓裝左定子鐵心14和右定子鐵心4，它們由導(dǎo)磁性能良好的硅鋼片疊成，永磁磁環(huán)1的充磁方向?yàn)檩S向充磁，可嵌在左定子導(dǎo)磁襯套16與右定子導(dǎo)磁襯套2之間，或者左定子導(dǎo)磁襯套16和左非導(dǎo)磁襯套15之間，或者嵌在非導(dǎo)磁襯套15與左定子鐵心14之間，也可嵌在右定子導(dǎo)磁襯套2和右非導(dǎo)磁襯套3之間，或者右非導(dǎo)磁襯套3與右定子鐵心4之間。每個(gè)定子鐵心沿圓周對(duì)稱分布4個(gè)磁極，相對(duì)的兩個(gè)磁極屬同自由度磁極，分別記為X、Y自由度磁極，每個(gè)磁極上套有一個(gè)電勵(lì)磁繞組，如圖1中勵(lì)磁繞組5、9、10、13即同屬于Y自由度磁極繞組。同一自由度繞組正向串聯(lián)，產(chǎn)生的磁通一邊流向磁極，一邊流出磁極，如圖2所示。磁極采用直齒結(jié)構(gòu)，方便繞組裝卸。左右定子鐵心14、4同自由度磁極對(duì)齊安裝。
轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁套由轉(zhuǎn)子非導(dǎo)磁襯套7、11內(nèi)側(cè)分別安裝在轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁襯套8外側(cè)所組成，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁套兩端即左、右兩個(gè)轉(zhuǎn)子非導(dǎo)磁襯套11與7的外側(cè)分別裝有左右轉(zhuǎn)子鐵心6、12。轉(zhuǎn)子鐵心為圓環(huán)形由導(dǎo)磁性能良好的硅鋼片疊成，分別與定子鐵心4、14對(duì)齊裝配。定子鐵心內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子鐵心外表面之間留有空氣隙，使轉(zhuǎn)子無接觸支撐。
定子非導(dǎo)磁襯套3、15和轉(zhuǎn)子非導(dǎo)磁襯套7、11為調(diào)節(jié)永磁磁環(huán)尺寸和氣隙偏置磁場(chǎng)的作用，根據(jù)需要可以使用其中1個(gè)或其中2個(gè)或其中3個(gè)全部4個(gè)。
本發(fā)明的混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承，其磁路為永磁磁通φPM經(jīng)永磁磁環(huán)1、左定子導(dǎo)磁套、左定子鐵心14軛部、左定子鐵心14磁極、左氣隙、左轉(zhuǎn)子鐵心12、左轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁套8、右轉(zhuǎn)子鐵心6、右氣隙、右定子鐵心磁極4、右定子鐵心4軛部、右定子導(dǎo)磁套形成磁環(huán)路，如圖1所示。電勵(lì)磁同自由度繞組正向串聯(lián)，其產(chǎn)生的磁通φEM依次流經(jīng)定子磁極14、氣隙、轉(zhuǎn)子鐵心12、氣隙、定子鐵心14磁極、定子鐵心14軛部，如圖2所示。
權(quán)利要求
1.一種低損耗混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承，包括定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述定子包括左導(dǎo)磁套和右導(dǎo)磁套，左、右兩個(gè)導(dǎo)磁套之間嵌有永磁磁環(huán)(1)，左導(dǎo)磁套內(nèi)壓裝左定子鐵心(14)，右導(dǎo)磁套內(nèi)壓裝右定子鐵心(4)，每個(gè)定子鐵心沿圓周對(duì)稱分布4個(gè)磁極，相對(duì)的兩個(gè)磁極屬同自由度磁極，每個(gè)磁極上套裝一個(gè)電勵(lì)磁繞組，同一自由度繞組正向串聯(lián)；所述轉(zhuǎn)子為徑向磁浮軸承轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁套，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁套外側(cè)壓裝左、右兩個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心(12)和(6)，分別與左、右兩個(gè)定子鐵心(14)、(4)留有氣隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低損耗混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承，其特征在于，左導(dǎo)磁套包括左導(dǎo)磁襯套(16)，左非導(dǎo)磁襯套(15)置于左導(dǎo)磁襯套(16)內(nèi)側(cè)；右導(dǎo)磁套包括左導(dǎo)磁襯套(2)，右非導(dǎo)磁襯套(3)置于右導(dǎo)磁襯套(2)內(nèi)側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低損耗混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承，其特征在于，永磁磁環(huán)(1)的充磁方向?yàn)檩S向充磁，可嵌在左定子導(dǎo)磁襯套(16)與右定子導(dǎo)磁襯套(2)之間，或者左定子導(dǎo)磁襯套(16)和左非導(dǎo)磁襯套(15)之間，或者嵌在非導(dǎo)磁襯套(15)與左定子鐵心(14)之間，也可嵌在右定子導(dǎo)磁襯套(2)和右非導(dǎo)磁襯套(3)之間，或者右非導(dǎo)磁襯套(3)與右定子鐵心(4)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低損耗混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承，其特征在于，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁套包括轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁襯套(8)安裝在左、右非導(dǎo)磁襯套(11)與(7)的內(nèi)側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低損耗混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承，其特征在于，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁套包括轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁襯套(8)安裝在左、右非導(dǎo)磁襯套(11)與(7)的內(nèi)側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低損耗混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承，其特征在于，定子鐵心的磁極為直齒結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低損耗混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承，其特征在于，定子鐵心的磁極為直齒結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低損耗混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承，其特征在于，定子鐵心的磁極為直齒結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的低損耗混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承，其特征在于，非導(dǎo)磁襯套(15)、(3)、(11)與(7)可以使用其中1個(gè)或其中2個(gè)或其中3個(gè)或全部4個(gè)。
全文摘要
一種低損耗混合勵(lì)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承，屬非接觸磁浮軸承類的內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁浮軸承。本軸承包括定子和轉(zhuǎn)子。定子包括由導(dǎo)磁襯套(2)與非導(dǎo)磁襯套(3)組成的定子右導(dǎo)磁套，導(dǎo)磁襯套(16)與非導(dǎo)磁襯套(15)組成的定子左導(dǎo)磁套，還包括永磁磁環(huán)(1)，左、右兩個(gè)定子鐵心(14)和(4)，以及套在定子鐵心磁極上的電勵(lì)磁繞組(5)、(9)、(10)、(13)；轉(zhuǎn)子包括左、右兩個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心(12)與(6)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁襯套(8)和左右兩個(gè)非導(dǎo)磁套(11)與(7)。本軸承的特點(diǎn)是電勵(lì)磁磁通不經(jīng)過永磁體，磁路磁阻低，很小的勵(lì)磁電流就能產(chǎn)生需要的控制磁通，不僅系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，也降低了電勵(lì)磁的損耗。電勵(lì)磁磁極為直齒結(jié)構(gòu)，繞組裝卸方便。不僅實(shí)現(xiàn)徑向主動(dòng)懸浮，在軸向還有一定的被動(dòng)懸浮能力。
文檔編號(hào)F16C32/04GK1743691SQ20051009452
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2005年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月26日
發(fā)明者朱德明, 嚴(yán)仰光, 王慧貞, 張方華 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)