CN104565054A - 一种轴向磁力轴承冗余结构 - Google Patents

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王晓光
张晓�
胡业发
程鑫
张锦光
吴华春
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Abstract

本发明是一种具有六个环形槽（六环）的轴向磁力轴承冗余结构，包括推力盘、转子和两个磁力轴承定子。两个磁力轴承定子均为圆盘形状，每个磁力轴承定子上均开有六个结构相同的环形槽，六个环形槽在磁力轴承定子圆周方向上均匀布置，每个环形槽内缠绕有结构完全相同的定子线圈。本发明的优点是：当该磁力轴承任一磁力轴承定子上定子线圈失效的个数少于3时，可以通过补偿其余未失效定子线圈控制电流的方式保持轴向磁力轴承的原有承载能力，在不降低承载能力的前提下提高了系统的可靠性。

Description

一种轴向磁力轴承冗余结构
技术领域
本发明涉及一种轴向磁力轴承，更具体的是一种具有六个环形槽的轴向磁力轴承冗余结构。。
背景技术
磁力轴承是一种新型的轴承，是利用电磁力将导磁体悬浮起来，从而实现对转子的无接触支承。与普通轴承相比，磁力轴承具有无需润滑、可用于高速度、高精度、寿命长等特点，从根本上改变了传统的支承形式，己成为某些应用领域不可替代的支承技术。随着磁力轴承技术应用的不断扩展，对磁力轴承系统工作的可靠性和容错能力提出了更高的要求。
目前，常规的五自由度磁悬浮转子系统由两个径向磁力轴承和一个轴向磁力轴承组成。冗余设计是提高磁力轴承系统可靠性的一种方法。
从20世纪90年代至今，国内外学者关于磁力轴承冗余研究的重点集中在径向磁力轴承上，而对轴向磁力轴承的研究很少。轴向磁力轴承定子有单环结构和两环冗余结构，无论是单环结构和两环冗余结构，其定子线圈均为绕定子轴心线的同心圆环。传统的轴向磁力轴承采用单环结构，该种结构定子线圈一旦发生故障，轴向磁力轴承既失效，轴向磁力轴承没有冗余。Storace A F曾于1995年提出了两环冗余结构的轴向磁力轴承方案，当两个磁力轴承定子中任一个定子上面有一个定子线圈发生故障时，该两环冗余结构的轴向磁力轴承仍能保持正常工作。
而本发明提出的具有六个环形槽的轴向磁力轴承冗余结构，其定子线圈是沿磁力轴承定子圆周方向均匀布置的，比两环冗余结构的轴向磁力轴承具有更高的容错能力和冗余度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有六个环形槽的轴向磁力轴承冗余结构，使得轴向磁力轴承在部分磁极线圈失效的情况下，仍然能够保持轴向磁力轴承的原有承载能力，提高磁悬浮转子系统中轴向磁力轴承的可靠性。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括推力盘、转子和两个磁力轴承定子，所述两个磁力轴承定子均为圆盘形状，均开有六个结构相同的环形槽，每个环形槽内缠绕有结构完全相同的定子线圈。
每个磁力轴承定子上的六个环形槽沿磁力轴承定子的圆周方向均匀布置。
所述的两个磁力轴承定子固定安装在转子箱体上面，并且面对面地设置在推力盘的两侧。
所述的两个磁力轴承定子，其上面的定子线圈在磁力轴承定子的轴向方向上的轮廓投影完全重合。
所述的推力盘两侧端面与两磁力轴承定子端面均留有气隙δ。
所述推力盘固接在转子的外圆周上，推力盘的轴线与转子的轴线重合，推力盘与转子成为一体，工作时推力盘与转子一起运动。
本发明与常规轴向磁力轴承相比具有如下的优点：
本发明采用了具有六个环形槽的轴向磁力轴承冗余结构，当该磁力轴承两个磁力轴承定子中任一磁力轴承定子上定子线圈失效的个数少于3时，可以通过补偿其余未失效定子线圈控制电流的方式保持轴向磁力轴承的原有承载能力，在不降低承载能力的前提下提高了系统的可靠性。
本发明所涉及的具有六个环形槽的轴向磁力轴承冗余结构的可靠性和性能冗余度优于已有的单环结构和两环冗余结构的轴向磁力轴承。
附图说明
图1是本发明轴向磁力轴承的装配示意图。
图2是图1的C-C剖视图。
图3是图1的A-A剖视图。
图4是图1的B-B剖视图。
图中：1.磁力轴承定子；2.磁力轴承定子；3.推力盘；4.定子线圈；5.定子线圈；6.转子；7.转子箱体。
具体实施方式
下面结合实例及附图对本发明作进一步说明。
本发明提供的轴向磁力轴承冗余结构，其结构如图1所示，包括磁力轴承定子1和磁力轴承定子2、推力盘3、定子线圈4、定子线圈5、转子6和转子箱体7。所述两个磁力轴承定子1和2固定安装在转子箱体7上面，面对面地设置在推力盘3的两侧，
两个磁力轴承定子1和2上面的六个定子线圈4和六个定子线圈5沿轴向方向（图1中Y方向）上的轮廓投影完全重合，推力盘3两侧端面与两磁力轴承定子1和2的端面均留有气隙δ。
所述磁力轴承定子1和磁力轴承定子2，其上均开有六个结构相同的环形槽，每个环形槽内缠绕有结构完全相同的定子线圈。
所述推力盘3固接在转子6的外圆周上，如图2所示，推力盘3的轴线与转子6的轴线重合，推力盘3与转子6成为一体，工作时推力盘3与转子6一起运动。
所述定子线圈4位于磁力轴承定子1的环形槽内，如图3所示，与定子线圈4结构完全一致的线圈一共有六个（六环），它们沿磁力轴承定子1的圆周方向均匀布置。
所述定子线圈5位于磁力轴承定子2的环形槽内，如图4所示，与定子线圈5结构完全一致的线圈一共有六个（六环），它们沿磁力轴承定子2的圆周方向均匀布置。
所述定子线圈4和定子线圈5的结构完全一致。
本发明提供的上述具有轴向磁力轴承冗余结构，当该磁力轴承的两个磁力轴承定子中任一磁力轴承定子上定子线圈失效的个数少于3时，可以通过补偿其余未失效定子线圈控制电流的方式保持轴向磁力轴承的原有承载能力。
对于单环结构的轴向磁力轴承而言，其任一定子线圈发生故障，轴向磁力轴承既失效，轴向磁力轴承没有冗余。对于两环冗余结构的轴向磁力轴承而言，当两个磁力轴承定子中任一个轴承定子上面有一个定子线圈发生故障时，仍能保持正常工作。但任一个轴承定子上面的两个定子线圈都发生故障时，两环冗余结构的轴向磁力轴承失效。本发明具有六个环形槽（六环）的轴向磁力轴承冗余结构，只要两个磁力轴承定子中任一个轴承定子上面定子线圈失效的个数少于3时，可以通过补偿其余未失效定子线圈控制电流的方式保持轴向磁力轴承的原有承载能力，在不降低承载能力的前提下提高了系统的可靠性。本发明具有六个环形槽（六环）的轴向磁力轴承冗余结构与两环冗余结构相比具有更高的冗余度和可靠性。
为了对比两环冗余结构与六环冗余结构轴向磁力轴承的性能，采用两个参数相当的两环冗余结构与六环冗余结构轴向磁力轴承结构进行对比，具体设计参数如表1所示。采用Ansys对两种结构的承载力进行计算，通过补偿其余未失效定子线圈控制电流的方式保持轴向磁力轴承的原有承载能力，计算如表2所示。
以上所述只是用图解说明本发明的一些结构和工作原理，本实例并非是要将本发明局限在所述的具体结构和适用范围内，故凡是有可能被利用的相应修改以及等同物均属于本发明的申请的专利范围。
除上述的技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。
附表
表1 两种冗余结构磁力轴承的初始设计参数
表2 两种冗余结构电流补偿后的承载力

Claims (6)

1.一种轴向磁力轴承冗余结构，包括推力盘、转子和两个磁力轴承定子，其特征是一种具有六个环形槽的轴向磁力轴承冗余结构，所述两个磁力轴承定子均为圆盘形状，均开有六个结构相同的环形槽，每个环形槽内缠绕有结构完全相同的定子线圈。
2.根据权利要求1所述的轴向磁力轴承冗余结构，其特征在于：每个磁力轴承定子上的六个环形槽沿磁力轴承定子的圆周方向均匀布置。
3.根据权利要求1所述的轴向磁力轴承冗余结构，其特征在于：所述两个磁力轴承定子固定安装在转子箱体上面，并且面对面地设置在推力盘的两侧。
4.根据权利要求3所述的轴向磁力轴承冗余结构，其特征在于：所述推力盘两侧端面与两磁力轴承定子端面均留有气隙。
5.根据权利要求1所述的轴向磁力轴承冗余结构，其特征在于：所述两个磁力轴承定子上面的定子线圈在轴向方向上的轮廓投影完全重合。
6.根据权利要求1所述的轴向磁力轴承冗余结构，其特征在于：所述推力盘固接在转子的外圆周上，推力盘的轴线与转子的轴线重合，推力盘与转子成为一体，工作时推力盘与转子一起运动。
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