CN103075424B - 一种组合式径向电磁轴承铁芯 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种组合式径向电磁轴承铁芯。包括中间电磁铁芯，在中间电磁铁芯面设置上电磁铁芯，在中间电磁铁芯下面设置下电磁铁芯，中间电磁铁芯、上电磁铁芯和下电磁铁芯通过铆接件铆接成一体；上电磁铁芯和下电磁铁芯的材料相同，为机械加工性能好的材料；中间电磁铁芯的材料，为电磁性能好的材料；铆接件采用非导磁的金属材料。本发明采用组合是结构使得铁芯零件的尺寸精度和磁特性都得到了很好地保证，这使得磁轴承的总体结构能够有条件做得进一步紧凑，磁轴承的磁通特性和作为支撑的力学特性有条件提升。

Description

一种组合式径向电磁轴承铁芯

技术领域

本发明涉及的是一种电磁铁芯。

背景技术

电磁轴承属于一种无接触、悬浮支撑轴承，因此具有许用极限转速高，无需润滑，摩擦阻力小，可靠性高，支撑刚度可控等优点。电磁磁轴承支撑动作的执行主要是靠可控制的带有电磁铁芯的电磁线圈来完成的。

磁轴承的电磁铁芯对外形尺寸有较高的精度要求，这主要是由于磁轴承悬浮控制间隙小，铁芯承受支撑力的变化，安装配合要求高。另一方面磁轴承铁芯还要有较高的电磁性能要求，要求铁芯的顽磁性小，电磁涡流损失小，磁通性能要好。高的精度要求对磁轴承铁芯材料及结构方案给出了许多限制，使得磁轴承铁芯的结构性能难以保证。

以往的磁轴承的电磁铁芯一种是采用硅钢片叠置而成，另一种是采用软铁磁材料整体加工而成。采用硅钢片叠置而成的铁芯由于在尺寸精度上难以保证，在磁轴承设计时不能不牺牲磁轴承的性能，保证其装配及使用使的要求，使得磁轴承难以做到在有限的体积下达到高性能。采用软铁磁材料做成的整体式磁轴承铁芯，虽然在尺寸精度上容易做到很高的精度，但在磁性能上不是很好，它的磁电涡流损失相对大一些，磁通性能也不是特别好，完磁性也相对高一些。另外磁轴承的电磁铁芯需要传递较大的支撑力，零件间较高的尺寸配合精度，也是其性能保障的重要要求。

近年来，在其他技术领域也有人提出了组合式电磁铁芯方案。比如，专利CN1674168A，一种组合式电磁铁芯，介绍了软铁和铁氧体的组合，其作用是拓宽了铁芯的适应磁场变化的频率范围，在高频段和低频段均有良好的磁通性能，用于改善摩托车点火线圈的高低频点火性能；专利CN1858865A提出了一个用于电流互感器的组合铁芯，采用铁基纳米晶合金和硅钢片组合铁芯代替以往采用的、高成本的坡膜合金或钴基非晶合金等等。这些文献所介绍的技术内容与本发明所述的技术内容相比，在对铁芯的性能要求上，在应用领域上有明显不同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁性能好、电涡流损失小、磁通性能高、完磁性小的组合式径向电磁轴承铁芯。

本发明的目的是这样实现的：

包括中间电磁铁芯，在中间电磁铁芯面设置上电磁铁芯，在中间电磁铁芯下面设置下电磁铁芯，中间电磁铁芯、上电磁铁芯和下电磁铁芯通过铆接件铆接成一体；上电磁铁芯和下电磁铁芯的材料相同，为机械加工性能好的材料；中间电磁铁芯的材料，为电磁性能好的材料；铆接件采用非导磁的金属材料。

中间电磁铁芯的材料为多片叠置的硅钢片。

电磁铁芯和下电磁铁芯的材料为电工纯铁。

铆接件的材料为铝或不锈钢。

本发明的技术原理是：磁轴承的电磁铁芯与一般用于电磁感应的电磁铁芯，如变压器中的电磁铁芯，有所不同。它在工作中主要起作用的性能是可控的电磁力，它一方面要求磁通性能要好，另一方面它还要完成力的传递，因此要求铁芯与铁芯支撑结构件之间要有很紧密的配合装配，再有磁轴承本身的结构也非常紧凑，所以铁芯的零件尺寸精度要求比较高。这样用一种材料制成的铁芯很难达到既有好的磁通新能，又有较高的铁芯零件的尺寸精度。本发明采用组合式铁芯结构方案，从原理上讲就本发明是利用不同材料的性能，既保证铁芯的磁通性能优良，有保证组合式铁芯具有较高的零件尺寸精度。其中中间铁芯的采用了磁通性能好的材料，上铁芯和下铁芯采用了加工性能好的材料，为了不干扰铁芯整体的磁特性铆接件采用了无导磁金属材料。

本发明与现有技术相比的优点在于：现有的磁轴承铁芯很难做到在保证有较高的零件尺寸精度的前提下，能够达到很好的磁通特性和较低的电磁涡流损失。本发明采用组合是结构使得铁芯零件的尺寸精度和磁特性都得到了很好地保证，这使得磁轴承的总体结构能够有条件做得进一步紧凑，磁轴承的磁通特性和作为支撑的力学特性有条件提升。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的剖视图。

图3a与图3b为组合前后铁芯磁通特性有限元分析结果。

图4为组合铁芯及电磁线圈安装实施图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

如图1所示，组合式磁轴承铁芯由上电磁铁芯1，中间电磁铁芯2，下电磁铁芯3，铆接件4组合合成。对于少量铁芯的制作，可采用原材料板叠加铆接，再经过线切割加工而成图2所示的8磁极铁芯形状，经浸漆进行零件定形。浸漆定形后，铁芯材料的层与层之间粘接牢固，铁芯零件的轴向尺寸就变得稳定了。再经过磨削加工，铁芯零件的轴向尺寸就会达到了较高的精度。同时结合图4，电磁铁芯径向均布多个磁极，例如4个、8个或更多，在应用时每个磁极上装有一个电磁线圈。

本发明的技术方案中，不同铁芯的材料的组合，保证了铁芯的电磁性能。其中间铁芯选用的是硅钢片材料，型号为：50W470。硅钢片的电磁性能较好，但材料的尺寸稳定性较差，特别是轴向尺寸，由于是靠多片材料叠置而成，尺寸非常不稳定，且叠片定型后不易进行机械再加工。上、下铁芯可采用电工纯铁材料，型号为：DT4。该材料可以有一定厚度，经过定形后再机械加工可以保证零件的轴向尺寸精度。电工纯铁在磁通性能和低电磁涡流损失性能上虽然不如硅钢片好，但其性能是不错的，加之所占的份额在铁芯总体份额中比较少，对整个铁芯磁通性能的影响会很小。实例中，模拟计算的结果，影响不超过2%。参见图3。实例中，铁芯的磁通性能靠铁芯的组合材料来保证，铁芯的径向尺寸靠线切割加工来保证，铁芯的轴向尺寸靠定形后的磨削加工来保证。图4所示为一个组合式铁芯实施的实例，铁芯外径148mm，内径60.6mm，轴向高度45mm。8个磁极，每个磁极上装有一个线圈。该铁芯为一个径向磁轴承的铁芯。

Claims (2)

1.一种组合式径向电磁轴承铁芯，包括中间电磁铁芯，其特征是：在中间电磁铁芯面设置上电磁铁芯，在中间电磁铁芯下面设置下电磁铁芯，中间电磁铁芯、上电磁铁芯和下电磁铁芯通过铆接件铆接成一体；上电磁铁芯和下电磁铁芯的材料相同，为机械加工性能好的材料；中间电磁铁芯的材料，为电磁性能好的材料；铆接件采用非导磁的金属材料；中间电磁铁芯的材料为多片叠置的硅钢片；上电磁铁芯和下电磁铁芯的材料为电工纯铁。

2.根据权利要求1所述的一种组合式径向电磁轴承铁芯，其特征是：铆接件的材料为铝或不锈钢。