CN103195806B - 磁悬浮轴承定子、磁悬浮轴承、定子铁芯制作工装及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁悬浮轴承定子、磁悬浮轴承、定子铁芯制作工装及方法。根据本发明的磁悬浮轴承定子，包括多个定子铁芯和定子外圈：多个定子铁芯有间隔地均匀分布在以定子外圈的中心为圆心的圆周上，多个定子铁芯与定子外圈可拆卸地连接。根据本发明的本发明还提供一种磁悬浮轴承，包括磁悬浮轴承定子，磁悬浮轴承定子为前述的磁悬浮轴承定子。本发明的多个定子磁极呈拼块结构，各个定子铁芯之间无连接，磁场分布均匀，无漏磁，不存在磁场耦合现象，减小了电能损耗，并且使得磁悬浮轴承更容易得到控制。

Description

磁悬浮轴承定子、磁悬浮轴承、定子铁芯制作工装及方法

技术领域

本发明涉及磁悬浮轴承领域，特别地，涉及一种磁悬浮轴承定子、磁悬浮轴承、定子铁芯制作工装及方法。

背景技术

磁悬浮轴承(MagneticBearing)是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。其原理是通过定子线圈绕组通电后，在定转子间形成闭合回路。磁力线通过定子磁极进入转子，在转子表面形成电磁力吸附转子，利用各磁极在转子圆周表面的吸附力的平衡作用，使转子悬浮在定转子气隙中，实现定转子间的无接触，所以转子的重量就固定在运转的轨道上，利用几乎是无负载的轴芯往反磁浮线方向顶撑，形成整个转子悬空，在固定运转轨道上。与传统的滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。

传统的径向磁悬浮轴承定子各自由度的磁路是相通的(如图10所示)，在正常运行工况下，由于各绕组通入的电流不相等，各极下的磁场并不是相互独立的，不同控制绕组电流产生的磁场之间存在着干扰耦合现象，图10示出了现有技术中的定子磁场分布图，从图上可以看出定子铁芯内部具有磁场43，而各个定子铁芯之间存在漏磁43a，这些漏磁43a造成磁场耦合，从而加剧了轴承控制的难度；另外由于漏磁43a的存在，致使磁极电磁力降低，这时需要增大电流来提高电磁力，进一步增加了涡流和磁滞损耗，这样就增大了能耗。因此由于耦合的存在，将导致磁悬浮轴承两个自由度上悬浮力的相互耦合，使轴承控制变的更加困难；同时也增大了电流损耗。

发明内容

本发明目的在于提供一种磁悬浮轴承定子、磁悬浮轴承、定子铁芯制作工装及方法，以解决不同绕组之间存在着干扰耦合导致磁悬浮轴承两个自由度上悬浮力的相互耦合，使轴承难于控制及电能损耗大的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种磁悬浮轴承定子，包括多个定子铁芯和定子外圈：多个定子铁芯有间隔地均匀分布在一个以定子外圈的中心为圆心的外周上；多个定子铁芯与定子外圈可拆卸地连接。由于多个定子铁芯与定子外圈呈拼块结构，各个定子铁芯之间磁场分布均匀，无漏磁，不存在磁场耦合现象，因此减小了电能损耗，并且使轴承易于控制。

进一步地，每个定子铁芯包括叠压在一起的多个硅钢片，每个硅钢片的朝向轴承轴心的一侧包括第一伸出部和第二伸出部，第一伸出部和第二伸出部之间具有角度地设置；

进一步地，角度大于或等于20度且小于或等于50度。

进一步地，硅钢片的朝向轴承轴心的一侧还包括第三伸出部，第三伸出部设置在第一伸出部和第二伸出部之间。

进一步地，硅钢片上设置有用于焊接的焊接槽，多个硅钢片之间通过焊接槽连接。

进一步地，焊接槽设置在硅钢片的远离轴承轴心的一侧。

进一步地，每个定子铁芯的各个硅钢片上的焊接槽沿直线排列，形成位于定子铁芯的远离轴承轴心的一侧的一个整体的直线槽。

进一步地，定子外圈为圆环体或方形体，圆环体或方形体的内侧设置有燕尾型的凸出部，凸出部之间形成与定子铁芯形状相适配的安装槽，定子铁芯通过安装槽固定安装。

进一步地，圆环体或方形体为中空结构。

进一步地，凸出部至少为两个。

进一步地，凸出部为四个。

本发明还提供一种磁悬浮轴承，包括磁悬浮轴承定子，磁悬浮轴承定子为前述的磁悬浮轴承定子。

本发明还提供一种用于制作定子铁芯的工装，包括支撑板、上压板，定子铁芯为前述的磁悬浮轴承定子的定子铁芯，工装还包括芯柱，支撑板的上表面与芯柱的下底面贴合固定，芯柱的上表面与上压板的下表面贴合固定，芯柱的周向面上设置有至少两个竖向卡槽，构成定子铁芯的硅钢片设置于支撑板与上压板之间并可沿竖向卡槽移动。

进一步地，支撑板的上表面开设有与芯柱适配的第一芯柱槽；和/或上压板的下表面开设有与芯柱适配的第二芯柱槽。

进一步地，支撑板开设有第一螺钉孔，芯柱的下底面开设有与第一螺钉孔相对应的第一螺纹孔，支撑板与所述芯柱通过螺钉连接；和/或上压板开设有第二螺钉孔，芯柱的上表面开设有与第二螺钉孔相对应的第二螺纹孔，上压板与芯柱通过螺钉连接。

进一步地，用于制作定子铁芯的工装还包括设置于支撑板上方并套设于芯柱上的底板。

进一步地，硅钢片的第一伸出部和第二伸出部分别置于对应的竖向卡槽内。

本发明还提供一种用于制作前述的磁悬浮轴承定子的定子铁芯的方法，包括如下步骤：通过螺钉将支撑板和芯柱固定连接；将底板套设在芯柱上，将多片硅钢片按芯柱上的卡槽的位置依次放入；当多片硅钢片达到预定高度后，利用上压板将沿芯柱圆周分布的硅钢片进行压紧，并利用上压板和芯柱的第二螺钉孔将上压板和芯柱进行固定；将被叠加并压实的多片硅钢片在半圆的焊接槽的位置进行点焊；待焊接槽处冷却后，将上压板拆除，取出各定子铁芯。

本发明具有以下有益效果：多个定子铁芯呈拼块结构，各个定子铁芯之间无连接，磁场分布均匀，无漏磁，不存在磁场耦合现象，减小了电能损耗，并且使得磁悬浮轴承更容易得到控制。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明用于制作定子铁芯的工装示意图及其分解示意图；

图2是根据本发明第一实施例硅钢片的示意图；

图3是根据本发明定子铁芯与用于安装定子铁芯的工装示意图；

图4是根据本发明用于安装定子铁芯的工装的示意图；

图5是根据本发明具有第三伸出部的硅钢片示意图；

图6是根据本发明的第二实施例定子铁芯分布示意图；

图7是根据本发明的第三实施例定子铁芯分布示意图；

图8是根据本发明的第四实施例定子铁芯分布示意图；

图9是根据本发明的磁悬浮轴承的定子磁场分布示意图；以及

图10是现有技术中的磁悬浮轴承的定子磁场分布示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1和图3，根据本发明的第一实施例，磁悬浮轴承定子，包括多个定子铁芯40和定子外圈42，其特征在于：多个定子铁芯40有间隔地均匀分布在一个以定子外圈42的中心为圆心的外周上，多个定子铁芯40与定子外圈42可拆卸地连接。多个定子铁芯40呈拼块结构，各个定子铁芯40之间无连接，磁场分布均匀，无漏磁，不存在磁场耦合现象，减小了电能损耗，并且使得磁悬浮轴承更容易得到控制。

每个定子铁芯40包括叠压在一起的多个硅钢片41，每个硅钢片41的朝向轴承轴心的一侧包括第一伸出部41b和第二伸出部41c，第一伸出部41b和第二伸出部41c之间具有角度地设置；

参见图2，第一伸出部41b和第二伸出部41c之间的角度大于或等于20度且小于或等于50度，在这个角度范围内，铁芯40内部的磁场的磁感线分布较密，从而磁场也较强，有利于转子的平衡。本发明的第一实施例中第一伸出部41b和第二伸出部41c之间夹角为45度，在此角度下的铁芯40内部磁场最强。

参见图5，硅钢片41的朝向轴承轴心的一侧还包括第三伸出部41d，第三伸出部41d设置在第一伸出部41b和第二伸出部41c之间。硅钢片41用专用的模具冲压而成，也可用硅钢片线切割而成，其厚度和尺寸可根据实际使用确定，硅钢片41可以进行批量生产，具有成本低，效率高的特点。

参见图2和图3，硅钢片41上设置有用于焊接的焊接槽41a，多个硅钢片41之间通过焊接槽41a连接。焊接槽41a设置在硅钢片41的远离轴承轴心的一侧。每个定子铁芯40的各个硅钢片41上的焊接槽41a沿直线排列，形成位于定子铁芯40的远离轴承轴心的一侧的一个整体的直线槽。各个硅钢片41通过焊接槽41a焊接在一起；各个硅钢片41之间也可以设置卡扣进行固定连接。

参见图3和图4，定子外圈42为圆环体或方形体，圆环体或方形体的内侧设置有燕尾型的凸出部42a，凸出部42a之间形成与定子铁芯40形状相适配的安装槽，定子铁芯40通过安装槽固定安装。凸出部(42a)至少为两个以托起转子并且保持转子平衡。本发明的第一实施例的凸出部(42a)为四个，四个铁芯40均布的情况下转子的转速最高，磁场平稳，平衡度也最好。如图4所示，根据本发明的一个优选的实施例，凸出部42a为四个。两个凸出部42a之间形成与定子铁芯40形状相适配的安装槽，定子铁芯40通过安装槽固定安装。在安装定子铁芯40时，将定子铁芯40与加工好的定子外圈42进行装配，并利用定子外圈42上的多个燕尾槽形凸出部42a结构之间的安装槽与定子铁芯40相配合，对径向轴承定子铁芯40进行固定。本发明的定子外圈42为中空结构，定子外圈42也可以为方形体或其他形状。

参见图6，本发明的第二实施例为5个具有第三伸出部41d的定子铁芯40均匀分布在圆周上，组成整个磁悬浮轴承的定子铁芯；本实施例中的定子铁芯40的内部磁极能形成闭合的磁极回路，从而对转子形成电磁力，支撑转子。

参见图7，本发明的第三实施例为4个具有第三伸出部41d的定子铁芯40均匀分布在圆周上，组成整个磁悬浮轴承的定子铁芯；本实施例中的定子铁芯40的内部磁极能形成闭合的磁极回路，从而对转子形成电磁力，支撑转子。

参见图8，本发明的第四实施例为3个具有第三伸出部41d的定子铁芯40均匀分布在圆周上，组成整个磁悬浮轴承的定子铁芯；本实施例中的定子铁芯40的内部磁极能形成闭合的磁极回路，从而对转子形成电磁力，支撑转子。

参见图9，图9示出了本发明第一实施例中的定子磁场分布，定子铁芯40内部具有磁场43，各个定子铁芯40之间不存在漏磁，没有磁场耦合现象，从而能减小电能损耗，起到节能的作用。同理，本发明的第二、第三实施例中的各个定子铁芯40之间也不存在漏磁，没有磁场耦合现象。

根据本发明的实施例磁悬浮轴承，包括磁悬浮轴承定子，磁悬浮轴承定子为前述的磁悬浮轴承定子。

根据本发明的实施例的用于制作定子铁芯的工装，包括支撑板10、上压板50，定子铁芯为前述的磁悬浮轴承定子的定子铁芯40，工装还包括芯柱30，支撑板10的上表面与芯柱30的下底面贴合固定，芯柱30的上表面与上压板50的下表面贴合固定，芯柱30的周向面上设置有至少两个竖向卡槽30a，构成定子铁芯40的硅钢片41设置于支撑板10与上压板50之间并可沿竖向卡槽30a移动，以保证各硅钢片41顺次叠压而不发生偏移。支撑板10的上表面开设有与所述芯柱30适配的第一芯柱槽10a，上压板50的下表面开设有与芯柱30适配的第二芯柱槽50a；同样地，支撑板10开设有第一螺钉孔，芯柱30的下底面开设有与第一螺钉孔相对应的第一螺纹孔，支撑板10与芯柱30通过螺钉连接；同样地，上压板50开设有第二螺钉孔，芯柱30的上表面开设有与第二螺钉孔相对应的第二螺纹孔，上压板50与芯柱30通过螺钉连接。芯柱30与支撑板10也可以焊接，同样地，芯柱30与上压板50也可以焊接。用于制作定子铁芯的工装还包括设置于支撑板10上方并套设于芯柱30上的底板20。硅钢片41的第一伸出部41b和第二伸出部41c分别置于对应的竖向卡槽30a内，并可以沿竖向卡槽30a移动。

根据本发明的一种用于制作前述磁悬浮轴承定子的定子铁芯的方法，包括如下步骤：通过螺钉将支撑板10和芯柱30固定连接；将底板20套设在芯柱30上，将多片硅钢片41按芯柱30上的卡槽30a的位置依次放入；当多片硅钢片41达到预定高度后，利用上压板50将沿芯柱30圆周分布的硅钢片41进行压紧，并利用上压板50和芯柱30的第二螺钉孔将上压板50和芯柱30进行固定；将被叠加并压实的多片硅钢片41在半圆的焊接槽41a的位置进行点焊；待焊接槽41a处冷却后，将上压板50拆除，取出各定子铁芯40，从而得到了本发明的定子铁芯40。

本实施例中的磁悬浮轴承定子铁芯采用上述制作定子铁芯的工装进行制作，本实施例的磁悬浮轴承的定子铁芯的制作流程如下：首先将支撑板10和芯柱30连接，利用支撑板10底部的第一螺钉孔及芯柱下底面的第一螺纹孔，由螺钉将支撑板10和芯柱30进行固定，然后再将底板20套在芯柱30上，将硅钢片41按芯柱30上的槽口位置一片一片的放入，当达到预定高度时，再利用上压板50，将沿芯柱30圆周分布的硅钢片41进行压紧，并利用上压板50和芯柱30的第二螺钉孔及芯柱上表面的第二螺纹孔将上压板50和芯柱30进行固定。然后将被压实、叠压的硅钢片41在半圆焊接槽41a位置进行点焊。待焊接槽41a处冷却后，将上压板50拆除，取出各定子铁芯40，此时拼块式定子铁芯加工完成。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：定子铁芯由多个硅钢片拼接而成，减小涡流的产生，从而较小能耗；多个定子铁芯呈拼块结构，各个定子铁芯之间无连接，磁场分布均匀，无漏磁，不存在磁场耦合现象，减小了电能损耗，并且使得磁悬浮轴承更容易得到控制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种磁悬浮轴承定子，包括多个定子铁芯(40)和定子外圈(42)，其特征在于：

多个所述定子铁芯(40)有间隔地均匀分布在以所述定子外圈(42)的中心为圆心的外周上；

多个所述定子铁芯(40)与定子外圈(42)可拆卸地连接；

所述定子外圈(42)为圆环体或方形体，所述圆环体或方形体的内侧设置有燕尾型的凸出部(42a)，所述凸出部(42a)之间形成与所述定子铁芯(40)形状相适配的安装槽，所述定子铁芯(40)通过所述安装槽固定安装。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承定子，其特征在于，

每个所述定子铁芯(40)包括叠压在一起的多个硅钢片(41)，每个所述硅钢片(41)的朝向所述轴承轴心的一侧包括第一伸出部(41b)和第二伸出部(41c)，所述第一伸出部(41b)和所述第二伸出部(41c)之间具有角度地设置。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承定子，其特征在于，所述角度大于或等于20度且小于或等于50度。

4.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承定子，其特征在于，所述硅钢片(41)的朝向所述轴承轴心的一侧还包括第三伸出部(41d)，所述第三伸出部(41d)设置在所述第一伸出部(41b)和所述第二伸出部(41c)之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的磁悬浮轴承定子，其特征在于，所述硅钢片(41)上设置有用于焊接的焊接槽(41a)，多个所述硅钢片(41)之间通过所述焊接槽(41a)连接。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承定子，其特征在于，所述焊接槽(41a)设置在所述硅钢片(41)的远离所述轴承轴心的一侧。

7.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承定子，其特征在于，每个所述定子铁芯(40)的各个硅钢片(41)上的所述焊接槽(41a)沿直线排列，形成位于所述定子铁芯(40)的远离所述轴承轴心的一侧的一个整体的直线槽。

8.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承定子，其特征在于，所述圆环体或方形体为中空结构。

9.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承定子，其特征在于，所述凸出部(42a)至少为两个。

10.根据权利要求9所述的磁悬浮轴承定子，其特征在于，所述凸出部(42a)为四个。

11.一种磁悬浮轴承，包括磁悬浮轴承定子，其特征在于，所述磁悬浮轴承定子为权利要求1至10中任一项所述的磁悬浮轴承定子。

12.一种用于制作定子铁芯的工装，包括支撑板(10)、上压板(50)，其特征在于，所述定子铁芯为权利要求1至10中任一项中所述的磁悬浮轴承定子的定子铁芯(40)，所述工装还包括芯柱(30)，所述支撑板(10)的上表面与芯柱(30)的下底面贴合固定，所述芯柱(30)的上表面与所述上压板(50)的下表面贴合固定，所述芯柱(30)的周向面上设置有至少两个竖向卡槽(30a)，构成所述定子铁芯(40)的所述硅钢片(41)设置于所述支撑板(10)与所述上压板(50)之间并可沿所述竖向卡槽(30a)移动。

13.根据权利要求12所述的用于制作定子铁芯的工装，其特征在于，所述支撑板(10)的上表面开设有与所述芯柱(30)适配的第一芯柱槽(10a)；和/或所述上压板(50)的下表面开设有与所述芯柱(30)适配的第二芯柱槽(50a)。

14.根据权利要求12所述的用于制作定子铁芯的工装，其特征在于，所述支撑板(10)开设有第一螺钉孔，所述芯柱(30)的下底面开设有与所述第一螺钉孔相对应的第一螺纹孔，所述支撑板(10)与所述芯柱(30)通过螺钉连接；和/或所述上压板(50)开设有第二螺钉孔，所述芯柱(30)的上表面开设有与所述第二螺钉孔相对应的第二螺纹孔，所述上压板(50)与所述芯柱(30)通过螺钉连接。

15.根据权利要求12所述的用于制作定子铁芯的工装，其特征在于，还包括设置于所述支撑板(10)上方并套设于所述芯柱(30)上的底板(20)。

16.根据权利要求12所述的用于制作定子铁芯的工装，其特征在于，所述硅钢片(41)的第一伸出部(41b)和第二伸出部(41c)分别置于对应的所述竖向卡槽(30a)内。

17.一种用于制作权利要求1至10中任一项所述磁悬浮轴承定子的定子铁芯的方法，其特征在于，采用权利要求12至16中任一项所述的工装进行制作，包括如下步骤：

通过螺钉将支撑板(10)和芯柱(30)固定连接；

将底板(20)套设在所述芯柱(30)上，将多片硅钢片(41)按所述芯柱(30)上的卡槽(30a)的位置依次放入；

当多片所述硅钢片(41)达到预定高度后，利用上压板(50)将沿所述芯柱(30)圆周分布的所述硅钢片(41)进行压紧，并利用所述上压板(50)和所述芯柱(30)的第二螺钉孔将所述上压板(50)和所述芯柱(30)进行固定；

将被叠加并压实的多片所述硅钢片(41)在半圆的焊接槽(41a)的位置进行点焊；

待所述焊接槽(41a)处冷却后，将所述上压板(50)拆除，取出各所述定子铁芯(40)。