CN102384162A - 一种内转子径向磁轴承 - Google Patents

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Abstract

一种内转子径向磁轴承，由x方向外定子铁芯、y方向外定子铁芯、外永磁体、外线圈以及内转子铁芯组成，其中x方向外定子铁芯和y方向外定子铁芯垂直放置，x方向外定子铁芯和y方向外定子铁芯各有两个磁极，上面绕有外线圈，外永磁体位于x方向外定子铁芯和y方向外定子铁芯之间，x方向外定子铁芯和y方向外定子铁芯的径向内部为内转子铁芯，x方向外定子铁芯和y方向外定子铁芯与内转子铁芯之间形成磁气隙。本发明使得电磁磁路在径向磁轴承外定子铁芯中的x方向和y方向上没有耦合，提高了径向磁轴承的控制精度。

Description

一种内转子径向磁轴承
技术领域
本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种内转子径向解耦的永磁偏置磁轴承，可作为高速机械中转子部件的无接触支撑。
背景技术
当前磁悬浮轴承分为纯电磁式和永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，前者使用电流大、功耗大，永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，电磁磁场提供辅助的调节承载力，永磁体产生的磁场承担主要的承载力，因而这种承载可减小控制电流，降低损耗。目前在混合式径向磁悬浮轴承领域，主要存在径向x方向和y方向的电磁磁路耦合问题，因此会影响到磁轴承的控制精度，所以现有的径向磁轴承均存在电磁磁路在x方向和y方向耦合的缺陷，另外，现有的径向磁轴承结构每个定子铁芯有4个定子铁芯磁极，转子旋转一周，磁场在其表面产生大小变化的交变频率为4次，限制了现有永磁偏置径向磁轴承涡流损耗的进一步降低。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种径向耦合的内转子磁轴承。
本发明的技术解决方案是：一种内转子的径向磁轴承，由x方向外定子铁芯、y方向外定子铁芯、外永磁体、外线圈以及内转子铁芯组成，其中x方向外定子铁芯和y方向外定子铁芯垂直放置，x方向外定子铁芯和y方向外定子铁芯各有两个磁极，上面绕有外线圈，外永磁体位于x方向外定子铁芯和y方向外定子铁芯之间，x方向外定子铁芯和y方向外定子铁芯的径向内部为内转子铁芯，x方向外定子铁芯和y方向外定子铁芯与内转子铁芯之间形成磁气隙。
所述外永磁体是一个整圆环，沿轴向方向充磁。所述的磁气隙为0.3mm～0.8mm。所述的x方向外定子铁芯和y方向外定子铁芯采用硅钢片DR510、DR470、DW350、1J50或1J79中的任意一种叠压制成。所述的内转子铁芯采用采用硅钢片DR510、DR470、DW350、1J50或1J79中的任意一种叠压制成。
本发明的原理是：永磁体给磁轴承提供永磁偏置磁场，承担磁轴承所受的径向力，线圈所产生的磁场起调节作用，用来改变每极下磁场的强弱，保持磁轴承定转子气隙均匀，并使转子得到无接触支撑。本发明的永磁磁路为：磁通从永磁体N极出发，通过x方向外定子铁芯、磁气隙、内转子铁芯、磁气隙、y方向外定子铁芯回到永磁体S极，形成磁悬浮轴承的主磁路；x方向的线圈产生的电磁磁路在+x铁芯磁极、磁气隙和-x铁芯磁极之间形成，y方向的线圈产生的电磁磁路在+y铁芯磁极、磁气隙和-y铁芯磁极之间形成，这样就使得x方向的电磁磁路与y方向的电磁磁路实现了解耦。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明设计的一种内转子径向磁轴承，采用x方向外定子铁芯和y方向外定子铁芯分别设计的思路，实现了径向磁轴承x方向和y方向上的解耦，提高了磁轴承的控制精度，同时本发明的径向磁轴承的每个定子铁芯为2个磁极，因此转子高速旋转时气隙中的磁场在其表面产生的大小变化频率为2次，与现有的径向磁轴承每个定子铁芯有4个铁芯磁极相比，涡流损耗会大幅降低。
附图说明
图1为本发明的内转子径向磁轴承示意图。
图2为本发明的内转子径向磁轴承爆炸图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明一种内转子的径向磁轴承，由x方向外定子铁芯1、y方向外定子铁芯2、外永磁体3、外线圈4以及内转子铁芯5组成，其中x方向外定子铁芯1和y方向外定子铁芯2垂直放置，x方向外定子铁芯1和y方向外定子铁芯2各有两个磁极，上面绕有外线圈4，外永磁体3位于x方向外定子铁芯1和y方向外定子铁芯2之间，x方向外定子铁芯1和y方向外定子铁芯2的径向内部为内转子铁芯5，x方向外定子铁芯1和y方向外定子铁芯2与内转子铁芯5之间形成磁气隙。磁气隙一般为0.2mm～0.6mm，本实施例为0.3mm。
所述外永磁体3是一个整圆环，沿轴向方向充磁。所述的x方向外定子铁芯1和y方向外定子铁芯2采用硅钢片DR510、DR470、DW350、1J50或1J79中的任意一种叠压制成。所述的内转子铁芯5采用采用硅钢片DR510、DR470、DW350、1J50或1J79中的任意一种叠压制成。
另外，考虑到外永磁体和电磁体的磁力线垂直穿过叠片的外定子铁芯和内转子铁芯，作为优选方案，可以使外定子铁芯与外永磁体之间采用实心导磁体连接，同时使得内转子铁芯外部加装实心导磁体解决这一问题，同时定子铁芯磁极可以变为极靴结构进一步减小气隙磁场在转子表面产生的磁密波动，从而进一步减小磁轴承的旋转涡流损耗。
此外，对于径向承重情况下，如x方向承受重力，为了减小径向磁轴承的功耗，可以使得+x方向磁气隙小于-x方向上的磁气隙，如+x方向磁气隙由0.3mm变为0.2mm，-x方向磁气隙由0.3mm变为0.4mm，这样可以使得外永磁体提供更大的重力，减小磁轴承的电流。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种内转子径向磁轴承，其特征在于：由x方向外定子铁芯(1)、y方向外定子铁芯(2)、外永磁体(3)、外线圈(4)以及内转子铁芯(5)组成，其中x方向外定子铁芯(1)和y方向外定子铁芯(2)垂直放置，x方向外定子铁芯(1)和y方向外定子铁芯(2)各有两个磁极，上面绕有外线圈(4)，外永磁体(3)位于x方向外定子铁芯(1)和y方向外定子铁芯(2)之间，x方向外定子铁芯(1)和y方向外定子铁芯(2)的径向内部为内转子铁芯(5)，x方向外定子铁芯(1)和y方向外定子铁芯(2)与内转子铁芯(5)之间形成磁气隙。
2.根据权利要求1所述的内转子径向磁轴承，其特征在于：所述外永磁体(3)是一个整圆环，沿轴向方向充磁。
3.根据权利要求1所述的内转子径向磁轴承，其特征在于：所述的磁气隙为0.2mm～0.6mm。
4.根据权利要求1所述的内转子径向磁轴承，其特征在于：所述的x方向外定子铁芯(1)和y方向外定子铁芯(2)采用硅钢片DR510、DR470、DW350、1J50或1J79中的任意一种叠压制成。
5.根据权利要求1所述的内转子径向磁轴承，其特征在于：所述的内转子铁芯(5)采用采用硅钢片DR510、DR470、DW350、1J50或1J79中的任意一种叠压制成。
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