CN103216528A - 一种单边混合型轴向磁轴承 - Google Patents

一种单边混合型轴向磁轴承 Download PDF

Info

Publication number
CN103216528A
CN103216528A CN2013101397930A CN201310139793A CN103216528A CN 103216528 A CN103216528 A CN 103216528A CN 2013101397930 A CN2013101397930 A CN 2013101397930A CN 201310139793 A CN201310139793 A CN 201310139793A CN 103216528 A CN103216528 A CN 103216528A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic pole
annular
magnetic bearing
rotor
magnetic
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.)
Pending
Application number
CN2013101397930A
Other languages
English (en)
Inventor
王晓琳
邹望蠡
谢磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN2013101397930A priority Critical patent/CN103216528A/zh
Publication of CN103216528A publication Critical patent/CN103216528A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0476—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of one degree of freedom, e.g. axial magnetic bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0459—Details of the magnetic circuit
    • F16C32/0461—Details of the magnetic circuit of stationary parts of the magnetic circuit
    • F16C32/0465—Details of the magnetic circuit of stationary parts of the magnetic circuit with permanent magnets provided in the magnetic circuit of the electromagnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C39/00—Relieving load on bearings
    • F16C39/06—Relieving load on bearings using magnetic means
    • F16C39/063—Permanent magnets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

本发明涉及一种磁轴承的结构，具体是一种单边混合型轴向磁轴承。由定子组件和转子组件组成，上述定子组件由环形环形内磁极、环形永磁体、环形外磁极从内到外依次装配组成，其中，环形外磁极上开有圆形槽，控制绕组绕制在所述圆形槽内；转子组件包括转子圆盘及转轴，所述转子圆盘热套在转轴上；本发明具有体积小、重量轻、结构简单加工方便等优点，可以适用在承载力大的场合，单边式结构可以安装在轴的任意端，作为电机、机床等机械设备中有轴向承载力（如重力）的旋转机构无接触式支撑。特别适用于立式结构或轴向有持续承载力的场合，如飞轮储能结构或者涡轮机机构中。

Description

一种单边混合型轴向磁轴承
技术领域
本发明涉及一种磁轴承的结构，具体是一种单边混合型轴向磁轴承。
背景技术
磁悬浮轴承又可简称为磁轴承，其工作原理是利用定子与转子圆盘之间的磁力作用将转子圆盘悬浮，是一种无接触支撑的高性能轴承。由于其定转子圆盘之间没有机械接触，所以磁轴承具有摩擦功耗较小、承受转速高、寿命长和维护成本低等优点。
目前磁轴承按照磁力产生方式，可以分为三类：
第一类是被动磁轴承，悬浮力由永磁体提供，其功耗小，但需要另加控制器实现可控悬浮。
第二类是主动磁轴承，通过线圈分别产生偏置和控制电流，提供磁场，两者叠加产生可控悬浮力，其体积功耗均较大。
第三类是混合型磁轴承，采用永磁材料取代主动磁轴承中电磁线圈产生偏置磁场，电磁线圈提供的只是平衡转子圆盘扰动的控制磁场，降低了因偏置电流产生的功耗，电磁所用的线圈匝数也减少了一半，减少了磁轴承的体积，减轻了其重量，并提高了其承载力。
轴向磁轴承是一种利用定转子圆盘之间的电磁力实现转轴在轴向方向悬浮的支承装置。现在混合型轴向磁轴承在工程中的应用越来越广泛，可应用于飞轮储能装置、涡流分子泵、高速铣床主轴等系统，主要实现轴向无接触支承，解决了机械轴承损耗、润滑和疲劳时间的问题。
在混合型轴向磁轴承拓扑研究中，常见的结构有四种，1、控制磁通经过永磁体，其拓扑设计思路是在普通的主动控制轴向磁轴承基础上，在电磁磁路上安装永磁体，来产生固定的偏置力，但由于永磁体磁阻很大，漏磁较大，功耗大，磁路非线性明显，不适用于高速高效的场合。2、在磁路中设计主、副气隙，分离控制和永磁磁路，但这样增加气隙长度，使永磁体和电磁线圈利用率低，存在漏磁。3、在转子圆盘上安装永磁体，永磁体利用率高，但是安装难度大，不适合高速场合。4、定子为双边对称结构，转子圆盘置于对称定子圆盘内部，控制简单，但由双边产生偏置力结构冗余，体积大，轴向长度长，转轴易弯折，刚度较差，不适用于轴向负荷的场合。
发明内容
本发明解决的的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种单边混合型轴向磁轴承，其结构简单，功耗小，体积小，加工安装方便，控制简单，轴向刚度大，能够用于轴向单边大承载力的场合。此发明将应用于垂直放置的飞轮储能装置、涡轮分子泵、高速铣床主轴等立式结构中。
技术方案为：
一种单边混合型轴向磁轴承,由定子组件和转子组件组成，上述定子组件由环形环形内磁极、环形永磁体、环形外磁极从内到外依次装配组成，其中，环形外磁极上沿轴向开有一与其同心的圆形槽，控制绕组绕制在所述圆形槽内；
转子组件包括转子圆盘及转轴，所述转子圆盘热套在转轴上；
永磁体在定子内外磁极相对应转子圆盘圆盘的气隙上产生不同极性的磁场，形成悬浮力；该轴向磁轴承还安装有用于检测转子圆盘偏离其平衡位移量的位移传感器，该位移传感器经过控制器、功率放大器，与上述控制绕组相连。
定子组件中环形永磁体径向充磁，采用钕铁硼或铁氧体永磁材料制成，其轴向长度等于环形环形内磁极的轴向长度；环形环形内磁极与环形外磁极均用导磁材料制成，转子圆盘圆盘是由导磁材料制成的推力圆盘。
定子组件与转子圆盘圆盘的轴向长度相等。
所述转子圆盘由硅钢片叠加而成。
该装置一般使用在立式旋转机械中，或者单边持续受力的机构中。
工作原理：
利用定子组件中径向充磁的永磁体来提供静态磁场，通过环形环形内磁极、环形外磁极和转子圆盘圆盘形成闭合的磁路，当转子圆盘圆盘在平衡位置的时候，产生与磁轴承所受自然轴向力相等的力，其作用是平衡磁轴承所受的轴向力（如重力等）同时产生偏置力。控制绕组产生的磁场起调节作用，当转子圆盘偏离平衡位置的时候，通过改变控制电流的大小来改变气隙磁场的强弱，使转子圆盘回到平衡位置，保证磁轴承与机械设备旋转部分之间的气隙大小不变，使旋转机械在轴向始终能保持在平衡位置。
有益效果：
本发明克服了现有技术在工程应用中的不足，具有以下四点优点：
第一、本发明中定子环形内磁极仅通过永磁磁路，环形外磁极的控制磁路和永磁磁路并联，电磁磁路不经过永磁体，永磁体利用率高，漏磁小。
采用永磁体提供轴向力，平衡轴向承载力，与传统电磁轴承相比降低了绕组铜耗和控制功放的损耗，因此功耗低，适用于高效的场合。
第二、控制简单，分开计算永磁偏置和电磁控制电流产生的力的大小， 同时根据麦克斯韦力公式，当转子圆盘偏离平衡位置时，气隙长度变化，只要保证控制磁路的变化与永磁磁路变化相同即可保证力的大小不变，控制简单方便。
第三、定子组件轴向长度一致，转子圆盘为整体式，定、转子圆盘之间的气隙均匀，漏磁小，同时轴向长度短，在工程应用中便于安装，便于控制，特别适用于飞轮储能装置、涡轮分子泵、压缩机等高速应用的场合。
第四、采用单边受力方案，去除了冗余的对称受力，适用于轴向负荷的场合，同时减少了磁轴承的轴向长度，增加了转轴的刚度。
附图说明
图1是单边混合型轴向磁轴承的结构平面示意图；
图2是单边混合型轴向磁轴承定子部分的下视图；
图3是单边混合型轴向磁轴承的原理图；
其中1、环形内磁极 ；2、永磁体 ；3、环形外磁极 ；4、控制绕组；5、转子圆盘 ；6、转轴；a~f均为气隙，（ a、f）为控制磁路经过的气隙，（c、d）为永磁体磁路经过的气隙，（b、e）为共同经过的磁路，单箭头虚线表示控制绕组产生的磁路，双箭头虚线表示永磁体产生的磁路。
具体实施方式
如图1、2所示，是单边混合型轴向磁轴承的结构示意图。
图中的定子组件由环形内磁极1、环形永磁体2、环形外磁极3组成；其中环形内磁极1、环形外磁极3由电工纯铁制成。
控制绕组4绕制在环形外磁极3的槽内，加工安装方便。
环形内磁极1、环形永磁体2和环形外磁极3由内而外用厌氧胶依次粘贴，上述各结构均为盘状，轴向长度均相等。
定子组件位于转子组件的单边（可以为上部也可为下部），定、转子圆盘之间的气隙均匀，便于转子圆盘5高速运行。
图中转子组件由转子圆盘5以及转轴组成，转子圆盘5热套在转轴6上，转子圆盘5为盘式结构的实心电工纯铁，便于高速场合，转子圆盘5用硅钢片叠加，以此减少涡流损耗。
上述的控制绕组4绕制在环形外磁极3的圆槽内，采用集中式绕组，只产生控制磁场，控制绕组产生的磁通分别经过环形外磁极、气隙a（气隙f）、转子圆盘5、气隙b（气隙e）构成回路。控制绕组不产生偏置磁场，便于控制。上述的环形永磁体2用钕铁硼制成，分别贴在环形内磁极1的外圆和环形外磁极3的内圆上。
这种结构使环形永磁体产生的磁通分别经过环形内磁极1、气隙c（气隙d）、转子圆盘5、气隙b（气隙e）、环形外磁极3形成回路。
如图3所示，为本发明的磁路原理图，双箭头为永磁磁路，单箭头为控制磁路。永磁磁路与控制磁路分离，互不干扰，不会产生耦合。

Claims (4)

1. 一种单边混合型轴向磁轴承,由定子组件和转子组件组成，其特征在于：
上述定子组件由环形内磁极（1）、环形永磁体（2）、环形外磁极（3）从内到外依次装配组成，其中，环形外磁极（3）上沿轴向开有一与其同心的圆形槽，控制绕组绕制在所述圆形槽内；
转子组件包括转子圆盘（5）及转轴，所述转子圆盘（5）热套在转轴上；
永磁体（2）在定子内外磁极相对应转子圆盘（5）的气隙上产生不同极性的磁场，形成悬浮力；该轴向磁轴承还安装有用于检测转子圆盘偏离其平衡位移量的位移传感器，该位移传感器经过控制器、功率放大器，与上述控制绕组相连。
2.根据权利要求1所述的单边混合型轴向磁轴承，其特征在于：定子组件中环形永磁体（2）径向充磁，采用钕铁硼或铁氧体永磁材料制成，其轴向长度等于环形环形内磁极（1）的轴向长度；环形内磁极（1）与环形外磁极（3）均用导磁材料制成，转子圆盘（5）是由导磁材料制成的推力圆盘。
3.根据权利要求1所述的单边混合型轴向磁轴承，其特征在于：定子组件与转子圆盘（5）的轴向长度相等。
4.根据权利要求1所述的单边混合型轴向磁轴承，其特征在于：所述转子圆盘（5）由硅钢片叠加而成。
CN2013101397930A 2013-04-22 2013-04-22 一种单边混合型轴向磁轴承 Pending CN103216528A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013101397930A CN103216528A (zh) 2013-04-22 2013-04-22 一种单边混合型轴向磁轴承

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013101397930A CN103216528A (zh) 2013-04-22 2013-04-22 一种单边混合型轴向磁轴承

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103216528A true CN103216528A (zh) 2013-07-24

Family

ID=48814595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013101397930A Pending CN103216528A (zh) 2013-04-22 2013-04-22 一种单边混合型轴向磁轴承

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103216528A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105370410A (zh) * 2014-08-15 2016-03-02 通用电气公司 具有混合型低损耗轴承和低密度材料的动力系架构
CN106438697A (zh) * 2016-11-21 2017-02-22 南京磁谷科技有限公司 一种轴向磁轴承结构
CN107559303A (zh) * 2017-09-12 2018-01-09 长春市苏伟磁悬浮技术研究所 一种磁悬浮轴承
CN107956798A (zh) * 2017-11-24 2018-04-24 北京石油化工学院 一种高频动态快速响应球面轴向纯电磁磁轴承
CN108506343A (zh) * 2018-04-12 2018-09-07 南京邮电大学 一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承
CN108547868A (zh) * 2018-04-12 2018-09-18 南京邮电大学 一种半自由度的径向充磁的混合型轴向磁轴承
CN113719540A (zh) * 2021-08-27 2021-11-30 中国人民解放军海军工程大学 具有单向高承载力密度的非对称轴向磁轴承装置
CN114576267A (zh) * 2022-03-14 2022-06-03 清华大学 轴向电磁轴承

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10159707A (ja) * 1996-12-02 1998-06-16 Nippon Seiko Kk フライホイール装置
US6703735B1 (en) * 2001-11-02 2004-03-09 Indigo Energy, Inc. Active magnetic thrust bearing
JP2004286175A (ja) * 2003-03-25 2004-10-14 Koyo Seiko Co Ltd 磁気軸受装置
CN101092990A (zh) * 2007-07-13 2007-12-26 南京航空航天大学 一种永磁偏置轴向磁悬浮轴承

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10159707A (ja) * 1996-12-02 1998-06-16 Nippon Seiko Kk フライホイール装置
US6703735B1 (en) * 2001-11-02 2004-03-09 Indigo Energy, Inc. Active magnetic thrust bearing
JP2004286175A (ja) * 2003-03-25 2004-10-14 Koyo Seiko Co Ltd 磁気軸受装置
CN101092990A (zh) * 2007-07-13 2007-12-26 南京航空航天大学 一种永磁偏置轴向磁悬浮轴承

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105370410A (zh) * 2014-08-15 2016-03-02 通用电气公司 具有混合型低损耗轴承和低密度材料的动力系架构
CN106438697A (zh) * 2016-11-21 2017-02-22 南京磁谷科技有限公司 一种轴向磁轴承结构
CN107559303A (zh) * 2017-09-12 2018-01-09 长春市苏伟磁悬浮技术研究所 一种磁悬浮轴承
CN107559303B (zh) * 2017-09-12 2021-09-10 长春市苏伟磁悬浮技术研究所 一种磁悬浮轴承
CN107956798A (zh) * 2017-11-24 2018-04-24 北京石油化工学院 一种高频动态快速响应球面轴向纯电磁磁轴承
CN107956798B (zh) * 2017-11-24 2019-08-02 北京石油化工学院 一种高频动态快速响应球面轴向纯电磁磁轴承
CN108506343A (zh) * 2018-04-12 2018-09-07 南京邮电大学 一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承
CN108547868A (zh) * 2018-04-12 2018-09-18 南京邮电大学 一种半自由度的径向充磁的混合型轴向磁轴承
CN113719540A (zh) * 2021-08-27 2021-11-30 中国人民解放军海军工程大学 具有单向高承载力密度的非对称轴向磁轴承装置
CN113719540B (zh) * 2021-08-27 2022-12-20 中国人民解放军海军工程大学 具有单向高承载力密度的非对称轴向磁轴承装置
CN114576267A (zh) * 2022-03-14 2022-06-03 清华大学 轴向电磁轴承

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103216528A (zh) 一种单边混合型轴向磁轴承
CN102305242B (zh) 一种径向-轴向三自由度交直流混合磁轴承
CN101149077B (zh) 永磁偏置轴向径向磁轴承
CN104410204B (zh) 一种飞轮储能装置
CN101235848B (zh) 低损耗永磁偏置轴向径向磁轴承
CN101666353B (zh) 径向-轴向共用偏磁磁通的主动磁轴承及其控制方法
CN107222131A (zh) 一种转子重力卸载型磁轴承复合电机
CN104533945A (zh) 一种由轴向混合磁轴承实现转子五自由度悬浮结构
CN105782242A (zh) 一种飞轮储能系统及其五自由度磁悬浮支承结构
CN102072249B (zh) 一种大承载力径向磁轴承
CN204371939U (zh) 一种由轴向混合磁轴承实现转子五自由度悬浮结构
CN101893038A (zh) 永磁偏置轴向磁轴承
CN211693236U (zh) 五自由度磁悬浮轴承系统
CN102562800A (zh) 永磁偏置轴向磁轴承
CN101526107B (zh) 永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承
CN106015331A (zh) 一种低功耗永磁偏置五自由度集成化磁轴承
CN101158375B (zh) 低损耗的永磁偏置径向磁轴承
CN103939465B (zh) 一种单自由度磁轴承
CN103925291A (zh) 一种永磁偏置混合轴向磁轴承
CN204371941U (zh) 一种由轴向磁轴承实现转子五自由度悬浮结构
CN204284204U (zh) 一种低功耗永磁偏置轴向混合磁轴承
CN101539167A (zh) 一种永磁偏置轴向径向磁轴承
CN101413539A (zh) 一种异极性永磁偏置轴向径向磁轴承
CN111102234B (zh) 一种永磁偏置磁悬浮轴承
CN104154119A (zh) 一种永磁偏置轴向径向磁轴承

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20130724

RJ01 Rejection of invention patent application after publication