專利名稱：低功耗外轉(zhuǎn)子徑向磁軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種非接觸式磁懸浮軸承，特別涉及一種低功耗外轉(zhuǎn)子徑向磁軸 承。
背景技術(shù)：
磁懸浮軸承按照勵磁提供方式，分為三類，即無源磁懸浮軸承、有源磁懸浮軸承及 混合磁懸浮軸承。無源磁懸浮軸承的穩(wěn)定域很小，而且不可控，不能實現(xiàn)真正的穩(wěn)定懸浮。 有源磁懸浮軸承采用電流產(chǎn)生偏置磁場，工作電流大、功耗大。混合磁懸浮軸承利用永磁體 磁場代替電流產(chǎn)生的偏置磁場，使永磁偏置磁場承擔主要的承載力，電磁磁場提供輔助的 調(diào)節(jié)承載力，能夠降低功率損耗，減少勵磁線圈的安匝數(shù)，另一方面為實現(xiàn)低功耗，勵磁線 圈產(chǎn)生的磁通不應(yīng)該通過永磁體，但現(xiàn)有的永磁偏置磁懸浮軸承，一般是在電磁磁路上放 置永磁體，然后在永磁體的下面或側(cè)面預(yù)留特定大小的空氣隙，以允許電磁場通過；上述永 磁偏置電磁調(diào)節(jié)軸承中，永磁偏置磁場從X、Y軸正負四個方向，對磁懸浮轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生大小相 等的吸引力，且合力為零，并不能抵消轉(zhuǎn)子本身的重力，所以勵磁電流不是很小，系統(tǒng)功耗 不是很低；永磁偏置磁場和電磁磁場相疊加，磁通密度增大一側(cè)的吸引力變大，磁通密度減 小一側(cè)的吸引力變小，不平衡的受力產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子徑向運動的動力，但磁通密度減少一側(cè)的 磁通不可能完全為零，這種非零磁場將產(chǎn)生徑向調(diào)節(jié)的阻力，影響動態(tài)響應(yīng)的速度；依靠特 定大小的空氣隙將永磁磁路和電磁磁路分開，若空氣隙過大，電磁通過阻力較大，若空氣隙 過小，永磁建立的偏置磁場將變?nèi)酢Ｋ阅壳坝来牌么艖腋≥S承存在重力干擾、功耗大、 動態(tài)響應(yīng)差、磁路交叉等缺點。

實用新型內(nèi)容本實用新型的任務(wù)在于解決現(xiàn)有技術(shù)磁懸浮軸承所存在的上述技術(shù)缺陷，提供一 種低功耗外轉(zhuǎn)子徑向磁軸承。其技術(shù)解決方案是一種低功耗外轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其包括定子總成與轉(zhuǎn)子總成，定子總成設(shè)置有定 子鐵芯，轉(zhuǎn)子總成設(shè)置有轉(zhuǎn)子鐵芯；上述定子總成位于轉(zhuǎn)子總成內(nèi)部，上述定子鐵芯包括位 于左端的四只電磁鐵芯、位于右端的四只電磁鐵芯與位于中央段的內(nèi)永磁鐵芯環(huán)，上述左 端的電磁鐵芯與內(nèi)永磁鐵芯環(huán)、以及內(nèi)永磁鐵芯環(huán)與右端的電磁鐵芯之間均設(shè)置有內(nèi)隔磁 環(huán)，任一端的所有電磁鐵芯上都繞有勵磁線圈，并組成四個方向的電磁磁極，在將磁軸承的 軸向斷面或端面視為坐標平面，以定子總成的軸心作為平面坐標系原點的情形下，四個方 向的電磁磁極分別分布在X軸、Y軸的正負方向上，左、右兩端所有電磁鐵芯一共形成八個 電磁磁極，內(nèi)永磁鐵芯環(huán)由左、右兩個定子鐵芯環(huán)分部組成，兩個定子鐵芯環(huán)分部在Y軸正 方向上的對應(yīng)部位之間設(shè)置有內(nèi)導(dǎo)磁半環(huán)，兩個定子鐵芯分部在Y軸負方向上的對應(yīng)部位 之間設(shè)置有軸向磁化內(nèi)永磁半環(huán)；轉(zhuǎn)子鐵芯設(shè)置有左端轉(zhuǎn)子鐵芯部、右端定子鐵芯部及位 于中央段的外永磁鐵芯環(huán)，在左、右端轉(zhuǎn)子鐵芯部與外永磁鐵芯環(huán)之間均設(shè)置有外隔磁環(huán)，外永磁鐵芯環(huán)由左、右兩個轉(zhuǎn)子鐵芯環(huán)分部組成，兩個轉(zhuǎn)子鐵芯分部之間設(shè)置有軸向磁化 外永磁環(huán)。在上述左端的電磁鐵芯與左端轉(zhuǎn)子鐵芯部的對應(yīng)部位之間、右端的電磁鐵芯與右 端轉(zhuǎn)子鐵芯部的對應(yīng)部位之間、以及左定子鐵芯環(huán)分部與左轉(zhuǎn)子鐵芯環(huán)分部對應(yīng)部位之 間、右定子鐵芯環(huán)分部與右轉(zhuǎn)子鐵芯環(huán)分部對應(yīng)部位之間均設(shè)置有空氣隙。本實用新型的有益技術(shù)效果是采用永磁上吸下斥結(jié)構(gòu)來抵消轉(zhuǎn)子自身的重力，可以將轉(zhuǎn)子視為沒有質(zhì)量的理想 介質(zhì)，簡化了調(diào)節(jié)平衡位置的策略，降低了勵磁線圈中調(diào)節(jié)電流的大小，從而將軸承的損耗 降至最低；將磁軸承的永磁磁路和電磁磁路相分離，完全獨立，互不干涉，既保證了電磁磁 路不通過永磁體內(nèi)部，杜絕了電磁磁路的磁損耗，又保證了永磁磁路不干擾轉(zhuǎn)子平衡位置 的調(diào)節(jié)，提高了穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)特性；永磁磁路和電磁磁路對轉(zhuǎn)軸的切向運動均不會產(chǎn) 生運動阻力，在消除了軸承的接觸摩擦力后，并沒有增加新的非接觸阻力，并且產(chǎn)生電磁場 所需的勵磁電流只有大小變化，而無方向變化，減少了磁軸承的鐵損，進一步降低了系統(tǒng)功
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以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步說明


圖1為本實用新型一種實施方式的結(jié)構(gòu)原理示意圖，示出了其軸向截面結(jié)構(gòu)。圖2示出了
圖1方式中的軸向端面結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
結(jié)合
圖1與圖2，一種低功耗外轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其包括定子總成與轉(zhuǎn)子總成，定 子總成設(shè)置有定子鐵芯，轉(zhuǎn)子總成設(shè)置有轉(zhuǎn)子鐵芯，上述定子總成位于轉(zhuǎn)子總成內(nèi)部。上述 定子鐵芯包括位于左端的四只電磁鐵芯1、位于右端的四只電磁鐵芯2與位于中央段的內(nèi) 永磁鐵芯環(huán)。上述左端的電磁鐵芯1與內(nèi)永磁鐵芯環(huán)設(shè)置有內(nèi)隔磁環(huán)3，內(nèi)永磁鐵芯環(huán)與右 端的電磁鐵芯2之間設(shè)置有內(nèi)隔磁環(huán)4，左端的四只電磁鐵芯1上都繞有勵磁線圈5，并組 成四個方向的電磁磁極，在將磁軸承的軸向斷面或端面視為坐標平面，以定子總成的軸心 作為平面坐標系原點的情形下，四個方向的電磁磁極分別分布在X軸、Y軸的正負方向上， 右端的四只電磁鐵芯2上都繞有勵磁線圈6，并組成四個方向的電磁磁極，四個方向的電磁 磁極也分別分布在X軸、Y軸的正負方向上，左、右兩端所有電磁鐵芯一共形成八個電磁磁 極。內(nèi)永磁鐵芯環(huán)由左定子鐵芯環(huán)分部7與右定子鐵芯環(huán)分部8組成，左定子鐵芯環(huán)分部 7與右定子鐵芯環(huán)分部8在Y軸正方向上的對應(yīng)部位之間設(shè)置有內(nèi)導(dǎo)磁半環(huán)9，左定子鐵芯 環(huán)分部7與右定子鐵芯環(huán)分部8在Y軸負方向上的對應(yīng)部位之間設(shè)置有軸向磁化內(nèi)永磁半 環(huán)10。轉(zhuǎn)子鐵芯設(shè)置有左端轉(zhuǎn)子鐵芯部11、右端定子鐵芯部12及位于中央段的外永磁鐵 芯環(huán)，在左端轉(zhuǎn)子鐵芯部11與外永磁鐵芯環(huán)之間設(shè)置有外隔磁環(huán)13，在右端轉(zhuǎn)子鐵芯部12 與外永磁鐵芯環(huán)之間設(shè)置有外隔磁環(huán)14。外永磁鐵芯環(huán)由左轉(zhuǎn)子鐵芯環(huán)分部15與右轉(zhuǎn)子 鐵芯環(huán)分部16組成，左轉(zhuǎn)子鐵芯環(huán)分部15與右轉(zhuǎn)子鐵芯環(huán)分部16之間設(shè)置有軸向磁化外 永磁環(huán)17。在上述左端的電磁鐵芯1與左端轉(zhuǎn)子鐵芯部11的對應(yīng)部位之間，右端的電磁 鐵芯2與右端轉(zhuǎn)子鐵芯部12的對應(yīng)部位之間，以及左定子鐵芯環(huán)分部7與左轉(zhuǎn)子鐵芯環(huán)分部15對應(yīng)部位之間、右定子鐵芯環(huán)分部8與右轉(zhuǎn)子鐵芯環(huán)分部16對應(yīng)部位之間均設(shè)置有 空氣隙18。上述實施方式中，導(dǎo)磁部件均用導(dǎo)磁性能良好的材料制成，如電工純鐵、碳鋼、鑄 鋼、合金鋼等磁性材料。鐵芯部件可用導(dǎo)磁性能良好的電工薄鋼板制作，如電工純鐵、電工 硅鋼板等磁性材料沖壓迭加而成。永磁部件為磁性能良好的釹鐵硼稀土合金永磁材料或鐵 氧體材料制成。勵磁線圈用電流密度較大的漆包線繞制后浸漆烘干得到。隔磁部件用隔磁 效果好的合金材料制成。其工作原理大致是利用永磁體與鐵芯之間的吸引力，以及永磁體與永磁體之間的排斥力，來抵消轉(zhuǎn) 子自身的重力，使轉(zhuǎn)子工作在無重力狀態(tài)下，而勵磁線圈產(chǎn)生的電磁場主要起到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子 平衡位置的作用。其上吸永磁磁路為磁通從外永磁環(huán)N極出發(fā)，通過一端外導(dǎo)磁環(huán)、轉(zhuǎn)子 永磁鐵芯、氣隙、定子永磁鐵芯、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)，到達另一端的定子永磁鐵芯、氣隙、轉(zhuǎn)子永磁鐵 芯、另一端的外導(dǎo)磁環(huán)，回到外永磁環(huán)S極。下斥永磁磁路分為(1)磁通從外永磁環(huán)N極出 發(fā)，通過一端外導(dǎo)磁環(huán)、轉(zhuǎn)子永磁鐵芯、氣隙、到達另一端的轉(zhuǎn)子永磁鐵芯、另一端的外導(dǎo)磁 環(huán)，回到永磁體S極。(2)磁通從內(nèi)永磁半環(huán)N極出發(fā)，通過一端內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、定子永磁鐵芯、 氣隙、到達另一端的定子永磁鐵芯、另一端的內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)，回到內(nèi)永磁半環(huán)S極，如
圖1所示。 以某端Y軸正方向勵磁線圈通電產(chǎn)生磁通為例，其電磁磁路路徑為通過Y軸正方向定子鐵 芯、Y軸正方向氣隙、轉(zhuǎn)子鐵芯、另外三個方向氣隙、另外三個方向的定子鐵芯，回到Y(jié)軸正 方向定子鐵芯，如圖2所示。
權(quán)利要求一種低功耗外轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其包括定子總成與轉(zhuǎn)子總成，定子總成設(shè)置有定子鐵芯，轉(zhuǎn)子總成設(shè)置有轉(zhuǎn)子鐵芯；其特征在于所述定子總成位于轉(zhuǎn)子總成內(nèi)部，上述定子鐵芯包括位于左端的四只電磁鐵芯、位于右端的四只電磁鐵芯與位于中央段的內(nèi)永磁鐵芯環(huán)，上述左端的電磁鐵芯與內(nèi)永磁鐵芯環(huán)、以及內(nèi)永磁鐵芯環(huán)與右端的電磁鐵芯之間均設(shè)置有內(nèi)隔磁環(huán)，任一端的所有電磁鐵芯上都繞有勵磁線圈，并組成四個方向的電磁磁極，在將磁軸承的軸向斷面或端面視為坐標平面，以定子總成的軸心作為平面坐標系原點的情形下，四個方向的電磁磁極分別分布在X軸、Y軸的正負方向上，左、右兩端所有電磁鐵芯一共形成八個電磁磁極，內(nèi)永磁鐵芯環(huán)由左、右兩個定子鐵芯環(huán)分部組成，兩個定子鐵芯環(huán)分部在Y軸正方向上的對應(yīng)部位之間設(shè)置有內(nèi)導(dǎo)磁半環(huán)，兩個定子鐵芯分部在Y軸負方向上的對應(yīng)部位之間設(shè)置有軸向磁化內(nèi)永磁半環(huán)；轉(zhuǎn)子鐵芯設(shè)置有左端轉(zhuǎn)子鐵芯部、右端定子鐵芯部及位于中央段的外永磁鐵芯環(huán)，在左、右端轉(zhuǎn)子鐵芯部與外永磁鐵芯環(huán)之間均設(shè)置有外隔磁環(huán)，外永磁鐵芯環(huán)由左、右兩個轉(zhuǎn)子鐵芯環(huán)分部組成，兩個轉(zhuǎn)子鐵芯分部之間設(shè)置有軸向磁化外永磁環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗外轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于在所述左端的電磁 鐵芯與左端轉(zhuǎn)子鐵芯部的對應(yīng)部位之間、右端的電磁鐵芯與右端轉(zhuǎn)子鐵芯部的對應(yīng)部位之 間、以及左定子鐵芯環(huán)分部與左轉(zhuǎn)子鐵芯環(huán)分部對應(yīng)部位之間、右定子鐵芯環(huán)分部與右轉(zhuǎn) 子鐵芯環(huán)分部對應(yīng)部位之間均設(shè)置有空氣隙。
專利摘要本實用新型公開一種低功耗外轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，定子總成位于轉(zhuǎn)子總成內(nèi)部，定子鐵芯包括分別位于左、右端的八只電磁鐵芯及位于中央段的內(nèi)永磁鐵芯環(huán)，任一端的電磁鐵芯上都繞有勵磁線圈，并組成四個方向的電磁磁極，分別分布在X軸、Y軸的正負方向上，左、右兩端電磁鐵芯一共形成八個電磁磁極，內(nèi)永磁鐵芯環(huán)的組成部分之間在Y軸正方向上設(shè)置內(nèi)導(dǎo)磁半環(huán)，在Y軸負方向上設(shè)置軸向磁化內(nèi)永磁半環(huán)；轉(zhuǎn)子鐵芯設(shè)置左、右兩端轉(zhuǎn)子鐵芯部及位于中央段的外永磁鐵芯環(huán)，外永磁鐵芯環(huán)的組成部分之間設(shè)置軸向磁化外永磁環(huán)。本實用新型既能杜絕電磁磁路的磁損耗，又能保證永磁磁路不干擾轉(zhuǎn)子平衡位置的調(diào)節(jié)，有利于提高穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)特性。
文檔編號F16C32/04GK201696490SQ20102019941
公開日2011年1月5日 申請日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者孫傳余, 李鵬, 肖林京, 高峰 申請人:山東科技大學(xué)