用于組合式徑向-軸向磁推軸承的疊片芯及其相應(yīng)的制造方法
【專利說明】用于組合式徑向-軸向磁推軸承的疊片芯及其相應(yīng)的制造方法
[0001]本申請(qǐng)是名稱為“用于組合式徑向-軸向磁推軸承的疊片芯及其相應(yīng)的制造方法”、國(guó)際申請(qǐng)日為2010年11月2日、國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/BE2010/000075、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?01080056305.4的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)轉(zhuǎn)機(jī)器的磁推軸承，這種磁推軸承具有組合式軸向-徑向結(jié)構(gòu)，其中，軸向控制磁通量經(jīng)過軟磁芯的中心孔。
【背景技術(shù)】
[0003]通過磁推軸承可實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式懸置。磁推軸承可限制摩擦損耗，因而在高速運(yùn)用場(chǎng)合這種磁推軸承很受人歡迎。由于轉(zhuǎn)子動(dòng)力的限制因素，高速旋轉(zhuǎn)式機(jī)器的結(jié)構(gòu)通常復(fù)雜。在這個(gè)意義上看，軸的軸向長(zhǎng)度的任何減少均會(huì)造成轉(zhuǎn)子動(dòng)力達(dá)到極限值。在所謂的組合式軸承中最大限度地利用了這種性質(zhì)。這些軸承結(jié)構(gòu)中，將軸向通道和徑向通道組合在緊湊結(jié)構(gòu)中，從而可共享幾個(gè)功能部件。
[0004]在專利和科技文獻(xiàn)中均公開了組合式軸承的各種例子。通常，軸向控制磁通量的路徑經(jīng)過鐵磁材料構(gòu)成的疊片疊層的中心孔。專利或?qū)＠暾?qǐng)US5514924、US6268674、US6727617、W02008074045、CN1737388 號(hào)中公開了這些例子?？萍嘉墨I(xiàn)如 Imoberdorf等、Pichot等以及Buckner等撰寫的文章公開了其他例子。Blumenstock的美國(guó)專利US6359357 BI號(hào)描述的這種組合式軸承中，軸向控制磁通量不經(jīng)過鐵磁材料構(gòu)成的疊片疊層的中心孔。
[0005]如果軸向控制磁通量的路徑經(jīng)過疊片疊層的中心孔，或具體而言，如果在組合式軸承包含的某區(qū)域?qū)щ娐窂桨鼑刂拼磐?，那么組合式軸承的軸向通道性能會(huì)受到不利影響。在此情況下，改變控制磁通量會(huì)在周圍材料中感應(yīng)出電壓。如果周圍路徑是閉合的且導(dǎo)電，那么這些感應(yīng)電壓會(huì)產(chǎn)生循環(huán)電流，從而會(huì)產(chǎn)生焦耳損耗。實(shí)際上，這種疊片疊層可被認(rèn)為是變壓器的第二短路線圈，軸向控制線圈是第一線圈。這種效果是由頻率決定的:損耗隨著頻率而增加。根據(jù)特定的軸向控制電流和頻率，焦耳損耗會(huì)減小所產(chǎn)生的作用力。因而，軸向通道的性能受到影響。
[0006]如果軸向致動(dòng)器作用在疊片疊層上，那么這種現(xiàn)象也會(huì)出現(xiàn)在這種疊片疊層上。在此情況下控制磁通量進(jìn)入疊層本身中，但物理解釋是相同的。在美國(guó)專利US6268674號(hào)中，Takahashi提出在目標(biāo)疊片疊層內(nèi)部切割一系列均勾分布的徑向狹槽。顯然，為了在旋轉(zhuǎn)時(shí)保持足夠的強(qiáng)度，不能在疊片的整個(gè)厚度上進(jìn)行切割。這樣，如果控制磁通量?jī)H進(jìn)入狹槽區(qū)域，那么會(huì)局部產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種技術(shù)僅僅提供了一種解決辦法來(lái)減小目標(biāo)疊片疊層中的損耗。全部控制磁通量仍然被定子疊層包圍。
[0007]據(jù)我們所知，還沒有報(bào)道其他技術(shù)來(lái)減少這種損耗。在本專利中，提供了一種不同的技術(shù)來(lái)減少損耗。這種技術(shù)可應(yīng)用到組合式磁推軸承的轉(zhuǎn)子疊層和定子疊層中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明涉及一種永磁偏置的或電流偏置的組合式徑向-軸向磁推軸承的定子或轉(zhuǎn)子的疊片芯。這種疊片芯包括由各個(gè)平坦軟磁疊片構(gòu)成的穩(wěn)固疊層。各個(gè)疊片具有同倫等價(jià)為球體的拓?fù)湫再|(zhì)，以在疊片平面上形成至少一個(gè)完整的物理中斷部來(lái)中斷循環(huán)電流。穩(wěn)固疊層顯示具有同倫等價(jià)為圓環(huán)的拓?fù)湫再|(zhì)以形成磁對(duì)稱。至少一個(gè)物理中斷部中填充有電絕緣材料，并且:
[0009]—相鄰疊片上的所述至少一個(gè)物理中斷部相對(duì)于彼此樞轉(zhuǎn)，或者
[0010]—所述穩(wěn)固疊層包括多個(gè)子疊層，其中所有相鄰疊片上的所述至少一個(gè)物理中斷部重疊，并且其中，所述子疊層的所述至少一個(gè)物理中斷部相對(duì)于彼此樞轉(zhuǎn)。
[0011]在本發(fā)明中，循環(huán)電流定義為經(jīng)過軟磁材料且沿著圍繞疊片芯的閉合路徑流動(dòng)的電流。
[0012]平坦疊片和球體之間的同倫等價(jià)表明:僅采用彎曲、拉伸和/或收縮操作實(shí)際上可使平坦疊片形成為球形。此時(shí)不允許進(jìn)行切斷或上膠操作。類似地，穩(wěn)固疊層和圓環(huán)之間的同倫等價(jià)表明:僅采用彎曲、拉伸和/或收縮操作實(shí)際上可使疊層形成為圓環(huán)形。
[0013]上述表述“在疊片平面上形成至少一個(gè)完整的物理中斷部來(lái)中斷循環(huán)電流”換句話說是指:在疊片平面上會(huì)形成包圍住轉(zhuǎn)子的、幾乎完全閉合的軟磁路徑，路徑中具有至少一個(gè)物理中斷部來(lái)中斷循環(huán)電流。
[0014]上述表述“包圍住轉(zhuǎn)子的、幾乎完全閉合的軟磁路徑”的意思是:該路徑包圍住轉(zhuǎn)子，優(yōu)選包括至少75%的軟磁材料，或者更優(yōu)選地，包括至少95%的軟磁材料。
[0015]本發(fā)明也涉及一種用于制造疊片芯的方法，該疊片芯用于組合式軸向-徑向磁推軸承的定子或轉(zhuǎn)子，從而該方法包括以下步驟:
[0016]—提供一組平坦的軟磁疊片，所述疊片的拓?fù)湫螤钔瑐惖葍r(jià)為球體形狀；
[0017]—設(shè)置第一軟磁層，以獲得至少一個(gè)物理中斷部來(lái)中斷循環(huán)電流；
[0018]—相對(duì)于在前的軟磁層來(lái)樞轉(zhuǎn)和/或轉(zhuǎn)動(dòng)隨后的所有軟磁層；
[0019]一固定所形成的該組軟磁層。
[0020]本發(fā)明還涉及一種用于制造疊片芯的方法，該疊片芯用于組合式軸向-徑向磁推軸承的定子或轉(zhuǎn)子，其中該方法包括以下步驟:
[0021]—提供一組平坦的軟磁疊片，所述疊片的拓?fù)湫螤钔瑐惖葍r(jià)為球體形狀；
[0022]—設(shè)置第一組軟磁層；采用如下方式來(lái)設(shè)置所述第一組軟磁層:通過設(shè)置所述第一組軟磁層而得到用于中斷循環(huán)電流的至少一個(gè)物理中斷部，且使得所有相鄰疊片層上的至少一個(gè)物理中斷部相一致；
[0023]—設(shè)置隨后的多個(gè)疊層；設(shè)置隨后的多個(gè)疊層的方式與布置第一組軟磁層的方式相同，但使得所有的隨后的多個(gè)疊層相對(duì)于在前的多個(gè)軟磁層進(jìn)行了樞轉(zhuǎn)和/或轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0024]一固定所形成的成組軟磁層。
[0025]通過以這種方式來(lái)制造組合式軸承的定子芯或轉(zhuǎn)子芯，由于不能形成變化的控制磁通量，從而產(chǎn)生了循環(huán)的渦電流。因而，軸承中的損耗減小，軸向致動(dòng)器性能增強(qiáng)。
【附圖說明】
[0026]為了更透徹地顯示本發(fā)明的特征，在下面的內(nèi)容中，通過非限制性的實(shí)例來(lái)描述本發(fā)明的用于組合式徑向-軸向磁推軸承的定子或轉(zhuǎn)子的疊片芯的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中給出了附圖標(biāo)記，附圖如下:
[0027]圖1表示現(xiàn)有技術(shù)中的帶永磁偏置的第一組合式軸承的半縱向截面圖；
[0028]圖2表示現(xiàn)有技術(shù)中的帶永磁偏置的第二組合式軸承的縱向截面圖；
[0029]圖3表示現(xiàn)有技術(shù)中的帶電流偏置的第三組合式軸承的縱向截面圖；
[0030]圖4表示現(xiàn)有技術(shù)中的第一組合式軸承的四極徑向致動(dòng)部件的截面圖；
[0031]圖5表示現(xiàn)有技術(shù)中的第二組合式軸承的三極徑向致動(dòng)部件的截面圖；
[0032]圖6表示組合式軸承的四極致動(dòng)部件的360<°疊片的截面圖，該疊片在對(duì)稱軸線上具有切口 ；
[0033]圖7表示圖6中的疊片能夠樞轉(zhuǎn)到的所有可能位置，而磁極的方位保持不變；
[0034]圖8表示疊層在切口附近的磁場(chǎng)線分布，切口的切向尺寸為0.5毫米，疊層由厚度為0.35毫米的四個(gè)疊片構(gòu)成，疊片雙側(cè)均涂覆有厚度為10微米的涂層；
[0035]圖9表示疊層在切口附近的磁通密度分布，切口的切向尺寸為0.5毫米，疊層由厚度為0.35毫米的四個(gè)疊片構(gòu)成，疊片雙側(cè)均涂覆有厚度為10微米的涂層；
[0036]圖10表示組合式軸承的四極徑向致動(dòng)部件的360<°疊片的截面圖，疊片在對(duì)稱軸線上無(wú)切口；
[0037]圖11