CN102678746A - 一种安培力径向电磁轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安培力径向电磁轴承，为实现执行力是控制电流的单调函数，它的圆环磁极(2)在转子(1)上，转子(1)和定子铁芯(7)为轴向并列，圆环磁极(2)的环心在转子几何中心(1-1)上，圆环磁极(2)的极面朝向为轴向，定子铁芯(7)上开设线槽(9)，线槽(9)内嵌卡线圈(5)，线圈(5)和线槽(9)按x、y轴分组来设置，并且其位置偏离定子铁芯中心(7-1)，所述的线槽(9)还具有圆弧窄槽口(8)，开口方向也为轴向，它与圆环磁极(2)的极面间隔工作气隙(12)并对齐，使线圈(5)处在圆环磁极(2)的磁场中，它可用与物体的磁悬浮支撑。

Description

一种安培力径向电磁轴承
技术领域
本发明涉及一种电磁轴承，特别是一种利用载流导体在磁场中受到的安培力来对转子或非转动部件无接触磁力支撑的主动电磁轴承。
现有技术
电磁轴承广义上，包括电磁轴承执行器、传感器和控制器三部分，它由外界输入电能量并产生控制力，常称主动磁轴承，习惯上只将该电磁轴承执行器称为电磁轴承，它们通常是以磁铁磁极对铁磁材料产生吸力的原理来实现悬浮。比如中国专利号200710135188.0永磁偏置轴向径向磁轴承、200510040267.4永磁偏置径向磁轴承，均为吸力电磁轴承。现有技术的电磁轴承在其平衡位附近其执行力ΔFy并不仅仅是控制电流iy的单调函数，它同时与转子所处的位置y有关：
ΔFy≈kyyy+kyiiy，式中kyy为电磁轴承的位移刚度恒小于零；kyi为电磁轴承的电流刚度。参见《可控磁悬浮转子系统》虞烈著，科学出版社2003年第一版，第38页第16行至19行。使用吸力型电磁轴承悬浮的转子，当转子的位移扰动过大时，其执行力必须考虑转子位置的影响，否则控制将失稳。
《可控磁悬浮转子系统》虞烈著，科学出版社2003年第一版，第252页，9.3节，记载了转子运动的自动平衡现象。《振动力学》刘延柱等编著，高等教育出版社1998年第1版，第38页至40页，第二章第2.2节3，论述了过临界转速之后，高速挠性轴转子的自动定心现象。使用吸力型电磁轴承悬浮的转子，由于在控制电流为零时径向为负位移刚度，实现转子的自动定心即自动平衡时难度较高。
美国专利，US6304015magneto-dynamic bearing公开了一种被动式径向磁轴承，它不用附加的电子电路和电源，短接的导体环装在转子上，永磁体装在定子上，当转子有晃动时，导体环产生感应电涡流并在磁场中产生反作用力，其力的大小有限且不可调整。
美国专利，US5469006lorentz force magnetic bearing utilizing closed conductive loops andselectively controlled electromagnets公开了与上一专利类似的短接的导体环在转子上，有偏移时在磁场中产生感应电涡流并在磁场中产生反作用力的磁悬浮系统，不同的是它的磁场强度可控，由于产生作用力的能量主要还是来自转子自身，所以还是属被动式磁轴承，在有大扰动时有执行力不够强的问题。
美国专利，US4700094magnetic suspension system公开了一种洛伦茨力磁悬浮系统，设置了一个圆套筒状的多层线圈，将它固定并置于永磁径向磁场的气隙中，轴向电流和周向电流产生轴向和x、y向的洛伦茨力实现转子磁悬浮。缺点是为容纳集成线圈其周向气隙较大，要使气隙磁场磁通密度较高必须使永磁体体积很大，否则执行力较小。
美国专利，US7537437linear actuator，and valve device and pump device used same公开了一种线性轴向执行器，永磁体在运动体上，线圈在静止体上，线圈有电流时运动体可被轴向驱动，它没有径向驱动的结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种主动式电磁轴承，它由外界输入电能并产生控制用执行力，其执行力是控制电流的单调函数，与转子所处的位置无关。给定了控制电流，在一定的位移范围内，对于径向电磁轴承，即便转子几何中心不在定子中心，或者转子存在不平衡质点趋向自动平衡时，转子回转中心不在其几何中心，其执行力--电流的特性也不受影响。使得构造磁浮系统只需确定传感器的位置中心，不要求对执行器即电磁轴承的位置中心精密对中，使安装简化，转子动平衡精度的要求降低。
为解决上述技术问题，本发明的基本构思是：设计一种非吸力型电磁轴承，应用通电导体在磁场中受到安培力即洛伦茨力作用原理，在定子上设规定的导线绕组，在转子上设置永磁体建立气隙基础磁场，其磁极的极面方向为轴向即气隙为轴向厚度，规定的导线绕组处在基础磁场中，当导线绕组流过控制电流时，便在径向产生安培力实现可控制悬浮。
由安培力定律，其执行力为F＝iL×B；
B为导线处磁场磁通密度，L导线绕组总长，i为导线控制电流。
通电导线绕组所受的安培力方向和磁场B的方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判定。结构固定后，在磁极磁场有效范围内，执行力仅是控制电流的单调函数，与转子的所处的位置无关，控制电流为零时力也为零，即这时径向的位移刚度为零。磁场方向与导线方向垂直。径向电磁轴承磁极磁场方向为轴向，这与吸力型径向电磁轴承的永磁偏置磁极磁场为径向有明显区别。
线圈，组成导线绕组。在电磁轴承的定子中心沿径向定出x、y直角坐标系，当传感器感应出位移，控制器给出控制电流时，x方向的线圈或线圈组，产生x向执行力；y方向的线圈或线圈组，产生y向执行力。
为实现本发明基本构思的技术方案是：一种安培力径向电磁轴承，包括永磁体、圆环磁极、线圈、转子、定子铁芯、工作气隙，永磁体和圆环磁极在转子上，其特征在于所述的转子和定子铁芯为轴向并列，圆环磁极的环心在转子几何中心上，圆环磁极的极面朝向为轴向，定子铁芯上开设线槽，线槽内嵌卡线圈，在定子铁芯中心沿径向建立x、y轴直角坐标系，线圈和线槽按x、y轴分组来设置，并且其位置偏离定子铁芯中心，所述的线槽还具有圆弧窄槽口，圆弧窄槽口的圆弧圆心在定子铁芯中心上，其半径与圆环磁极相同，圆弧窄槽口开口方向也为轴向，它与圆环磁极的极面间隔工作气隙并对齐，使线圈处在圆环磁极的磁场中，构成了安培力径向电磁轴承，线圈流过控制电流时，x方向的线圈或线圈组，给转子产生x向执行力；y方向的线圈或线圈组，给转子产生y向执行力。
本发明圆环磁极是指：显圆环状，面对工作气隙的磁极，以这个定义将它与个数必然是对偶数的一般意义的磁极作区分。工作气隙是指：它不仅是磁场的通路，还为实现本发明的意图，将所需要的磁力在定子和转子间通过磁场进行传递。它可以为两个圆环磁极面对工作气隙，比如一个是N极另一个是S极，半径一大一小。两个圆弧窄槽口也半径一大一小与两个圆环磁极的极面对齐，也就是它们的大小半径对应相同。当线圈流过电流时，两个不同半径圆弧窄槽口下的槽内导线电流流向相反，并且处在不同方向的磁场中，故它们的安培力为合力相加。圆环磁极也可以是一个或更多个，相同半径的圆弧窄槽口与其相配，设置好圆环磁极极性和线圈电流流向，使安培力同向相加。
本发明的定子铁芯和线圈属于定子，也可以认为定子铁芯或者定子铁芯和线圈就是定子。本发明可以是两个定子和一个在中间的转子显两侧对称的轴向排列。也可以是两个转子和一个在中间的定子显两侧对称的轴向排列。也可以是一个定子和一个转子并列。
本发明的线圈和线槽还可以按各坐标设在两对边，线圈匝数和尺寸相同呈完全对称，也可以不完全相同，设计好线圈中电流的流向，使两对边产生的安培力为合力相加。两对边是指位置，在坐标的正方为一边，负方为另一边。在每个坐标轴的位置，也可以只有一组线圈和线槽。为了线圈的安装方便，每个定子铁芯被按坐标轴的位置分割，当线圈两对边设置时分割成四块。定子铁芯的块与块之间，还可以设定子铁芯搭桥，以使转子上的圆环磁极在掠过定子铁芯分割块之间的空档时，磁路磁阻不至于变化过大而影响永磁体工作点的稳定。
本发明的圆弧窄槽口的圆弧半径与圆环磁极相同是指：圆环磁极极面可以覆盖圆弧窄槽口，两者的中心线的半径并不要求必须精确相同，有些差距是允许的，当然精确相同最好。圆弧窄槽口的圆弧可以是拼接成整圈的圆弧也可以是分段的圆弧，圆环磁极也可以是分段的圆弧磁极拼接而成。圆弧窄槽口隔着气隙与圆环磁极的磁极面对齐是指：在初始，定子铁芯中心与转子几何圆心处在同一轴线，有位移扰动或者执行力进行控制工作时，不代表它们必须完全分毫不差地对准齐，但圆环磁极的极面仍然覆盖圆弧窄槽口。线槽的形状构造不作规定，只要在其口部包括圆弧窄槽口即可。
本发明的圆环磁极的极面朝向为轴向和圆弧窄槽口开口方向也为轴向，并不必须是严格地要求与x、y平面垂直，为其它因素考虑有一些小偏角也是允许的，但该偏角应小于45度，由此所产生的少许径向负位移刚度可设永磁径向斥力轴承来平衡，由恩绍定理可知实际上是将径向负位移刚度转移至轴向负位移刚度。
本发明永磁体可吸合在转子铁芯上。永磁体、线圈个数可以是单个也可以是多个。转子铁芯、永磁块或者永磁块和转子铁芯的组合附属于转子也可以认为它们构成了转子。
本发明设置圆弧窄槽口的目的是：为了流过电流时线圈产生的磁通设置高磁阻隔离，使该载流线圈产生的磁动势在规定的区域进入气隙，与永磁基础磁场相作用产生安培力。该槽口可以是敞开槽口或封闭槽口，以极薄的导磁或其它材料以高磁阻的形式使圆弧窄槽口呈闭口状，也是圆弧窄槽口的范畴。
本发明的圆环磁极可以就是永磁体自身的磁极，也可以是转子铁芯吸附在永磁体上而形成圆环磁极。
本发明安培力径向电磁轴承的工作气隙具有轴向基础磁场，该磁场也可被用作吸力型轴向电磁轴承的偏置磁场，在定子铁芯适当位置开设轴控线槽，设置吸力型的轴控线圈，便可使安培力径向电磁轴承附带有吸力型轴向电磁轴承，两种轴承不仅共用永磁体，而且还共用气隙、定子铁芯和磁极。该径向、轴向混合电磁轴承几乎不增加原有的单个体积，合适的结构设计可使轴向径向之间无交互耦合影响。该径向、轴向混合电磁轴承一般以两个定子、两工作气隙和一个在中间的转子显两侧对称的轴向排列，也可以是两个转子、两工作气隙和一个在中间的定子显两侧对称的轴向排列。当轴控线圈中有控制电流时，一侧的气隙基础磁场磁通密度变小另一侧的等量变大形成吸力差，产生轴向控制力。由于两侧工作气隙的磁通密度等量增减，所以当有径向扰动需径向控制时，其径向执行力的合力不受影响。若先有径向控制后有轴向控制或者两者同时出现其结果也类同。径向、轴向混合电磁轴承时，转子上的转子铁芯和永磁体的排布和构造适合径向、轴向不同性质的电磁轴承共同使用，它们以工作时永磁体的工作点不变为最佳；而对于靠一侧的永磁体发出的磁通变大另一侧的变小来实现轴向控制力的，即永磁体的工作点可变，只要将该工作点变化限制在一定的范围内，永磁体不退磁也是可行的。
本发明的技术方案列出了为解决本案技术问题相关的各必要技术特征及其主题名称，作为主题：一种安培力径向电磁轴承，本发明的技术方案在用于具体产品中实施时，所需的现有技术可自行加入。
本发明的有益效果：基于安培力的径向电磁轴承其执行力是控制电流的单调函数，为了实现转子不平衡离心力所产生的位移振动进行释放不控，控制器一般内嵌陷波器，安培力径向电磁轴承无需像以往的吸力型径向电磁轴承那样必须对负位移刚度进行归正补偿。它从本体结构上创造了简化控制器的条件，减少了控制运算时间，减少了时滞，保证高控制精度，使磁悬浮转子系统易于实现自动平衡。确定了传感器的位置中心，不要求对该电磁轴承的位置中心精密对中，简化安装程序，降低了转子悬浮系统精度的要求。它的单位体积的有效出力大，空间利用率高，电流--力的线性度很好，在高速旋转的转子应用比如储能飞轮的稳定控制中效果较好。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
图1转子的永磁体和圆环磁极的一种构造
图2转子的永磁体和圆环磁极的另一种构造
图3转子的永磁体和圆环磁极的第三种构造
图4转子的永磁体和圆环磁极的第四种构造
图5定子的一种构造
图6定子铁芯的一种构造
图7定子铁芯的另一种构造
图8本发明具一个圆环磁极的示意图
图9本发明具多个圆环磁极的实施图
图10为图9实施例的永磁基础磁通沿磁路的磁力线示意图
图11为图9实施例的永磁基础磁通受线圈绕组磁动势驱动后沿磁路的磁力线示意图
图12本发明图9实施例的力--电流关系实测曲线
图13本发明多个圆环磁极的另一实施图
图14本发明径向、轴向混合电磁轴承实施图
图15本发明径向、轴向混合电磁轴承另一种实施图
具体实施方式
图1是转子的永磁体和圆环磁极的一种构造剖面，图示的永磁体3是以转子几何中心1-1线为中心的里外两个圆环，永磁体3自身形成了圆环磁极2，它们安装在转子1上，共有N、S四个圆环磁极2。
图2是转子的永磁体和圆环磁极的另一种构造剖面，图示的永磁体3是以转子几何中心1-1线为中心的圆环，永磁体3自身形成了一个圆环磁极2，它安装在转子1上，转子铁芯4吸合在永磁体3上用作磁路的通道。
图3是转子的永磁体和圆环磁极的第三种构造剖面，图示的永磁体3在转子1的中间，转子铁芯4里外两个圆环形成了四个圆环磁极2，它们是以转子几何中心1-1线为中心的圆环。这个结构用于本发明附设有吸力型轴向磁轴承时永磁的工作点基本不变。
图4转子的永磁体和圆环磁极的第四种构造剖面，图示的永磁体3是以转子几何中心1-1线为中心的里外两个圆环，永磁体3自身形成了两个圆环磁极2，它们安装在转子1上，转子铁芯4吸合在永磁体3上作磁路的通道。
图5是定子的一种构造图，定子6上，装有定子铁芯7，定子铁芯7上开设线槽9，线槽9内嵌卡线圈5，定子铁芯中心7-1沿径向建立x、y轴直角坐标系，线圈5和线槽9设置在坐标轴上偏离定子铁芯中心7-1的位置，每个坐标轴有两组线圈5和线槽9，分别设在坐标轴的两个对边，两对边的线圈4匝数和尺寸相同呈完全对称设置。线槽9还具有圆弧窄槽口8，圆弧窄槽口8的圆弧圆心在定子铁芯中心7-1上，圆弧窄槽口8开口方向为轴向。为了线圈4的安装方便，定子铁芯7被按坐标轴的位置分割成四块。
图6是定子铁芯的一种构造图，以x、y在径向，定子铁芯中心7-1建立x、y、z轴直角坐标系，定子铁芯7只画出y坐标轴上被分割的其中一块。定子铁芯7上开设线槽9，线槽9内嵌卡线圈5，线槽9具有圆弧窄槽口8，圆弧窄槽口8的圆弧圆心在定子铁芯中心7-1上，圆弧窄槽口8开口方向为轴向。它还开有轴控线槽11，内嵌轴控线圈10，该轴控线圈10的环边跨过定子铁芯中心7-1，该环面朝轴向即z向。
图7是定子铁芯的另一种构造图，以x、y坐标在径向，定子铁芯中心7-1建立x、y、z轴直角坐标系，定子铁芯7只画出x坐标轴上被分割的的其中一块。定子铁芯7上开设线槽9，线槽9内嵌卡线圈5，线槽9具有圆弧窄槽口8，圆弧窄槽口8的圆弧圆心在定子铁芯中心7-1上，圆弧窄槽口8开口方向为轴向。它还开有轴控线槽11，内嵌轴控线圈10，该轴控线圈10的环边不跨过定子铁芯中心7-1，环面朝径向，在这里是面朝x向。
图8是本发明具一个圆环磁极的剖面示意图，包括永磁体3、圆环磁极2、线圈5、转子1、定子铁芯7、工作气隙12，安装在转子1上的永磁体3是以转子几何中心1-1线为中心的圆环，永磁体3自身形成了一个圆环磁极2，所以圆环磁极2的中心在转子几何中心1-1上，转子铁芯4吸合在永磁体3上用作磁路的通道，圆环磁极2的极面朝向为轴向。定子铁芯7上开设线槽9，线槽9内嵌卡线圈5，这里只显示了某一径向轴x或y轴的线圈5和线槽9组，它们在偏离定子铁芯中心7-1一定距离的位置，线槽9具有圆弧窄槽口8，圆弧窄槽口8的圆弧圆心在定子铁芯中心7-1上，其半径与圆环磁极2相同，圆弧窄槽口8开口方向为轴向，它与圆环磁极2的极面间隔工作气隙12并对齐，使线圈5处在圆环磁极2产生的磁场中，构成了安培力电磁轴承，当线圈5中电流的流向和圆环磁极2的极性如图所示时，图中表示了磁路及转子1所受的力F。在磁路中有一个大面积磁极面，面朝径向，由此所产生的少许径向负位移刚度可另设永磁径向斥力轴承来平衡。
图9是本发明具多个圆环磁极的实施图，它包括永磁体3、圆环磁极2、线圈5、转子1、定子铁芯7、工作气隙12，该实施是两个定子铁芯7和一个中间的转子1显两侧对称的轴向排列，安装在转子1上的永磁体3是以转子几何中心1-1线为中心的圆环，永磁体3自身形成了圆环磁极2，所以圆环磁极2的中心在转子几何中心1-1上，转子铁芯4吸合在永磁体3上作磁路的通道，圆环磁极2的极面朝向为轴向。两侧的定子铁芯7上开设线槽9，在定子铁芯中心7-1沿径向建立x、y轴直角坐标系，为了线圈4的安装方便，每侧的定子铁芯7被按坐标轴的位置分割成四块，线槽9内嵌卡线圈5，两侧的线圈5和线槽9按坐标轴分组，设在偏离定子铁芯中心7-1一定距离的位置，两侧的定子铁芯7按每个坐标轴各有两组线圈5和线槽9，分别设在坐标轴的两个对边，两对边的线圈5匝数和尺寸相同呈完全对称设置。两侧的线槽9还具有圆弧窄槽口8，圆弧窄槽口8的圆弧圆心在定子铁芯中心7-1上，其半径与圆环磁极2相同，圆弧窄槽口8开口方向为轴向，它与圆环磁极2的极面间隔工作气隙12并对齐，使两侧的线圈5处在圆环磁极2的磁场中，构成了安培力径向电磁轴承。
图10为图9实施例的永磁基础磁通沿磁路的磁力线示意图，在剖面图上，它包括永磁体3、圆环磁极2、线圈5、转子1、定子铁芯7、工作气隙12，两永磁体3圆环形成圆环磁极2，它的中心在转子几何中心1-1上，转子铁芯4吸合在永磁体3上作磁路的通道。定子铁芯7上开设线槽9，线槽9内嵌卡线圈5，两侧各有一组径向的x或y轴的线圈5和线槽9设在偏离定子铁芯中心7-1位置上，圆弧窄槽口8与圆环磁极2的极面间隔工作气隙12并对齐。磁力线从左侧外N圆环磁极2出发--经左工作气隙12--至左侧外圆弧窄槽口8边的左侧定子铁芯7--绕左侧两线槽9--至左侧内圆弧窄槽口8边--使左侧的线圈5处在圆环磁极2的磁场中--再经左工作气隙12--至左侧内S圆环磁极2--至左侧内永磁体3--经内转子铁芯4--至右侧内永磁体3--至右侧内N圆环磁极2--右工作气隙12--至右侧内圆弧窄槽口8边的右侧定子铁芯7--绕右侧两线槽9--至右侧外圆弧窄槽口8边--使右侧的线圈5处在圆环磁极2的磁场中--再经右工作气隙12--至右侧外S圆环磁极2--至右侧外永磁体3--经外转子铁芯4--至左侧外永磁体3，形成永磁基础磁场磁路。
图11为图9实施例的永磁基础磁通受绕组磁动势驱动后沿磁路的磁力线示意图，在剖面图上，它包括永磁体3、圆环磁极2、线圈5、转子1、定子铁芯7、工作气隙12，两永磁体3圆环形成的圆环磁极2，它的中心在转子几何中心1-1上，转子铁芯4吸合在永磁体3上作磁路的通道。定子铁芯7上开设线槽9，线槽9内嵌卡线圈5，两侧各有一组径向的x或y轴的线圈5和线槽9设在偏离定子铁芯中心7-1位置上，圆弧窄槽口8与圆环磁极2的极面间隔工作气隙12并对齐。两侧线圈5的电流流向见图中标注，两侧线圈5产生的磁动势将磁基础磁场的磁力线推向线圈5导线的下方，使工作气隙12磁场磁力线单方向弯曲，在转子1上产生径向安培反作用力F。
图12为本发明图9实施例的力--电流关系实际曲线，在电流起始至实际最大使用电流为直线段，电流增大后由于定子铁芯的磁饱和而渐变弯曲。在转子晃动在圆环磁极极宽的范围内关系曲线为同一根线，与转子所处的位置无关。
图13为本发明多个圆环磁极的另一实施图，它包括永磁体3、圆环磁极2、线圈5、转子1、定子铁芯7、工作气隙12，该实施是两个转子和一个在中间的定子显两侧对称的轴向排列。安装在两侧转子1上的永磁体3是以转子几何中心1-1线为中心的圆环，永磁体3自身形成了圆环磁极2，所以圆环磁极2的中心在转子几何中心1-1上，转子铁芯4吸合在永磁体3上作磁路的通道，两侧圆环磁极2的极面朝向为轴向。中间定子铁芯7上开设线槽9，在定子铁芯中心7-1沿径向建立x、y轴直角坐标系，为了线圈4的安装方便，中间的定子铁芯7被按坐标轴的位置分割成四块，线槽9内嵌卡线圈5，线圈5和线槽9以坐标轴分组，设在偏离定子铁芯中心7-1一定距离的位置，中间定子铁芯7沿每个坐标轴有两组线圈5和线槽9，分别设在坐标轴的两个对边，两对边的线圈5匝数和尺寸相同呈完全对称设置。线槽9的左右两侧还具有圆弧窄槽口8，圆弧窄槽口8的圆弧圆心在定子铁芯中心7-1上，其半径与两侧的圆环磁极2相同，两侧圆弧窄槽口8开口方向为轴向，它与两侧的圆环磁极2的极面间隔工作气隙12并对齐，使线圈5处在圆环磁极2的磁场中，构成了安培力径向电磁轴承。圆弧窄槽口8可以用高磁阻的非金属材料必如环氧等使圆弧窄槽口呈闭口状，以使中间定子铁芯7稳固。
图14为本发明径向、轴向混合电磁轴承实施图，是立体剖面图，它可以结合图6一起理解。它包括永磁体3、圆环磁极2、线圈5、转子1、定子铁芯7、工作气隙12，该实施是两个定子铁芯7和一个中间的转子1显两侧对称的轴向排列，安装在转子1上的永磁体3是以转子几何中心1-1线为中心的圆环，永磁体3自身形成了圆环磁极2，所以圆环磁极2的中心在转子几何中心1-1上，转子铁芯4吸合在永磁体3上作磁路的通道，圆环磁极2的极面朝向为轴向。两侧的定子铁芯7上开设线槽9，在定子铁芯中心7-1沿径向建立x、y轴直角坐标系，为了线圈4的安装方便，每侧的定子铁芯7被按坐标轴的位置分割成四块，线槽9内嵌卡线圈5，两侧的线圈5和线槽9以坐标轴分组，设在偏离定子铁芯中心7-1的位置，两侧的定子铁芯7按每个坐标轴各有两组线圈5和线槽9，分别设在坐标轴的两个对边，两对边的线圈5匝数和尺寸相同呈完全对称设置。两侧的线槽9还具有圆弧窄槽口8，圆弧窄槽口8的圆弧圆心在定子铁芯中心7-1上，其半径与圆环磁极2相同，圆弧窄槽口8开口方向为轴向，它与圆环磁极2的极面间隔工作气隙12并对齐，使两侧的线圈5处在圆环磁极2的磁场中。定子铁芯7上还建立了与x、y坐标轴相垂直的z坐标轴，它还开有轴控线槽11内嵌轴控线圈10，该轴控线圈10环边跨过定子铁芯中心7-1，该环面朝轴向即z向，构成了安培力径向、吸力轴向的混合电磁轴承。当线圈5和轴控线圈10流过如图示方向的电流时，轴控线圈10的磁动势迫使永磁体3的磁通偏向于一侧，使一侧的工作气隙12磁通密度增强另一侧减少，两侧产生吸力差形成轴向执行力Fz；线圈5的磁动势将磁基础磁场的磁力线推向线圈5导线的下方，使工作气隙12磁场磁力线单方向弯曲，在转子1上产生径向安培反作用力Fy。
图15为本发明径向、轴向混合电磁轴承另一种实施图，是立体剖面图，可以结合图7一起理解。它包括永磁体3、圆环磁极2、线圈5、转子1、定子铁芯7、工作气隙12，该实施是两个定子铁芯7和一个中间的转子1显两侧对称的轴向排列，安装在转子1上的永磁体3是以转子几何中心1-1线为中心的圆环，永磁体3自身形成了圆环磁极2，所以圆环磁极2的中心在转子几何中心1-1上，转子铁芯4吸合在永磁体3上作磁路的通道，圆环磁极2的极面朝向为轴向。两侧的定子铁芯7上开设线槽9，在定子铁芯中心7-1沿径向建立x、y轴直角坐标系，为了线圈4的安装方便，两侧的定子铁芯7被按坐标轴的位置分割成四块，线槽9内嵌卡线圈5，两侧的线圈5和线槽9按坐标轴分组，设在偏离定子铁芯中心7-1的位置，两侧的定子铁芯7按每个坐标轴各有两组线圈5和线槽9，分别设在坐标轴的两个对边，两对边的线圈5匝数和尺寸相同呈完全对称设置。两侧的线槽9还具有圆弧窄槽口8，圆弧窄槽口8的圆弧圆心在定子铁芯中心7-1上，其半径与圆环磁极2相同，圆弧窄槽口8开口方向为轴向，它与圆环磁极2的极面间隔工作气隙12并对齐，使两侧的线圈5处在圆环磁极2的磁场中。定子铁芯7上建立了与x、y坐标轴相垂直的z坐标轴，它还开有轴控线槽11内嵌轴控线圈10，该轴控线圈10的环边不跨过定子铁芯中心7-1，该换面朝径向，即面朝x向、或y向，这个轴控线槽11可以很浅，只要指示轴控线圈10的方位即可。它还设了定子铁芯搭桥7-2，以使转子1上的圆环磁极2在掠过定子铁芯7被分割成的四块之间的空档时，磁阻不致于变化过大而影响永磁体3工作点的稳定。如此，构成了安培力径向、吸力轴向的混合电磁轴承。当线圈5和轴控线圈10流过如图示方向的电流时，轴控线圈10的磁动势迫使永磁体3的磁通偏向于一侧，使一侧的工作气隙12磁通密度增强另一侧减少，两侧产生吸力差形成轴向执行力Fz；线圈5的磁动势将磁基础磁场的磁力线推向线圈5导线的下方，使工作气隙12磁场磁力线单方向弯曲，在转子1上产生径向安培反作用力Fy。
本发明并不仅仅局限于上述的实施方式。与本发明属同一基本构思的其它形式，也属于本发明的保护范围。
本发明所述的技术方案是为解决本发明所要解决的技术问题而设，相对于所要解决的技术问题，它建立了其技术内容的完整性。将它实施于具体的安培力径向电磁轴承或其它产品中时，实现该产品所必需的技术特征可以多于本发明技术方案用于解决技术问题的必要技术特征的总和。
本发明各技术特征的含义按照说明书中各专有名词的定义；没有专门定义的，引入本技术领域的公知常识和技术，但该知识的范畴受限于本发明所要解决的技术问题、基本构思、技术方案，结合它在本发明所具备的功能、所起的作用和产生的效果，即参考说明书及其附图的内容进行理解，该特征名称的文字措辞不是其含义的限制，以免产生对本发明的歧义。
本发明进一步作说明，本发明的说明书及其附图所表达的所有内容仅用作权利要求的解释和理解，它不得积极、主动地介入确定权利要求保护范围，即不可作为限制，尤其是跟本发明所要解决的技术问题无关联的内容部分，更是如此。本条为说明书之内容。

Claims (10)

1.一种安培力径向电磁轴承，包括永磁体(3)、圆环磁极(2)、线圈(5)、转子(1)、定子铁芯(7)、工作气隙(12)，永磁体(3)和圆环磁极(2)在转子(1)上，其特征在于所述的转子(1)和定子铁芯(7)为轴向并列，圆环磁极(2)的环心在转子几何中心(1-1)上，圆环磁极(2)的极面朝向为轴向，定子铁芯(7)上开设线槽(9)，线槽(9)内嵌卡线圈(5)，在定子铁芯中心(7-1)沿径向建立x、y轴直角坐标系，线圈(5)和线槽(9)按x、y轴分组来设置，并且其位置偏离定子铁芯中心(7-1)，所述的线槽(9)还具有圆弧窄槽口(8)，圆弧窄槽口(8)的圆弧圆心在定子铁芯中心(7-1)上，其半径与圆环磁极(2)相同，圆弧窄槽口(8)开口方向也为轴向，它与圆环磁极(2)的极面间隔工作气隙(12)并对齐，使线圈(5)处在圆环磁极(2)的磁场中。
2.如权利要求1所述的安培力径向电磁轴承，其特征还在于：所述的转子(1)和定子铁芯(7)轴向并列是，两个定子铁芯(7)和一个在中间的转子(1)显两侧对称的轴向排列，或者两个转子(1)和一个在中间的定子铁芯(7)显两侧对称的轴向排列。
3.如权利要求1所述的安培力径向电磁轴承，其特征还在于：所述的定子铁芯(7)按每个坐标轴各有两组线圈(5)和线槽(9)，分别设在坐标轴的两个对边位置，两对边的线圈(5)匝数和尺寸相同或者不相同。
4.如权利要求3所述的安培力径向电磁轴承，其特征还在于：所述的定子铁芯(7)按坐标轴的位置分割成四块。
5.如权利要求2所述的安培力径向电磁轴承，其特征还在于：所述的在转子(1)上的永磁体(3)是以转子几何中心(1-1)为中心的内外两个圆环，永磁体(3)自身形成了圆环磁极(2)。
6.如权利要求2所述的安培力径向电磁轴承，其特征还在于：所述的转子(1)上还设有转子铁芯(4)，它吸合在永磁体(3)上构成磁路的通道。
7.如权利要求2所述的安培力径向电磁轴承，其特征还在于：所述的定子铁芯(7)上建立与x、y坐标轴相垂直的z坐标轴，定子铁芯(7)还开有轴控线槽(11)，它内嵌轴控线圈(10)，该轴控线圈(10)的环边跨过定子铁芯中心(7-1)，环面朝轴向即z向，附设了的吸力型轴向电磁轴承。
8.如权利要求2所述的安培力径向电磁轴承，其特征还在于：所述的定子铁芯(7)上建立与x、y坐标轴相垂直的z坐标轴，定子铁芯(7)还开有轴控线槽(11)，它内嵌轴控线圈(10)，该轴控线圈(10)的环边不跨过定子铁芯中心(7-1)，环面朝x向、或y向，附设了的吸力型轴向电磁轴承。
9.如权利要求2所述的安培力径向电磁轴承，其特征还在于：所述的每个定子铁芯(7)按每个坐标轴各有两组线圈(5)和线槽(9)，分别设在坐标轴的两个对边，两对边的线圈(5)匝数和尺寸相同或者不相同。
10.如权利要求9所述的安培力径向电磁轴承，其特征还在于：所述的定子铁芯(7)被按坐标轴的位置分割成四块。
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