本發(fā)明屬于磁軸承領(lǐng)域，具體涉及一種同極式永磁偏置徑向磁軸承。

背景技術(shù)：

同極式永磁偏置徑向磁軸承的氣隙內(nèi)存在兩種磁場(chǎng)：電勵(lì)磁控制磁場(chǎng)和永磁偏置磁場(chǎng)。同極式永磁偏置徑向磁軸承內(nèi)永磁體產(chǎn)生的永磁偏置磁場(chǎng)承擔(dān)主要承載力，電磁磁場(chǎng)提供輔助的調(diào)節(jié)承載力，因而這種軸承可大大減小控制電流，具有功放損耗低、單位體積承載力大、軸承體積小等優(yōu)點(diǎn)。

從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，同極式永磁偏置徑向磁軸承的極數(shù)少，偏置磁場(chǎng)不存在換向，因而旋轉(zhuǎn)損耗低；而且永磁體與鐵心相對(duì)獨(dú)立，便于加工制造。

然而，目前的同極式徑向磁軸承的結(jié)構(gòu)本身存在一定的問(wèn)題：首先，磁極與外殼之間存在一定的漏磁磁通，直接影響磁軸承的電磁性能；其次，由于軸向磁通的存在，必然導(dǎo)致其軸向長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，不利于提高轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種低損耗、高轉(zhuǎn)速、外殼漏磁較小的同極式永磁偏置徑向磁軸承。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的同極式永磁偏置徑向磁軸承包括定子組件和同軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在所述定子組件內(nèi)的轉(zhuǎn)子組件；所述定子組件包括二個(gè)同軸且間隔布置的定子鐵心，每一所述定子鐵心上具有四個(gè)沿圓周向間隔分布的定子鐵心磁極和四個(gè)連接二個(gè)相鄰的所述的定子鐵心磁極的定子鐵心磁軛，所述四個(gè)定子鐵心磁極和所述四個(gè)定子鐵心磁軛沿圓周向間隔收尾相連形成環(huán)形；一個(gè)所述定子鐵心的水平方向上的二個(gè)所述鐵心磁極上分別繞指有一個(gè)線圈繞組，另一所述定子鐵心的豎直方向上的二個(gè)所述定子鐵心磁極上分別繞置有一個(gè)線圈繞組；每一所述定子鐵心的每一所述定子鐵心磁軛上繞置有一個(gè)軛部繞組；每一所述定子鐵心磁極外側(cè)貼有片狀永磁體和外導(dǎo)磁環(huán)，每一所述片狀永磁體均為沿徑向充磁，每一所述定子鐵心上的所述片狀永磁體沿周向互不相連，每一所述定子鐵心上相鄰的二個(gè)所述外導(dǎo)磁環(huán)之間嵌入有結(jié)構(gòu)片，每一所述定子鐵心上所述外導(dǎo)磁環(huán)與所述結(jié)構(gòu)片形成環(huán)形；所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸，二個(gè)同軸且間隔布置的轉(zhuǎn)子鐵心和內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)環(huán)繞設(shè)置在所述轉(zhuǎn)軸外，二個(gè)所述轉(zhuǎn)子鐵心分別與所述定子組件中的二個(gè)所述定子鐵心相對(duì)應(yīng)，所述內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)同軸設(shè)置在二個(gè)所述轉(zhuǎn)子鐵心之間，每一所述轉(zhuǎn)子鐵心的外周壁與對(duì)應(yīng)的所述定子鐵心的外周壁之間留有工件氣隙。

作為優(yōu)選方案，每一所述線圈繞組的尺寸和匝數(shù)均相同，每一所述軛部繞組的尺寸和匝數(shù)均相同。

作為優(yōu)選方案，所述片狀永磁體由釹鐵硼或釤鈷制成，每一所述片狀永磁體的尺寸和形狀均相同。

作為優(yōu)選方案，所述定子鐵心由硅鋼片沿軸向疊壓而成，所述線圈繞組、所述軛部繞組通過(guò)灌膠處理分別固定在所述定子鐵心磁極、所述定子鐵心磁軛上。

作為優(yōu)選方案，所述外導(dǎo)磁環(huán)為電工純鐵制的垂直于軸向的截面為扇環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)片為絕緣材料制成的垂直于軸向的截面為扇環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選方案，所述轉(zhuǎn)軸由導(dǎo)磁材質(zhì)的合金鋼制成，所述轉(zhuǎn)子鐵心由硅鋼片沿軸向疊壓而成，通過(guò)熱套或過(guò)盈的方式固定在所述轉(zhuǎn)軸外。

作為優(yōu)選方案，所述內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)為采用電工純鐵制成的環(huán)形結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選方案，所述工作氣隙小于1mm。

作為優(yōu)選方案，所述工作氣隙取0.5mm。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的同極式永磁偏置徑向磁軸承具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)永磁體采用徑向充磁的方式，有效地降低了與外殼之間的漏磁，有效減少了電勵(lì)磁電流，降低了磁軸承的待機(jī)損耗；(2)永磁體的位置從兩個(gè)定子鐵心中間轉(zhuǎn)至各磁極外側(cè)，使得軸向長(zhǎng)度極大縮短，有效地提高了轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速；(3)勵(lì)磁源從磁極轉(zhuǎn)移到磁軛上，能夠有效縮短銅線的長(zhǎng)度，降低銅耗。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的同極式永磁偏置徑向磁軸承沿周向截去四分之一圓心角所對(duì)應(yīng)的部分后的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的同極式永磁偏置徑向磁軸承的定子鐵心的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的同極式永磁偏置徑向磁軸承沿軸向截面切開(kāi)后的永磁磁路示意圖。

圖4為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的同極式永磁偏置徑向磁軸承沿垂直于軸向的截面切開(kāi)后的電勵(lì)磁磁路示意圖。

圖中各部件標(biāo)號(hào)如下：定子組件10(其中，定子鐵心11、線圈繞組12、軛部繞組13、片狀永磁體14、外導(dǎo)磁環(huán)15、結(jié)構(gòu)片16)；定子鐵心磁極11a、定子鐵心磁軛11b；轉(zhuǎn)子組件20(其中，轉(zhuǎn)軸21、轉(zhuǎn)子鐵心22、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)23)；工作氣隙g。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

請(qǐng)參閱圖1，其為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的同極式永磁偏置徑向磁軸承的周向截去四分之一圓心角所對(duì)應(yīng)的部分后的立體結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的同極式永磁偏置徑向磁軸承包括定子組件10和可在定子組件10內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子組件20。

定子組件10包括二個(gè)相同的定子鐵心11，兩個(gè)定子鐵心11同軸且間隔布置。如圖2中所示，每個(gè)定子鐵心11上具有四個(gè)沿周向間隔分布的定子鐵心磁極11a，相鄰的二個(gè)定子鐵心磁極11a之間用弧形的定子鐵心磁軛11b連接，如此形成封閉的環(huán)形。定子鐵心11上的每個(gè)定子鐵心磁極11a的形狀大小均相同，分布在x軸、y軸的正負(fù)方向上(其中，x軸定義在水平方向上，y軸定義在垂直方向上)，即四個(gè)定子鐵心磁極11a在周向間隔90°圓心角分布。

二個(gè)定子鐵心11中，一個(gè)定子鐵心11的x軸上的二個(gè)鐵心磁極11a上分別繞指有一個(gè)線圈繞組12，另一個(gè)定子鐵心11的y軸上的二個(gè)定子鐵心磁極11a上分別繞置有一個(gè)線圈繞組12，四個(gè)線圈繞組12的尺寸和匝數(shù)均相同。

二個(gè)定子鐵心11中，每個(gè)定子鐵心11的每一定子鐵心磁軛11b上繞置有一個(gè)軛部繞組13，每一軛部繞組13的尺寸和匝數(shù)均相同。每個(gè)定子鐵心11的定子鐵心磁極11a外側(cè)貼有片狀永磁體14和外導(dǎo)磁環(huán)15，片狀永磁體14夾在定子鐵心磁極11a與對(duì)應(yīng)的外導(dǎo)磁環(huán)15之間。每一片狀永磁體14的尺寸和形狀均相同，片狀永磁體14均為沿徑向充磁，分別沿定子鐵心11圓周方向形成互不相連的四塊。外導(dǎo)磁環(huán)15分別貼于片狀永磁體14外側(cè)形成互不相連的四塊。相鄰的二個(gè)弧形的外導(dǎo)磁環(huán)15之間嵌入有弧形的結(jié)構(gòu)片16，每一結(jié)構(gòu)片16的尺寸和形狀均相同，如此形成封閉的環(huán)形。

在上述同極式永磁偏置徑向磁軸承中，定子鐵心11由硅鋼片沿軸向疊壓而成，線圈繞組12、軛部繞組13分別均通過(guò)灌膠處理固定在定子鐵心11的定子鐵心磁極11a、定子鐵心磁軛11b上；片狀永磁體14由釹鐵硼或釤鈷制作而成；外導(dǎo)磁環(huán)15采用導(dǎo)磁性能良好的電工純鐵制成，為垂直于軸向的截面為扇環(huán)狀結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)片16由絕緣材料制作而成，為垂直于軸向的截面為扇環(huán)狀結(jié)構(gòu)；外導(dǎo)磁環(huán)15與同為扇環(huán)狀的結(jié)構(gòu)片16無(wú)縫銜接，形成一個(gè)完整的圓環(huán)。

轉(zhuǎn)子組件20包括轉(zhuǎn)軸21、轉(zhuǎn)子鐵心22及內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)23。轉(zhuǎn)子組件20包括二個(gè)相同的轉(zhuǎn)子鐵心22，二個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心22同軸且間隔環(huán)繞布置在轉(zhuǎn)軸21外，二個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心22分別與定子組件10中的二個(gè)定子鐵心21相對(duì)應(yīng)。二個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心22之間同軸設(shè)置有內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)23，一個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心22、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)23、另一轉(zhuǎn)子鐵心22在軸向上順次連接。每一定子鐵心11內(nèi)表面與對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子鐵心22外表面之間留有工作氣隙g。

在上述同極式永磁偏置徑向磁軸承中，轉(zhuǎn)軸21由導(dǎo)磁材質(zhì)的合金鋼制作而成；轉(zhuǎn)子鐵心22由硅鋼片沿軸向疊壓而成，通過(guò)熱套、過(guò)盈的方式固定在轉(zhuǎn)軸21上；內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)23采用導(dǎo)磁性能良好的電工純鐵制成；工作氣隙g小于1mm，優(yōu)選取0.5mm。

請(qǐng)參閱圖3，其為圖1中的同極式永磁偏置徑向磁軸承的永磁磁路示意圖。永磁磁路采用雙片狀永磁體14串聯(lián)，徑向充磁于外導(dǎo)磁環(huán)15與定子鐵心11之間，使得軸向長(zhǎng)度極大縮短。片狀永磁體14所產(chǎn)生的磁通將沿著軸向磁路流通，磁路路徑如下：一端的定子鐵心11(定子鐵心磁極11a)→工作氣隙g→一端的轉(zhuǎn)子鐵心22→轉(zhuǎn)軸21→另一端的轉(zhuǎn)子鐵心22→工作氣隙g→另一端的定子鐵心11(定子鐵心磁極11a)→另一端的片狀永磁體14→外導(dǎo)磁環(huán)15→一端的片狀永磁體14。

請(qǐng)參閱圖4，其為圖1中的同極式永磁偏置徑向磁軸承的電勵(lì)磁磁路示意圖。電勵(lì)磁磁通由線圈繞組12和軛部繞組13共同產(chǎn)生，其中線圈繞組12產(chǎn)生的x正方向上的電勵(lì)磁磁路徑為：一端的定子鐵心11的x軸正方向的定子鐵心磁極11a→工作氣隙g→一端的轉(zhuǎn)子鐵心22→轉(zhuǎn)軸21→另一端的轉(zhuǎn)子鐵心22→工作氣隙g→一端的定子鐵心11的x軸負(fù)方向的定子鐵心磁極11a。定子鐵心磁軛11b上的四個(gè)軛部繞組13通過(guò)定子鐵心11實(shí)現(xiàn)串聯(lián)，產(chǎn)生和線圈繞組12相同的電勵(lì)磁磁路，分別在一端的定子鐵心11處控制y軸方向的平動(dòng)，在另一端的定子鐵心11處控制x軸方向的平動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)同極式永磁偏置徑向磁軸承在x軸方向和y軸方向的力解耦。同時(shí)，四個(gè)串聯(lián)的軛部繞組13可在定子鐵心磁軛11b上產(chǎn)生與線圈繞組12相反的勵(lì)磁磁路，使磁動(dòng)勢(shì)相抵消，避免了磁軛飽和。

結(jié)合以上可知，本發(fā)明的同極式永磁偏置徑向磁軸承工作原理是：由片狀永磁體14提供磁軸承懸浮的偏置磁場(chǎng)，由線圈繞組12、軛部繞組13產(chǎn)生需要的控制磁場(chǎng)。其中，片狀永磁體14所產(chǎn)生的磁通將沿著軸向磁路流通，磁通路徑為：一端的定子鐵心11(定子鐵心磁極11a)→工作氣隙g→一端的轉(zhuǎn)子鐵心22→轉(zhuǎn)軸21→另一端的轉(zhuǎn)子鐵心22→工作氣隙g→另一端的定子鐵心11(定子鐵心磁極11a)→另一端的片狀永磁體14→外導(dǎo)磁環(huán)15→一端的片狀永磁體14。電勵(lì)磁磁通由線圈繞組12和軛部繞組13共同產(chǎn)生，其中線圈繞組12產(chǎn)生的電勵(lì)磁磁路徑為：一端的定子鐵心11的x軸正方向的定子鐵心磁極11a→工作氣隙g→一端的轉(zhuǎn)子鐵心22→轉(zhuǎn)軸21→另一端的轉(zhuǎn)子鐵心22→工作氣隙g→一端的定子鐵心11的x軸負(fù)方向的定子鐵心磁極11a。軛部繞組13產(chǎn)生的電勵(lì)磁磁通分為兩部分，一部分和線圈繞組12產(chǎn)生的電勵(lì)磁磁路相同，另一部分從定子鐵心磁極11a出發(fā)，經(jīng)過(guò)四分之一個(gè)圓弧的長(zhǎng)度進(jìn)入轉(zhuǎn)子鐵心22，一并構(gòu)成完整磁路。片狀永磁體14和定子組件10的勵(lì)磁源(線圈繞組12和軛部繞組13)產(chǎn)生的磁場(chǎng)在工作氣隙g中疊加或者抵消，共同作用在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生承載力。

當(dāng)轉(zhuǎn)子組件20發(fā)生偏心時(shí)，減小工作氣隙g變小處的定子鐵心磁極11a上線圈繞組12的電流，對(duì)應(yīng)的控制磁場(chǎng)削弱偏置磁場(chǎng)，工作氣隙g增大處的定子鐵心磁極11a上線圈繞組12的變化相反。由于偏置磁場(chǎng)分別在兩個(gè)工作氣隙g內(nèi)產(chǎn)生大小相同、方向相反的磁場(chǎng)，兩種磁場(chǎng)線性疊加，使轉(zhuǎn)子鐵心22受到與偏心方向相反的電磁力，恢復(fù)平衡位置。

需要指出的是，本發(fā)明的同極式永磁偏置徑向磁軸承在具體工程應(yīng)用中應(yīng)成對(duì)使用。

本發(fā)明的同極式永磁偏置徑向磁軸承，利用永磁體提供磁軸承懸浮的偏置磁場(chǎng)以及由定子組件勵(lì)磁源產(chǎn)生的控制磁場(chǎng)在工作氣隙中疊加或者抵消，保持磁軸承各磁極面處氣隙均勻，從而控制磁軸承徑向兩個(gè)方向的平動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子組件發(fā)生偏心時(shí)，減小氣隙變小的磁極上勵(lì)磁源的電流，對(duì)應(yīng)的控制磁場(chǎng)削弱偏置磁場(chǎng)，氣隙增大的磁極線圈變化相反。由于偏置磁場(chǎng)分別在兩個(gè)工作氣隙內(nèi)產(chǎn)生大小相同、方向相反的磁場(chǎng)，兩種磁場(chǎng)線性疊加，使轉(zhuǎn)子鐵心受到與偏心方向相反的電磁力，恢復(fù)平衡位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的同極式永磁偏置徑向磁軸承具有以下特點(diǎn)：

(1)永磁體采用徑向充磁的方式，有效地降低了與外殼之間的漏磁，有效減少了電勵(lì)磁電流，降低了磁軸承的待機(jī)損耗；

(2)永磁體的位置從兩個(gè)定子鐵心中間轉(zhuǎn)至各磁極外側(cè)，使得軸向長(zhǎng)度極大縮短，有效地提高了轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速；

(3)勵(lì)磁源從磁極轉(zhuǎn)移到磁軛上，能夠有效縮短銅線的長(zhǎng)度，降低銅耗。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。