本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種用于臥式轉(zhuǎn)子的軸向-徑向永磁偏置磁懸浮軸承。

背景技術(shù)：

磁懸浮軸承是一種利用磁場力將轉(zhuǎn)子懸浮在定子空間并穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的新型高性能軸承。其轉(zhuǎn)子和定子之間沒有任何機(jī)械接觸，具有無摩擦損耗、無需潤滑、壽命長等普通軸承難以比擬的優(yōu)點(diǎn)。磁懸浮軸承的機(jī)械部分有軸向軸承和徑向軸承兩種，軸向軸承由定子(電磁鐵)和推力盤構(gòu)成，徑向軸承由定子(電磁鐵)和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。

傳統(tǒng)的磁懸浮軸承系統(tǒng)一般采用兩個(gè)徑向磁軸承和一個(gè)軸向磁軸承來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子五個(gè)自由度的穩(wěn)定懸浮，這三個(gè)磁軸承在軸向占據(jù)了相當(dāng)?shù)目臻g，限制了電機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)永磁偏置磁懸浮軸承，各偏置磁極在各自由度上產(chǎn)生的永磁力會(huì)相互抵消，仍需要對(duì)控制繞組通過較大的電流以產(chǎn)生較大單邊磁拉力來克服重力，導(dǎo)致其體積和功耗依然可觀。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種用于臥式轉(zhuǎn)子的軸向-徑向永磁偏置磁懸浮軸承裝置，以實(shí)現(xiàn)五個(gè)自由度的穩(wěn)定懸浮、減小徑向尺寸以適用于微型化；消除軸向控制和徑向控制的耦合；降低功耗、提高提系統(tǒng)的可靠性。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種永磁偏置磁懸浮軸承，包括，定子、轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)軸、軸向控制繞組、徑向控制繞組和永磁體，其中：所述轉(zhuǎn)軸是圓柱形；所述轉(zhuǎn)子鐵芯環(huán)繞所述轉(zhuǎn)軸設(shè)置；所述定子設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子鐵芯外,所述定子和所述轉(zhuǎn)子鐵芯不接觸；所述永磁體嵌入到所述定子中，所述軸向控制繞組和所述徑向控制繞組均位于所述定子上，其中所述軸向控制繞組與所述轉(zhuǎn)軸的軸線平行設(shè)置，所述徑向控制繞組與所述轉(zhuǎn)軸的軸線垂直設(shè)置；所述永磁體、所述定子、兩對(duì)徑向控制繞組、一對(duì)軸向控制繞組構(gòu)成一組磁極。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)子鐵芯采用軸肩定位的方式環(huán)繞所述轉(zhuǎn)軸設(shè)置。

結(jié)合第一方面或第一方面的第一種可能實(shí)施方式，本發(fā)明提供了第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)軸中心對(duì)稱的部位向外有凸起部分；所述定子的形狀為凹形，所述定子的凹口部分與所述轉(zhuǎn)子鐵芯的凸起部分采用非接觸方式套設(shè)。

結(jié)合第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明提供了第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，所述定子和所述轉(zhuǎn)子鐵芯之間沿軸線方向形成軸向控制氣隙；所述定子和所述轉(zhuǎn)子鐵芯之間垂直于軸線方向形成徑向控制氣隙。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明提供了第一方面的第四種可能的實(shí)施方式，所述定子、所述轉(zhuǎn)子鐵芯和所述軸向控制氣隙形成軸向磁通路；所述定子、所述轉(zhuǎn)子鐵芯和所述徑向控制氣隙形成徑向磁通路。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明提供了第一方面的第五種可能的實(shí)施方式，所述磁極上的定子中嵌入的永磁體，與關(guān)于轉(zhuǎn)軸對(duì)稱的磁極上的定子中嵌入的永磁體，相對(duì)設(shè)置為上永磁體和下永磁體。

結(jié)合第一方面的第五種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明提供了第一方面的第六種可能的實(shí)施方式，所述上永磁體和所述下永磁體為相對(duì)設(shè)置的軸向半圓環(huán)。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明提供了第一方面的第七種可能的實(shí)施方式，所述上永磁體采用稀土永磁材料或鐵氧體永磁材料制成，所述下永磁體采用稀土永磁材料或鐵氧體永磁材料制成。

結(jié)合第一方面的第五～第七中可能的實(shí)施方式，本發(fā)明提供了第一方面的第八種可能的實(shí)施方式，所述上永磁體軸向?qū)挾葹橄掠来朋w軸向?qū)挾鹊?～2倍。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明提供了第一方面的第九種可能的實(shí)施方式，所述永磁偏置磁懸浮軸承的兩組磁極之間的夾角確定方式為：M＝360^o/(2*2ⁿ)，其中n為大于等于1的整數(shù)。

通過采用上述技術(shù)方案，提供了一種永磁偏置磁懸浮軸承，包括，定子、轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)軸、軸向控制繞組、徑向控制繞組和永磁體，其中：轉(zhuǎn)軸是圓柱形；轉(zhuǎn)子鐵芯環(huán)繞轉(zhuǎn)軸設(shè)置；定子設(shè)置在轉(zhuǎn)子鐵芯外,定子和轉(zhuǎn)子鐵芯不接觸；永磁體嵌入到定子中，軸向控制繞組和徑向控制繞組均位于定子上，其中軸向控制繞組與轉(zhuǎn)軸的軸線平行設(shè)置，徑向控制繞組與轉(zhuǎn)軸的軸線垂直設(shè)置；永磁體、定子、兩對(duì)徑向控制繞組、一對(duì)軸向控制繞組構(gòu)成一組磁極。在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子五個(gè)自由度的穩(wěn)定懸浮時(shí)，不需要占用較大的空間，體積較小、功耗較低。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種軸向-徑向磁懸浮軸承截面圖；

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種具有2組磁極的軸向端面圖；

圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例所提出的一種具有4組磁極的軸向端面圖。

附圖標(biāo)記：101-定子；102-轉(zhuǎn)子鐵芯；103-轉(zhuǎn)盤；104-軸向控制繞組；105-徑向控制繞組；200-永磁體；106-下永磁體；107-上永磁體；108軸向控制氣隙；109-徑向控制氣隙；110-磁極；201-轉(zhuǎn)子；120-一組磁極。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明主要針對(duì)一種永磁偏置磁懸浮軸承。下面通過實(shí)施例一進(jìn)行描述。

本發(fā)明實(shí)施例一提出一種永磁偏置磁懸浮軸承，如圖1所示，為永磁偏置磁懸浮軸承的軸向截面圖，該永磁偏置磁懸浮軸承包括定子101，轉(zhuǎn)子鐵芯102，轉(zhuǎn)軸103，軸向控制104，徑向控制繞組105，永磁體200。

在一種實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)軸103可以是圓柱體形其中，圓柱體形可以是粗細(xì)均勻的圓柱體形，也可以是上下粗細(xì)不均勻的圓柱體形，在此不做具體的限定。

轉(zhuǎn)子鐵芯102環(huán)繞轉(zhuǎn)軸103設(shè)置，定子101設(shè)置在轉(zhuǎn)子鐵芯102外，定子101和轉(zhuǎn)子鐵芯102不接觸。永磁體106嵌入到定子101中，軸向控制繞組104和徑向控制繞組105均位于定子101上，其中軸向控制繞組104是與轉(zhuǎn)軸103的軸線平行的控制繞組，徑向控制繞組105與是轉(zhuǎn)軸103的軸線垂直的控制繞組。

在本發(fā)明實(shí)施例提出的技術(shù)方案中，永磁體106、定子101、兩對(duì)徑向控制繞組105、一對(duì)軸向控制繞組104構(gòu)成一組磁極120，一組磁極有兩個(gè)磁極110。

在本發(fā)明實(shí)施例提出的技術(shù)方案中轉(zhuǎn)子鐵芯102采用軸肩定位的方式環(huán)繞轉(zhuǎn)軸103設(shè)置，所述轉(zhuǎn)子鐵芯102與所述轉(zhuǎn)軸103統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)子201。

在本發(fā)明實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子鐵芯102和轉(zhuǎn)軸中心對(duì)稱的部位向外有凸起部分；定子101的形狀為凹形，定子101的凹形部分與轉(zhuǎn)子鐵芯102的凸起部分采用非接觸方式套設(shè)。

其中，定子101可以采用導(dǎo)磁性能良好的材料制成，例如電工純鐵或者硅鋼片。相應(yīng)地，轉(zhuǎn)子鐵芯102可以導(dǎo)磁性能良好的材料制成，例如電工純鐵或是硅鋼片。定子101和轉(zhuǎn)子鐵芯102的材料可以一樣也可以不一樣，或者采用其他導(dǎo)磁性能良好的材料，在此不做具體要求。

在本發(fā)明實(shí)施例中，定子101與轉(zhuǎn)子鐵芯102之間沿軸線方向形成軸向控制氣隙108；沿垂直于軸線方向形成徑向控制氣隙109。

在本發(fā)明實(shí)施例中，定子101，轉(zhuǎn)子鐵芯102和軸向控制氣隙108形成軸向磁通路，定子101，轉(zhuǎn)子鐵芯102和徑向控制氣隙109形成徑向磁通路。

在本發(fā)明實(shí)施例中，磁極110上的定子101中嵌入永磁體200，與關(guān)于軸承103對(duì)稱的磁極上的定子101中嵌入的永磁體200，相對(duì)設(shè)置為上永磁體107和下永磁體106。

其中上永磁體107為軸向半圓環(huán)，下永磁體106也為軸向半圓環(huán)；上永磁體107采用永磁材料或者鐵氧體永磁材料制成，下永磁體106采用稀土永磁材料或者鐵氧體永磁材料制成，上永磁體107和下永磁體106的材料可以一樣也可以不一樣，在此不做具體要求。

其中上永磁體107軸向?qū)挾葹橄掠来朋w軸向?qū)挾鹊?～2倍。

在本發(fā)明實(shí)施例中，永磁偏置磁懸浮軸承111的兩組磁極之間的夾角為360°/(2*2ⁿ)，其中n為大于等于1的整數(shù)，圖2是當(dāng)n取1時(shí)有4組磁極的永磁偏置磁懸浮軸承的軸向端面圖，圖3是當(dāng)n等于2時(shí)有8組磁極的永磁偏置磁懸浮軸承的軸向端面圖。

在本發(fā)明實(shí)施例中，其中，永磁偏置磁懸浮軸承中的轉(zhuǎn)子鐵芯102偏移平衡位置，軸向控制氣隙108變小或變大時(shí)，通過調(diào)整通入軸向控制繞組104中的電流，使得轉(zhuǎn)子鐵芯102承受額外軸向磁場力而回到平衡位置，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸103穩(wěn)定懸浮旋轉(zhuǎn)。

其中，永磁偏置磁懸浮軸承中的轉(zhuǎn)子鐵芯102偏移平衡位置，徑向控制氣隙109變小或變大時(shí)，通過調(diào)整通入徑向控制繞組105中的電流，使得轉(zhuǎn)子鐵芯102承受額外軸向磁場力而回到平衡位置，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸103穩(wěn)定懸浮旋轉(zhuǎn)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，永磁體通過定子101，徑向控制氣隙109和轉(zhuǎn)子鐵芯102構(gòu)成磁通路，由于上永磁體107與下永磁體106的軸向?qū)挾炔煌来磐贩謩e在上下徑向控制氣隙書產(chǎn)生不同大小的永磁拉力，二力合成后對(duì)轉(zhuǎn)子存在單邊磁拉力，用以克服重力。由于軸向控制繞組104和徑向控制繞組105只需承擔(dān)轉(zhuǎn)子鐵芯102收到的擾動(dòng)力，因此該結(jié)構(gòu)懸浮電流較小，功耗小，提高了系統(tǒng)的可靠性。

在本發(fā)明實(shí)施例中，該永磁置磁懸浮軸承為軸向-徑向永磁置磁懸浮軸承，主要用于臥式轉(zhuǎn)子；該磁懸浮軸承采用一個(gè)軸承代替?zhèn)鹘y(tǒng)磁懸浮軸承系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子五個(gè)自由度的穩(wěn)定懸浮。該磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)緊湊，，徑向尺寸較小，適用于微型化、體積小的應(yīng)用場合。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時(shí)慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

最后應(yīng)說明的是：以上所述實(shí)施例，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改或可輕易想到變化，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。