CN102392852B - 一种轴向磁轴承 - Google Patents
一种轴向磁轴承 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102392852B CN102392852B CN201110342698.1A CN201110342698A CN102392852B CN 102392852 B CN102392852 B CN 102392852B CN 201110342698 A CN201110342698 A CN 201110342698A CN 102392852 B CN102392852 B CN 102392852B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stator core
- magnetic
- outer ring
- rotor
- permanent magnet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 10
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 9
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 3
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002648 laminated material Substances 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
一种轴向磁轴承，特别是一种可以控制径向扭转的轴向磁轴承，由定子部分和转子组成，定子部分由内环定子铁心、外环定子铁心、永磁体以及线圈组成，其中内环定子铁心为一整环结构，外环定子铁心有两个定子铁心磁极，沿+X方向和-X方向(或+Y方向和-Y方向)布置，每个定子铁心磁极上绕制有线圈。定子部分与转子之间形成轴向磁气隙，永磁体的径向内侧与内环定子铁心相连，径向外侧与外环定子铁心相连，本发明在实际使用时需成对使用这种轴向磁轴承，通过2个轴向磁轴承外环磁极不同的位置放置，实现转子的径向扭动控制，可大大减小系统的轴向尺寸。该轴向磁轴承还具有旋转损耗低、性能可靠、利于控制等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种可控制径向扭转的轴向磁轴承，可作为小卫星等航天器中旋转部件的无接触支撑。
背景技术
常用磁悬浮轴承分电磁偏置式和永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，前者采用电流产生偏置磁场，因此工作电流大、功耗大，后者利用永磁体替代电流产生偏置磁场，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承载力，因而这种轴承可大大减小控制电流，降低损耗。现有多数结构的轴向磁轴承定子结构都是整圆结构，对转子只能进行轴向平动控制，无法对转子进行径向扭动控制，因而在要求系统整体轴向长度较小的应用场合中难以得到应用，特别是现有的飞轮系统，通常做成外转子结构形式以减小整体体积，利用成对使用的径向磁轴承控制扭转，所以成对使用的径向磁轴承之间必须要有一定的跨距，这就带来了轴向长度的增加。而现有的三自由度轴向磁轴承，由于其沿内环铁心和外环铁心沿圆周方向分为4个磁极，因此磁场在转子旋转一周时需要交变4次，在高速旋转时功耗仍然不可忽视。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种旋转损耗低、可进行径向扭动控制的轴向磁轴承。
本发明的技术解决方案为：该轴向磁轴承由定子部分和转子组成，定子部分由内环定子铁心、外环定子铁心、永磁体以及线圈组成，其中内环定子铁心为一整环结构，外环定子铁心有两个定子铁心磁极，沿+Y、-Y方向或+X、-X方向放置，每个定子铁心磁极上绕制有线圈，内环定子铁心和外环定子铁心与转子之间形成轴向磁气隙，永磁体的径向内侧与内环定子铁心相连，径向外侧与外环定子铁心相连。
所述的永磁体采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料制成，并为径向充磁。
所述的内环定子铁心和外环定子铁心采用导磁性能良好的材料叠压而成，与转子之间形成的轴向磁气隙为0.2-0.4mm。
所述的转子为导磁性能良好的材料制成的推力圆盘，或者为导磁性能良好的材料制成的系统转动部分的一部分。
上述方案的原理是：永磁体给磁轴承提供永磁偏置磁场，承担磁轴承所受的轴向力，激磁线圈产生的磁场起调节作用，保持磁轴承定转子气隙均匀，并使转子得到无接触支撑。本发明的永磁磁路通过永磁体、内环定子铁心磁极、外环定子铁心磁极、磁气隙以及转子构成闭合回路，形成磁悬浮轴承的主磁路；由于永磁体将内环定子铁心和外环定子铁心磁极“隔开”(永磁体磁阻大，对电磁磁路来讲是一个很大的磁阻)，因此外环定子铁心磁极绕制的线圈通电后产生的电磁磁路仅在两个外环定子铁心磁极之间形成电磁磁路。这样保证了电磁磁路不通过永磁体内部，减小了电磁磁路的磁阻，降低了激磁电流，降低了轴承的功耗。本发明的轴向磁轴承必须成对使用，安装时要保证上下两个轴向磁轴承的定子铁心磁极正交，即要保证其中一个轴向磁轴承的外环定子铁心磁极沿+Y和-Y方向放置，则另一个轴向磁轴承的外环定子铁心必须沿+X和-X方向放置。永磁体在外环定子铁心磁极与转子之间气隙处产生的磁通方向相同，而外环定子铁心磁极上的线圈通电在外环两个定子铁心磁极与转子之间的气隙处产生的磁通方向相反，因此当转子发生径向扭转时，通过调节线圈电流可以实现电磁磁通在一个外环定子磁极与转子之间的气隙处与永磁磁通相叠加，而在另一个外环定子磁极与转子之间气隙处与永磁磁通相抵消，因此可以产生径向方向的回转力矩使转子恢复到平衡位置。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明由于采用永磁磁场作为偏置磁场，与传统电磁轴承相比消除了在线圈电流中占主要分量的偏置电流，降低了绕组铜耗和控制功放损耗，因此功耗低。与现有的永磁偏置轴向磁轴承相比，本发明所述的永磁偏置轴向磁轴承的定子部分采用了内环定子铁心和外环定子铁心的形式，并且采用内环定子铁心为整圆环结构、外环定子铁心有2个磁极，因而在成对使用时可实现转子的径向扭动控制，并且使得转子旋转一周时气隙中的磁场只有两次交变，减小了现有三自由度轴向磁轴承旋转损耗的缺陷，在实现系统减小轴向长度的同时，可以大大减小高速下的旋转损耗。
附图说明
图1为本发明的轴向磁轴承定子结构示意图。
图2为本发明的轴向磁轴承定子结构爆炸图。
图3为本发明的轴向磁轴承组件图。
图4为采用本发明的两个轴向磁轴承的安装示意图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明的可控制径向扭动的轴向磁轴承，由定子部分和转子6组成，定子部分由内环定子铁心1、外环定子铁心2、永磁体3以及线圈4组成，其中内环定子铁心1为一整环结构，外环定子铁心2有两个定子铁心磁极，沿+Y、-Y方向或+X、-X方向放置，每个定子铁心磁极上绕制有线圈4，内环定子铁心1和外环定子铁心2与转子6之间形成轴向磁气隙5，永磁体3的径向内侧与内环定子铁心1相连，径向外侧与外环定子铁心2相连。从图2可以看出轴向磁轴承定子各个部分(内环定子铁心、外环定子铁心、永磁体和线圈)之间的相对位置关系，从图3可以看出轴向磁轴承在实际使用时的组件图。
所述的内环定子铁心1和外环定子铁心2与转子6之间形成的轴向磁气隙5为0.2-0.4mm。
在实际安装时，必须要成对使用本发明所述的轴向磁轴承，如图4所示，要保证上下两个轴向磁轴承的定子铁心磁极正交，即要保证其中一个轴向磁轴承的外环定子铁心2磁极沿+Y和-Y方向放置，则另一个轴向磁轴承的外环定子铁心2磁极必须沿+X和-X方向放置。由于外环定子铁心2的线圈4通电仅在外环铁心两个磁极之间形成回路，因此通过控制外环定子铁心2的线圈4中的电流大小和方向就可以实现对转子6发生径向扭动方向的控制。
本发明所用的内环定子铁心1和外环定子铁心2可用导磁性能良好的电工薄钢板如电工硅钢板DR510、DR470、DW350、1J50、1J79或硅钢薄带等磁性材料制成；转子6为导磁性能良好的材料如电工纯铁、1J50、1J79等制成的推力圆盘，或者为导磁性能良好的材料如电工纯铁、硅钢等制成的系统转动部分的一部分；永磁体3的材料为磁性能良好的稀土永磁体或铁氧体永磁体，并且为径向充磁，线圈4用导电良好的电磁线绕制后浸漆烘干而成。
需要说明的是，本发明所述轴向磁轴承的结构没有采用差动磁极结构，因此会在一定程度上增加控制系统的难度，但该种结构由于只有外环定子铁心2的两个磁极，因此转子旋转一周磁场交变2次，远远小于现有三自由度轴向磁轴承在气隙中交变2个4次(因为内环定子铁心为4个磁极，外环定子铁心也为4个磁极，当转子旋转一周时各自交变4次)，可大大减小转子高速旋转时的涡流损耗。如果需要进一步降低轴向磁轴承的功耗，可以将外环定子铁心磁极2以及转子分别采用纳米晶等低交流损耗的软磁材料卷绕而成。
另外，本发明所述轴向磁轴承特别适合于控制径向扭转，在实际应用时需要利用系统的径向空间增加仅提供轴向平动的单自由度轴向磁轴承。
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)
1.一种轴向磁轴承，其特征在于：由定子部分和转子(6)组成，定子部分由内环定子铁心(1)、外环定子铁心(2)、永磁体(3)以及线圈(4)组成，其中内环定子铁心(1)为一整环结构，外环定子铁心(2)有两个定子铁心磁极，沿+Y、-Y方向或+X、-X方向放置，每个定子铁心磁极上绕制有线圈(4)，内环定子铁心(1)和外环定子铁心(2)与转子(6)之间形成轴向磁气隙(5)，永磁体(3)的径向内侧与内环定子铁心(1)相连，径向外侧与外环定子铁心(2)相连，永磁磁路通过永磁体(3)、内环定子铁心(1)磁极、外环定子铁心(2)磁极、磁气隙以及转子(6)构成闭合回路，形成磁悬浮轴承的主磁路；由于永磁体磁阻大，对电磁磁路来讲是一个很大的磁阻，因此永磁体将内环定子铁心和外环定子铁心磁极“隔开”，故外环定子铁心磁极绕制的线圈通电后产生的电磁磁路仅在两个外环定子铁心磁极之间形成电磁磁路，这样保证了电磁磁路不通过永磁体内部，减小了电磁磁路的磁阻，降低了激磁电流，降低了轴承的功耗；永磁体(3)在外环定子铁心(2)磁极与转子(6)之间气隙处产生的磁通方向相同，而外环定子铁心(2)磁极上的线圈(4)通电在外环两个定子铁心磁极与转子之间的气隙处产生的磁通方向相反，因此当转子(6)发生径向扭转时，通过调节线圈电流可以实现电磁磁通在一个外环定子磁极与转子之间的气隙处与永磁磁通相叠加，而在另一个外环定子磁极与转子之间气隙处与永磁磁通相抵消，因此可以产生径向方向的回转力矩使转子恢复到平衡位置；所述的内环定子铁心(1)和外环定子铁心(2)采用导磁性能良好的材料叠压而成，外环定子铁心磁极绕制的线圈通电后产生的电磁磁路仅在两个外环定子铁心磁极之间形成电磁磁路；该种结构由于只有外环定子铁心(2)的两个磁极，因此转子旋转一周磁场交变2次，远远小于现有三自由度轴向磁轴承在气隙中交变2个4次，可大大减小转子高速旋转时的涡流损耗；所述的轴向磁轴承必须成对使用，安装时要保证上下两个轴向磁轴承的定子铁心磁极正交，即要保证其中一个轴向磁轴承的外环定子铁心磁极沿+Y和-Y方向放置，则另一个轴向磁轴承的外环定子铁心必须沿+X和-X方向放置。
2.根据权利要求1所述的轴向磁轴承，其特征在于：所述的永磁体(3)为径向充磁。
3.根据权利要求1所述的轴向磁轴承，其特征在于：所述的内环定子铁心(1)和外环定子铁心(2)与转子(6)之间形成的轴向磁气隙(5)为0.2-0.4mm。
4.根据权利要求1所述的轴向磁轴承，其特征在于：所述的永磁体(3)采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料制成。
5.根据权利要求1所述的轴向磁轴承，其特征在于：所述的转子(6)为导磁性能良好的材料制成的推力圆盘，或者为导磁性能良好的材料制成的系统转动部分的一部分。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110342698.1A CN102392852B (zh) | 2011-11-03 | 2011-11-03 | 一种轴向磁轴承 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110342698.1A CN102392852B (zh) | 2011-11-03 | 2011-11-03 | 一种轴向磁轴承 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102392852A CN102392852A (zh) | 2012-03-28 |
| CN102392852B true CN102392852B (zh) | 2014-05-14 |
Family
ID=45860216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110342698.1A Expired - Fee Related CN102392852B (zh) | 2011-11-03 | 2011-11-03 | 一种轴向磁轴承 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102392852B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102678746B (zh) * | 2012-03-30 | 2016-01-13 | 刘延风 | 一种安培力径向电磁轴承 |
| CN102944980A (zh) * | 2012-11-02 | 2013-02-27 | 清华大学 | 一种具有永磁重力支撑结构的微动台 |
| CN103195807B (zh) * | 2013-03-27 | 2015-09-16 | 刘延风 | 定子磁场源的安培力径向电磁轴承及其径轴复合轴承 |
| CN108374837B (zh) * | 2018-02-06 | 2019-07-12 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 一种三磁路洛伦兹力磁轴承 |
| CN110285142A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-09-27 | 清华大学 | 半开式的止推磁悬浮轴承 |
| CN112366911B (zh) * | 2020-09-27 | 2021-09-24 | 江苏中工高端装备研究院有限公司 | 一种永磁轴向磁通磁悬浮电机及风机 |
| CN113452199B (zh) * | 2021-06-10 | 2022-05-20 | 华中科技大学 | 一种立式安装电机用机械永磁混合轴承系统 |
| CN115360880B (zh) * | 2022-10-21 | 2023-03-31 | 山东天瑞重工有限公司 | 一种卷绕铁芯推力磁轴承 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101054997A (zh) * | 2007-04-26 | 2007-10-17 | 北京航空航天大学 | 一种永磁偏置轴向磁轴承 |
| CN201041974Y (zh) * | 2007-02-07 | 2008-03-26 | 熊巨藩 | 一种双凸极轴向磁场永磁电动机 |
| WO2008034542A1 (de) * | 2006-09-22 | 2008-03-27 | Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg | Lüfter |
| CN201639402U (zh) * | 2010-02-09 | 2010-11-17 | 昆山广兴电子有限公司 | 具有轴向气隙的微型马达 |
| EP2284980A2 (en) * | 2009-08-06 | 2011-02-16 | Gene Power Holding Co. Ltd. | Generator with axial gap and permanent magnets |
-
2011
- 2011-11-03 CN CN201110342698.1A patent/CN102392852B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008034542A1 (de) * | 2006-09-22 | 2008-03-27 | Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg | Lüfter |
| CN201041974Y (zh) * | 2007-02-07 | 2008-03-26 | 熊巨藩 | 一种双凸极轴向磁场永磁电动机 |
| CN101054997A (zh) * | 2007-04-26 | 2007-10-17 | 北京航空航天大学 | 一种永磁偏置轴向磁轴承 |
| EP2284980A2 (en) * | 2009-08-06 | 2011-02-16 | Gene Power Holding Co. Ltd. | Generator with axial gap and permanent magnets |
| CN201639402U (zh) * | 2010-02-09 | 2010-11-17 | 昆山广兴电子有限公司 | 具有轴向气隙的微型马达 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102392852A (zh) | 2012-03-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102392852B (zh) | 一种轴向磁轴承 | |
| CN100487257C (zh) | 一种永磁偏置轴向磁轴承 | |
| CN105090245B (zh) | 一种非对称永磁偏置轴向磁轴承 | |
| CN105864292A (zh) | 一种永磁偏置三自由度磁轴承 | |
| CN101581336B (zh) | 永磁偏置轴向磁悬浮轴承 | |
| CN102900761B (zh) | 一种永磁偏磁轴向混合磁轴承 | |
| CN106015331B (zh) | 一种低功耗永磁偏置五自由度集成化磁轴承 | |
| CN107448474B (zh) | 一种车载飞轮电池用五自由度混合磁轴承 | |
| CN103925291B (zh) | 一种永磁偏置混合轴向磁轴承 | |
| CN108825655A (zh) | 一种带隔磁环的径向轴向三自由度磁轴承 | |
| CN101025198A (zh) | 一种永磁偏磁轴向混合磁轴承 | |
| CN104118579B (zh) | 一种四自由度单框架磁悬浮控制力矩陀螺 | |
| CN106050918A (zh) | 一种永磁偏置五自由度集成化磁悬浮支撑系统 | |
| CN101994761B (zh) | 一种双永磁体外转子永磁偏置径向磁轴承 | |
| CN108374837B (zh) | 一种三磁路洛伦兹力磁轴承 | |
| CN108757731A (zh) | 一种永磁体轴向磁化的径向轴向三自由度磁轴承 | |
| CN101922510A (zh) | 一种双永磁体内转子永磁偏置径向磁轴承 | |
| CN104141685A (zh) | 一种主被动内转子磁轴承 | |
| CN105840654B (zh) | 一种永磁偏置单自由度轴向磁轴承 | |
| CN103683571B (zh) | 两自由度定子永磁偏置永磁型无轴承电机 | |
| CN102537048A (zh) | 一种可控制径向扭转的轴向磁轴承 | |
| CN103939465B (zh) | 一种单自由度磁轴承 | |
| CN113839516A (zh) | 轴向悬浮用定子组件、磁悬浮电机及直线式电磁执行机构 | |
| CN205663759U (zh) | 一种永磁偏置单自由度轴向磁轴承 | |
| CN201696492U (zh) | 低功耗混合式磁轴承 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: BEIFANG POLYTECHNIC UNIV. Free format text: FORMER OWNER: JIA XINTAO Effective date: 20140403 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhou Jinghua Inventor after: Li Zhengxi Inventor after: Zhang Xiaowei Inventor after: Chen Yaai Inventor before: Jia Xintao |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 050500 SHIJIAZHUANG, HEBEI PROVINCE TO: 100144 SHIJINGSHAN, BEIJING Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: JIA XINTAO TO: ZHOU JINGHUA LI ZHENGXI ZHANG XIAOWEI CHEN YAAI |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140403 Address after: 100144 Beijing City, Shijingshan District Jin Yuan Zhuang Road No. 5 Applicant after: Beifang Polytechnic Univ. Address before: Zhu Shicun Bei wa Xiang 050500 in Hebei County of Lingshou Province Applicant before: Jia Xintao |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140514 Termination date: 20141103 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |