CN102647123A - 一种磁悬浮飞轮与全永磁相斥型磁悬浮轴承及位置检测和气隙控制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮飞轮与全永磁相斥型磁悬浮轴承，它是将带底盘(15)的转子芯轴与设置在转子芯轴上的调节固定螺母与芯轴顶盘(16)实现连接构成全永磁双边相斥型磁悬浮轴承的转子基和由筒形机座及筒形机座(17)沿径向向内延伸部分构成全永磁双边相斥型磁悬浮轴承的定子基，然后，将全永磁双边相斥型磁悬浮轴承的定、转子环形永磁体设置在定转子基部的轴向相对面(19)上，从而构成全永磁双边相斥型磁悬浮轴承的自适应磁悬浮转子支撑系统。所述全永磁双边相斥型磁悬浮轴承由两个具有单边斥力的全永磁相斥型磁悬浮轴承同轴度对置安装，所述每个单边斥力的全永磁相斥型磁悬浮轴承是由一个在轴向端带有环形凸极的环形永磁体与在轴向端带有与环形凹槽的环形永磁体通过气隙相对而成。然后，可将具有径向气隙的电机的定转子初次级铁心分别设置在转子芯轴和定子基部的最小内径(18)一侧。

Description

一种磁悬浮飞轮与全永磁相斥型磁悬浮轴承及位置检测和气隙控制

技术领域：

本发明涉及磁悬浮飞轮，尤其是涉及采用双边相斥型全永磁磁悬浮轴承自适应磁悬浮转子支撑系统的全永磁相斥型磁悬浮飞轮；本发明还涉及双边相斥型全永磁磁悬浮轴承与防止全永磁相斥型磁悬浮轴承定转子挤压磁场自由扩散干扰周围敏感性电磁元件的方法与调节定转子气隙大小的装置；本发明还涉及防止全永磁相斥型磁悬浮轴承定转子产生磁场内漏的方法。 

发明内容：

本发明所提供的是一种采用全永磁磁悬浮轴承自适应磁悬浮转子支撑系统的磁悬浮飞轮及其双边相斥型全永磁磁悬浮轴承。以及解决全永磁相斥型磁悬浮轴承定转子挤压磁场自由扩散干扰周围敏感性电磁元件的方法与调节定转子气隙大小的装置；本发明还涉及防止全永磁相斥型磁悬浮轴承定转子产生磁场内漏的方法。 

其基本思路是： 

首先，利用两组单边斥力的全永磁相斥型磁悬浮轴承同轴心对置安装后构成具有双边相斥型全永磁磁悬浮轴承与自适应调中的全永磁磁悬浮转子支撑系统，然后，将电机的定转子初次级铁心分别连接固定与双边相斥型全永磁磁悬浮轴承的定转子部上，从而成为全永磁相斥型的磁悬浮飞轮。通过避免采用空心截锥体定转子永磁体解决全永磁磁悬浮轴承普遍存在的气隙磁场存在内漏损耗的技术弊病和在全永磁磁悬浮轴承的非工作气隙侧设置强导磁材料避免挤压 磁场自由扩散给周围敏感性电磁元件造成的干扰现象。通过设置磁悬浮轴承定转子气隙大小的调节装置保证气隙磁密达到一定的悬浮荷载能力。通过设置轴向位置传感器，方便于对内部转子动态变化的检测。通过与现有技术吸引型磁悬浮轴承的兼容使用，极大地提高磁悬浮转子支撑系统的稳定性。具体技术方案如下： 

1、一种全永磁相斥型的磁悬浮飞轮。 

它是由机座和机座芯轴、芯轴顶盘以及飞轮和由全永磁单边斥力的磁悬浮轴承轴组成具有双边相斥型全永磁磁悬浮轴承的自适应磁悬浮转子支撑系统所组成。电机设置于机座芯轴与外转子飞轮的相对面上，所述外转子飞轮的上下面设有环形永磁体，所述机座的上面和所述芯轴顶盘的下面，分别设有环形永磁体。所述环形永磁体全部采用轴向充磁的环形永磁体。所述每组全永磁单边斥力的磁悬浮轴承轴，均有一个带有梯形、“V”形或弧形凸极的环形永磁体和一个带有轴向口环形凹槽的环形永磁体通过曲面气隙相对而成。所述各环形永磁体通过非工作气隙侧的软磁材料所固定。 

本发明的双边相斥型全永磁磁悬浮轴承除了在磁悬浮飞轮的应用外，还可以在任何磁悬浮转子支撑系统中与现有技术的各种吸引型磁悬浮轴承兼容使用。 

本发明的全永磁相斥型磁悬浮飞轮，还可以在所述机座的芯轴上设置肩台，肩台与芯轴顶盘之间放置弹簧，芯轴顶盘的上面与调节螺母接触。 

2、一种全永磁相斥型磁悬浮飞轮，它是由两组全永磁单边斥力的磁悬浮轴承轴向对置后，分别将它们的定子环形永磁体通过非工作气隙侧的软磁材料连接固定在磁悬浮飞轮机壳内部的上下面，将它们的转子环形永磁体通过非工作气隙侧的软磁材料连接固定在内转子飞轮的上下面，共同构成双边相斥型全永 磁磁悬浮轴承自适应磁悬浮的转子支撑系统，然后再将电机的定转子初次级铁心与双边相斥型全永磁磁悬浮轴承的定转子部连接。所述全永磁单边斥力的磁悬浮轴承轴，分别是由一个在一端端面上带有梯形、“V”形或弧形凸极的环形永磁体和一个在一端端面上带有梯形、“V”形或弧形凹陷部轴向口环形凹槽的环形永磁体通过曲面气隙相对而成。所述各环形永磁体通过非工作气隙侧的软磁材料所固定，所述各环形永磁体均为轴向充磁。 

在本发明当中，还可以将所述磁悬浮飞轮的筒形机壳设置成内外结构的插装套接型，并通过调节螺栓对磁悬浮轴承的工作气隙大小进行控制。 

3、一种全永磁相斥型磁悬浮飞轮，它是将一个带有底盘的芯轴通过通过芯轴上的调节螺母与芯轴顶盘连接构成全永磁相斥型磁悬浮转子支撑系统的转子部，由机座筒形机座和有筒形机座向内径向延伸于芯轴底盘和芯轴顶盘之间的小径部分构成全永磁相斥型磁悬浮转子支撑系统的定子部，在定子部的上下面与芯轴顶盘的下面和芯轴底盘的上面分别设有全永磁相斥型磁悬浮轴承的定转子环形永磁体，共同构成全永磁相斥型磁悬浮转子支撑系统。然后，将电机设置在芯轴与机座最小内径的相对面上。 

在本发明的双边相斥型全永磁磁悬浮轴承自适应磁悬浮的转子支撑系统当中，还可以在转子的芯轴部位上设置轴向位置传感器，随时对系统内的磁悬浮轴承的气隙磁进行检测，而不用打开设备完成。 

本发明所述的相斥型磁悬浮轴承转子支撑系统，可广泛适用于各种磁悬浮平台和磁悬浮经纬仪及高精密天平上使用。 

在本发明的双边相斥型全永磁磁悬浮轴承自适应磁悬浮的转子支撑系统当中，均可以设置现有技术的非接触式径轴气隙保护的备用机械轴承。 

4、一种全永磁相斥型磁悬浮飞轮，它是由一个在两端带有锥形或截锥形或 梯形或半球形沉孔且被轴向充磁的实心圆柱体及其所带的飞轮组成转子部，然后与两个固定在外围框架上且在一端带有与转子部实心永磁圆柱体沉孔相适应和被轴向充磁的定子部永磁实心圆柱体通过气隙相对设置，构成全永磁相斥型磁悬浮飞轮。 

在本发明当中，还可以将固定在外围框架上的一个定子部实心永磁圆柱体设置为带有螺旋调节的机构。 

综上所述，本发明的全永磁相斥型磁悬浮飞轮和双边相斥型全永磁磁悬浮轴承突破了全永磁不能实现自稳定悬浮的技术成见。相对于现有技术来说，由于禁止了在永磁磁悬浮轴承当中使用空心截锥形定转子永磁体避免了气隙磁场的内漏损耗，由于本发明的全永磁相斥型磁悬浮轴承完全可以和现有技术的吸引型磁悬浮轴承兼容使用，更加提高了磁悬浮转子支撑系统的稳定性，满足了大量工业要求，而且达到结构最简，成本最小产品性价比，完全具备了市场竞争力。 

附图说明：

图1是在内定子空心静轴上设有可调节芯轴顶盘轴向位置的全永磁相斥型磁悬浮飞轮的示意图。 

图2是在外定子筒形外壳上带有筒形外壳自身轴向长度调节装置的全永磁相斥型磁悬浮飞轮的示意图。 

图3是在连接上下转子飞轮的芯轴上带有上下转子飞轮轴向位调节装置的全永磁相斥型磁悬浮飞轮的示意图。 

以下为上述全部附图中的标注说明：1、机座芯轴，2、双边相斥型全永磁磁悬浮轴承，3、芯轴顶盘，4、外转子飞轮，5、6、带有缩小面凸极的环形永磁体，7、8、带有轴向口环形凹槽的环形永磁体，9、弹簧，10、调节螺母，11内转子飞轮，12、调节螺栓，13上电机，14、下电机，15、芯轴底盘，16、转子部芯轴顶盘，17、机座，18、筒形机座的最小径侧面，19、用来安装全永磁 磁悬浮轴承定转子环形永磁体的部位。 

具体实施方式：

以下根据附图说明对本发明的全永磁相斥型磁悬浮飞轮做进一步的详细描述： 

按照图1所示，它是在采用全永磁相斥型磁悬浮转子支撑系统(2)的转精筒内部的芯轴(1)与滚筒内壁之间设置了具有轴向气隙的电动机所构成。 

按照图3所示，它是将一个带有底盘的芯轴(15)通过芯轴上的调节螺母与转子芯轴顶盘(16)连接构成全永磁相斥型磁悬浮转子支撑系统的转子部，由机座筒形机座(17)和有筒形机座向内径向延伸于芯轴底盘和芯轴顶盘之间的小径部分构成全永磁相斥型磁悬浮转子支撑系统的定子部，在定子部的上下面与芯轴顶盘的下面和芯轴底盘的上面分别设有全永磁相斥型磁悬浮轴承的定转子环形永磁体(19)，共同构成全永磁相斥型磁悬浮转子支撑系统。然后，将电机设置在芯轴与机座最小内径的相对面(18)上。 

Claims (9)

1.一种全永磁相斥型磁悬浮飞轮，由两组全永磁单边斥力的磁悬浮轴承轴向对置后，分别将各单边斥力磁悬浮轴承轴的环形永磁体(5、6、7、8)固定安装在转子飞轮(4)和通过轴向气隙相对的上下部定子之间，共同构成双边相斥型全永磁磁悬浮轴承的自适应磁悬浮转子支撑系统(2)，然后，再将电机的定转子初次级铁心分别与双边相斥型全永磁磁悬浮轴承的定转子连接固定，所述全永磁单边斥力的磁悬浮轴承轴，均有一个带有梯形、“V”形或弧形凸极的环形永磁体和一个带有轴向口环形凹槽的环形永磁体通过轴向曲面气隙相对而成，所述环形永磁体全部采用轴向充磁的环形永磁体，且所述各环形永磁体均通过其非工作气隙侧的软磁材料所固定。

2.按照权利要求1所述的全永磁相斥型磁悬浮飞轮，其特征是：在磁悬浮飞轮的定子部芯轴(1)上，还设有一个用来控制磁悬浮轴承工作气隙大小的调节元件(10)以及在与调节螺母接触的可轴向滑动的芯轴顶盘(3)的下面设有应力弹簧(9)。，

3.一种全永磁相斥型磁悬浮飞轮，由两组全永磁单边斥力的磁悬浮轴承轴向对置后，分别将它们的定子环形永磁体通过其非工作气隙侧的软磁材料连接固定在磁悬浮飞轮机壳内部的上下面，将它们的转子环形永磁体通过非工作气隙侧的软磁材料连接固定在内转子飞轮的上下面，共同构成双边相斥型全永磁磁悬浮轴承自适应磁悬浮的转子支撑系统，然后再将电机(13、14)的定转子初次级铁心与双边相斥型全永磁磁悬浮轴承的定转子部连接，所述全永磁单边斥力的磁悬浮轴承轴，分别是由一个在一端端面上带有梯形、“V”形或弧形凸极的环形永磁体和一个在一端端面上带有梯形、“V”形或弧形凹陷部轴向口环形凹槽的环形永磁体通过曲面气隙相对而成，所述各环形永磁体均为轴向充磁。

4.按照权利要求3所述的全永磁相斥型磁悬浮飞轮，其特征是：所述磁悬浮飞轮的筒形机壳为两个杯形机壳的插装式内外结构，通过调节螺栓对磁悬浮轴承的定转子气隙大小进行控制。

5.一种全永磁相斥型磁悬浮飞轮，它是将一个带有底盘(15)的芯轴通过芯轴上的调节螺母与芯轴顶盘(16)连接构成全永磁相斥型磁悬浮转子支撑系统的转子部，由筒形机座及沿径向向内径向延伸于芯轴底盘和芯轴顶盘之间的小径部分，构成全永磁相斥型磁悬浮转子支撑系统的定子部，在所述定子部的上下面与芯轴顶盘的下面和芯轴底盘的上面分别设有全永磁相斥型磁悬浮轴承的定转子环形永磁体，共同构成全永磁相斥型磁悬浮转子支撑系统。然后，将电机设置在芯轴外围与机座最小内径的相对面(18)上。

6.一种全永磁相斥型磁悬浮飞轮，它是将一个在两端带有锥形或截锥形或梯形或半球形沉孔且被轴向充磁的实心圆柱体及所带的飞轮组成转子部，然后与两个固定在外围框架上且在一端带有与转子部实心永磁圆柱体沉孔相适应和被轴向充磁的定子部永磁实心圆柱体通过气隙相对设置，构成全永磁相斥型的全永磁相斥型磁悬浮飞轮。

7.按照权利要求6所述全永磁相斥型磁悬浮飞轮，其特征是：其中一个固定在外围框架上的定子部实心永磁圆柱体带有螺旋调节机构。

8.按照权利要求3所述的全永磁相斥型磁悬浮飞轮，其特征是：在所述转子的芯轴轴端部位上还设置有轴向位置传感器，随时对系统内的磁悬浮轴承的气隙磁进行检测，而不用打开设备完成。

9.按照权利要求1、2、3、4、5、6中当中所述的相斥型磁悬浮轴承转子支撑系统，其特征是：可以和现有技术的吸引型磁悬浮轴承兼容使用和适用于在各种磁悬浮平台和磁悬浮经纬仪及高精密天平上使用。

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