CN102042327B - 一种低功耗大承载力永磁偏置混合径向磁轴承 - Google Patents

Abstract

一种低功耗大承载力永磁偏置混合径向磁轴承，其特征在于：由定子和转子组成，定子铁心采取不对称结构，由非对称定子磁极组成；定子共有8个定子齿，分布在左右两端，分别组成X、Y轴正负方向的定子齿部分，其中各端Y轴负方向的定子齿采用不导磁材料，其它定子齿采用导磁材料，这样永磁磁路仅经过±X和+Y方向的磁极闭合，定子铁心的外面为两个导磁环，两个导磁环沿轴向将永磁体夹在中间。本发明使永磁磁路结构不再对称，Y方向只有+Y磁极可以导磁，当Y方向提供承载力时，-Y的定子齿对转子吸力为零，从而不需要+Y定子齿提供更多的力去抵消-Y的吸力，减小了Y方向的线圈电流，降低功耗，且可以在Y方向提供大的承载力。

Description

一种低功耗大承载力永磁偏置混合径向磁轴承

技术领域：

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种低功耗大承载力永磁偏置混合径向磁轴承，可作为风机、机床、车床等轴承位置与设备位置相对固定且某特定方向需提供大承载力的机械设备中的无接触支撑。

背景技术：

磁悬浮轴承分纯电磁式和永磁偏置磁悬浮轴承，前者使用电流大、功耗大，永磁偏置磁悬浮轴承利用永磁体产生的磁场承担主要的承载力，电磁磁场提供辅助的调节力，因而这种轴承可大大减小控制电流，降低损耗。但目前的永磁偏置径向磁轴承结构，诸如专利ZL2005100112718实现了低功耗、专利ZL2005100115307实现了径向磁轴承径向水平通道与垂直通道的解耦，但现有结构采用的定子铁心均为对称结构，即定子铁心的磁极为对称分布在水平(X)方向和垂直(Y)方向，在X方向和Y方向可以产生同等大小的偏置力，且转子不发生偏移时，永磁体在各个气隙下产生的磁密大小相等，这样当某一方向需要提供一定承载力时，需要在这个方向的两个线圈中通电流，使一边气隙磁场增强，另一边气隙磁场减弱，依靠两个气隙中定子对转子的吸力差来产生向外输出的合力。而将磁悬浮轴承应用在风机、机床等机械设备中时，由于Y方向的转子重量很大，若使磁轴承提供足够的力来克服转子重力，就需要使Y方向上下两个气隙的磁密绝对值相差较大，而定子磁极对称结构的磁轴承中永磁磁路在各气隙中提供的磁密值大小相等，要输出所需承载力，就要依靠电磁磁场来对永磁磁场进行调节，这样就会使得Y方向的线圈中电流很大。由于存在上述缺陷，故现有的永磁偏置磁轴承在输出大的承载力时存在功耗大、体积大、重量大的缺点。

发明内容：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种大承载力、体积小、重量轻、功耗小的低功耗大承载力永磁偏置混合径向磁轴承。

本发明的技术解决方案是：低功耗大承载力永磁偏置混合径向磁轴承，其特征在于：由定子部分和转子部分组成，其中转子部分包括转子导磁环和转子铁心，定子部分为不对称结构，由线圈、定子铁心、定子导磁环、永磁体和不导磁定子齿组成，每个定子铁心有3个磁极，每个定子磁极绕有线圈，两个定子铁心组成磁轴承左右两端3对磁极，分别组成X轴正负方向及Y正方向的磁极，不导磁定子齿位于Y轴负方向，与Y轴正方向的磁极关于X轴对称，定子铁心的径向外侧为定子导磁环，两个定子导磁环之间为永磁体，定子铁心的径向内侧为转子铁心，定子铁心和转子铁心之间为气隙，转子导磁环安装在转子铁心内部，并将左右两端转子铁心连接起来，形成磁通路。

不导磁定子齿对磁轴承转子可起到保护支撑的作用，当线圈不通电时可使转子落在上面，且不导磁定子齿由不锈钢、铜、铝、钛合金或塑料胶木中的任意一种制成。

定转子铁心和定转子导磁环均采用导磁性能良好的材料，如1J50、1J79、1J22、硅钢或非晶中的任意一种叠压制成。

永磁体为钕铁硼或其它稀土永磁材料。

气隙为0.15mm～0.32mm，转子铁心的轴向长度比定子铁心的轴向长度长2mm～4mm。

本发明的原理是：永磁体置于定子中，将定子磁极设计成不对称结构，-Y方向定子齿不导磁，这样永磁磁通通过外导磁环、定子铁心、±X和+Y方向的定子磁极、磁气隙、转子铁心、内导磁环到另一端的转子铁心、磁气隙、±X和+Y方向的定子磁极、定子铁心，形成回路。采用非对称定子磁极结构后，当转子在定子中心位置且线圈不通电时，永磁磁路在水平X方向的两个定子磁极下产生相同的气隙磁密，这样X方向两个定子磁极对转子铁心产生大小相同、方向相反的吸力，使轴承在X方向表现出的承载力为零，而永磁磁路在Y方向仅在+Y磁极下产生气隙磁密，在-Y方向定子齿下产生的气隙磁密为零，这样Y方向只有+Y磁极对转子产生一个+Y方向的吸力，从而使轴承在Y方向表现出一个向上的承载力。采取不对称结构的定子磁极，永磁磁通可用来提供所需的大部分承载力，而线圈电流只是用来对承载力进行调节，而不是提供承载力的主要因素，这样可以使轴承的承载力变大，线圈电流减小，从而使损耗减小，轴承体积减小，质量减轻。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明由于采用不对称的定子磁极结构，垂直Y方向只有+Y方向有定子磁极，使得永磁磁路分布不再对称，在Y方向永磁磁路仅在+Y磁极下产生气隙磁密，而-Y定子齿由于采用不导磁材料，使得永磁磁路在-Y下产生的气隙磁密为零，这样当转子位于定子中心位置时，永磁产生的合力总为一个向上的力，可以承担大部分所需承载力，而线圈电流只是用来对气隙磁密进行调节，以保证提供承载力的精度，不需要靠线圈电流来提供大部分承载力。与传统永磁偏置混合磁轴承相比，当某个方向需要提供较大承载力时，本发明由于上下两个方向气隙磁密已相差较大，可提供大的承载力，且不需要在线圈中施加大电流，从而使轴承在输出大的承载力时具有功耗小、体积小、重量小的优点。

附图说明：

图1为本发明的轴向截面图；

图2为本发明的端面图；

具体实施方式：

如图1所示，本发明总体由定子和转子部分组成，转子部分由转子导磁环1和转子铁心2组成，定子部分由线圈3、定子铁心4、定子导磁环5、永磁体6和不导磁定子齿7组成，每个定子铁心4有3个磁极，每个定子磁极由定子铁心轭及其绕在上面的定子线圈3组成，两个定子铁心组成磁轴承左右两端3对磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极，定子铁心4的径向外侧为定子导磁环5，定子铁心4的径向内侧为转子铁心3，定子铁心4和转子铁心2之间为气隙8，转子导磁环1安装在转子铁心2内部，并将左右两端转子铁心2连接起来，形成磁通路，两个定子导磁环5之间为永磁体6；不导磁定子齿7对磁轴承转子可起到保护支撑的作用，当线圈不通电时可使转子落在不导磁定子齿上，故安装磁轴承时要使不导磁定子齿位于垂直方向，且在转子正下方；-Y方向不导磁定子齿7不发挥电磁性能方面的作用，由不锈钢、铜、铝、钛合金或塑料胶木中的任意一种制成；气隙8为0.15mm～0.32mm；转子铁心2和定子铁心4均采用导磁性能良好的材料，如1J50、1J79、1J22、硅钢或非晶中的任意一种制成，且必须是叠层叠压而成，以减小铁耗；转子导磁环1和定子导磁环5均采用导磁性能良好的材料，如1J50、1J79、1J22或电工纯铁中的任意一种制成，可以采用实心的导体；永磁体(6)为钕铁硼或其他稀土永磁材料；转子铁心2的轴向长度比定子铁心4的轴向长度长2mm～4mm。

Claims (1)

1.低功耗大承载力永磁偏置混合径向磁轴承，由定子部分和转子部分组成，其特征在于：其中转子部分包括转子导磁环(1)和转子铁心(2)，定子部分为不对称结构，由线圈(3)、定子铁心(4)、定子导磁环(5)、永磁体(6)和不导磁定子齿(7)组成，每个定子铁心(4)有3个磁极，每个定子磁极由定子铁心轭及其绕在上面的定子线圈(3)组成，两个定子铁心组成磁轴承左右两端3对磁极，分别组成X轴正负方向及Y正方向的磁极，不导磁定子齿(7)位于Y轴负方向，与Y轴正方向的磁极关于X轴对称，定子铁心(4)的径向外侧为定子导磁环(5)，定子铁心(4)的径向内侧为转子铁心(2)，定子铁心(4)和转子铁心(2)之间为气隙(8)，转子导磁环(1)安装在转子铁心(2)内部，并将左右两端转子铁心(2)连接起来，形成磁通路，两个定子导磁环(5)之间为永磁体(6)，所述的不导磁定子齿(7)对磁轴承转子可起到保护支撑的作用，当线圈不通电时可使转子落在不导磁定子齿上；所述的-Y方向不导磁定子齿(7)由不锈钢、铜、铝、钛合金或塑料胶木中的任意一种制成；所述的气隙(8)为0.15mm～0.32mm；所述的转子铁心(2)和定子铁心(4)均采用导磁性能良好的材料；所述的转子导磁环(1)和定子导磁环(5)均采用导磁性能良好的材料；所述的永磁体(6)为钕铁硼或稀土永磁材料；所述的转子铁心(2)的轴向长度比定子铁心(4)的轴向长度长2～4mm。

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