CN101092990A - 一种永磁偏置轴向磁悬浮轴承 - Google Patents

一种永磁偏置轴向磁悬浮轴承 Download PDF

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一种永磁偏置轴向磁悬浮轴承，属磁悬浮轴承中的混合型磁悬浮轴承。包括定子套筒(1)、控制绕组(8)、定子圆盘(6)、轴向磁极(2)、环形永磁体(5)、导磁环(3)以及套有推力盘(7)的主轴(4)，这种永磁偏置轴向磁悬浮轴承结构简单，体积小，重量轻，功耗小在各种磁悬浮系统中都有广阔的应用前景，将其利用于航空航天和舰艇等领域则更具有重要意义。

Description

一种永磁偏置轴向磁悬浮轴承
一、技术领域
本发明的永磁偏置轴向磁悬浮轴承属磁悬浮轴承中的混合型磁悬浮轴承。
二、背景技术
目前，磁悬浮轴承按照磁场建立方式的不同可分为主动型、被动型和混合型三种类型。
主动型磁悬浮轴承由通入直流电的偏磁绕组在气隙中建立偏置磁场，由通入大小和方向都受到实时控制的交变电流的控制绕组来在气隙中建立控制磁场，这两个磁场在气隙中的叠加和抵消产生了大小和方向都可以主动控制的磁场吸力，从而实现了转子的稳定悬浮，这种类型的磁悬浮轴承刚度大，可以精密控制，但产生单位承载力所需的体积、重量和功耗也都比较大。
被动型磁悬浮轴承利用磁性材料之间的吸力或斥力来实现转子的悬浮，所需控制器简单，功耗小，但刚度和阻尼也都比较小。
混合型磁悬浮轴承结合了主动型磁悬浮轴承和被动型磁悬浮轴承的特点，采用永磁材料替代偏磁线圈来产生所需的偏置磁场，因此电磁线圈匝数比主动型磁悬浮轴承少得多，较大程度地降低了磁悬浮轴承的功率损耗，减小了产生单位承载力所需的体积和重量，以上特点使其在对体积和功耗有着严格要求的领域有着不可替代的优势，因此混合型磁悬浮轴承已成为磁悬浮轴承研究与发展的一个重要方向。
三、发明内容
本发明的目的在于提出一种结构简单，体积小，重量轻，功耗少的永磁偏置轴向磁悬浮轴承。
本发明的永磁偏置轴向磁悬浮轴承，包括定子套筒、轴向磁极、导磁环、主轴、环形永磁体、定子圆盘、推力盘和控制绕组。所述的定子圆盘套装在定子套筒内部，该定子圆盘的外端面与定子套筒内端面接触；所述的控制绕组位于定子套筒与定子圆盘围成的空间内；所述的轴向磁极套装在定子圆盘内部，该轴向磁极的外端面与定子圆盘内端面接触；所述的环形永磁体嵌在轴向磁极和导磁环之间，该环形永磁体的外端面与轴向磁极内端面接触，该环形永磁体的内端面与导磁环外端面接触；所述的主轴位于定子套筒中央通孔由导磁环内端面形成的轴孔内，且主轴外端面与导磁环内端面之间存在气隙；所述的推力盘套装在主轴上，置于轴向磁极的轴向端面和环形永磁体的轴向端面以及导磁环的轴向端面共同形成的内圆环中，且推力盘与轴向磁极的轴向端面、环形永磁体的轴向端面以及导磁环的轴向端面之间存在气隙，环形永磁体通过轴向磁极、推力盘、导磁环构成磁回路，在轴向磁极与推力盘之间的气隙和推力盘与导磁环之间的气隙中建立偏置磁场。控制绕组在通入电流后，通过定子套筒、定子圆盘、推力盘来形成磁回路，在轴向磁极与推力盘之间的气隙中建立控制磁场。其基本工作原理是：当推力盘位于中间位置，即平衡位置时，由于结构的对称性，环形永磁体产生的磁通在推力盘右面的气隙和左面的气隙处是相等的，此时左右吸力相等。如果在此时推力盘受到一个向左的外扰力，推力盘就会偏离平衡位置向左运动，造成环形永磁体产生的左右气隙中偏置磁场的磁通量的变化，即左面的气隙减小，气隙中偏置磁场的磁通量增大；右面的气隙增大，气隙中偏置磁场的磁通量减小。由于在磁极面积一定时磁场吸力与磁场磁通量的平方成正比，因此向左的吸力大于向右的吸力，在控制绕组没有通入电流前，推力盘将无法回到平衡位置。此时位移传感器检测出推力盘偏离其参考位置的位移量，控制器将这一位移信号变换成控制电流，这个电流流经控制绕组在铁心和气隙中建立起一个控制磁场，气隙中的控制磁场和偏置磁场叠加，使推力盘左面气隙中磁场的磁通量减小，右面气隙中磁场的磁通量增大，产生一个向右的吸力，将推力盘拉回平衡位置。同理，若推力盘受到向右的外扰动，带位置负反馈的永磁偏置轴向磁悬浮轴承通过控制器控制绕组中的电流，调节各气隙磁通的大小，始终能保持推力盘在平衡位置。
本发明的永磁偏置轴向磁悬浮轴承，利用两个径向充磁的环形永磁体来建立静态偏置磁场，通过导磁环、推力盘和轴向磁极来形成闭合磁路，只需要一套控制绕组来建立控制磁场，通过定子套筒、定子圆盘和轴向磁极来形成闭合磁路，缩小了体积、重量及功耗，在各种磁悬浮系统中都有广阔的应用前景，将其利用于航空航天和舰艇等领域则更具有重要意义。
四、附图说明
图1是永磁偏置轴向磁悬浮轴承结构平面示意图。
图1中标号名称：1、定子套筒。2、轴向磁极。3、导磁环。4、主轴。5、环形永磁体。6、定子圆盘。7、推力盘。8、控制绕组。
图2是永磁偏置轴向磁悬浮轴承原理图。
图2中标号名称：单箭头表示永磁偏置磁场，双箭头表示控制绕组产生的磁场。
五、具体实施方式
图1是本发明的永磁偏置轴向磁悬浮轴承结构示意图，图中的定子套筒1、轴向磁极2、导磁环3、定子圆盘6及推力盘7均为实心软磁材料制成，环形永磁体5由稀土永磁材料制成，主轴7由不导磁材料制成。定子圆盘6套装在定子套筒1内部，其外端面与定子套筒1内端面接触，漆包线绕成的控制绕组8位于定子套筒1与定子圆盘6围成的空间内，轴向磁极2套装在定子圆盘6内部，其外端面与定子圆盘6内端面接触，环形永磁体5嵌在轴向磁极2和导磁环3之间，其外端面与轴向磁极2内端面接触，内端面与导磁环3外端面接触，套装在主轴4上的推力盘7置于定子套筒1内。两个环形永磁体分别通过轴向磁极、轴向磁极与推力盘之间的气隙、推力盘、推力盘与导磁环之间的气隙、导磁环来形成磁回路，在轴向磁极与推力盘之间的气隙和推力盘与导磁环之间的气隙中建立偏置磁场。控制绕组中通入电流后，通过定子套筒、定子圆盘、轴向磁极与推力盘之间的气隙、推力盘来形成磁回路，在主气隙中建立控制磁场。

Claims (1)

1、一种永磁偏置轴向磁悬浮轴承，其特征在于：包括定子套筒(1)、轴向磁极(2)、导磁环(3)、主轴(4)、环形永磁体(5)、定子圆盘(6)、推力盘(7)和控制绕组(8)。所述的定子圆盘(6)套装在定子套筒(1)内部，该定子圆盘(6)的外端面与定子套筒(1)内端面接触；所述的控制绕组(8)位于定子套筒(1)与定子圆盘(6)围成的空间内；所述的轴向磁极(2)套装在定子圆盘(6)内部，该轴向磁极(2)的外端面与定子圆盘(6)内端面接触；所述的环形永磁体(5)嵌在轴向磁极(2)和导磁环(3)之间，该环形永磁体(5)的外端面与轴向磁极(2)内端面接触，该环形永磁体(5)的内端面与导磁环(3)外端面接触；所述的主轴(4)位于定子套筒(1)中央通孔由导磁环(3)内端面形成的轴孔内，且主轴(4)外端面与导磁环(3)内端面之间存在气隙；所述的推力盘(7)套装在主轴(4)上，置于轴向磁极(2)的轴向端面和环形永磁体(5)的轴向端面以及导磁环(3)的轴向端面共同形成的内圆环中，且推力盘(7)与轴向磁极(2)的轴向端面、环形永磁体(5)的轴向端面以及导磁环(3)的轴向端面之间存在气隙，环形永磁体(5)通过轴向磁极(2)、推力盘(7)、导磁环(3)构成磁回路。
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