CN107387562A - 一种推力磁轴承同轴电磁铁结构 - Google Patents

一种推力磁轴承同轴电磁铁结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种推力磁轴承同轴电磁铁结构，包括铁芯和励磁线圈，所述铁芯为圆柱形结构，在铁芯上设有轴孔和环形槽，轴孔与环形槽同轴设置，且轴孔位于铁芯的圆心处，励磁线圈设于环形槽内。本发明不会因推力盘转动而产生涡流损耗，磁轴承发热小、功耗小；推力盘的一侧仅需要一个铁芯和一个励磁线圈，制造和装配方便；本发明电磁铁结构牢固、安装方便。

Description

一种推力磁轴承同轴电磁铁结构
技术领域：
本发明涉及一种推力磁轴承同轴电磁铁结构。
背景技术：
磁轴承一般是通过控制电磁铁中的励磁电流大小来间接控制磁极对被控对象的磁力大小，从而使被控对象悬浮起来的。因此电磁铁是磁轴承的核心零部件之一。
电磁铁通常由软磁材料制造的条形铁芯和绝缘导线绕制的环形励磁线圈组成。一种常见的电磁铁结构如图1所示。
当励磁线圈2中通过电流时，即可在铁芯1内产生磁场，在铁芯1两端分别形成N、S磁极。从铁芯磁极延伸出去的磁场在软磁材料制造的衔铁800(被控物体)表面产生电磁吸力，从而使衔铁悬浮。
上述常规磁极结构的缺点是：磁轴承在被控物体静止时十分有效。但当被控物体高速运动时，磁极相对被控物体表面高速移动、被控物体内磁场强度和方向发生变化，从而在被控物体内产生涡流，最终会导致被控物体发热、磁轴承功耗增加。在推力磁轴承中，这个问题尤为严重。
推力磁轴承的转子结构如图2所示，软磁材料的盘形衔铁800(通常称为推力盘)同轴固定在转子400上，两个推力磁轴承的电磁力分别作用于推力盘的两个环形端面，从而平衡不同方向的轴向力。
如果上述推力磁轴承采用常规电磁铁的磁极结构，推力盘一个端面上对应的磁极位置分布可能如下图所示两种情况(图3和图4)。根据图3和图4，显然使用常规磁极的推力磁轴承中，推力盘端面上的磁场是交变的(图3)或脉动的(图4)，推力盘中都会产生涡流及发热。
通常降低涡流发热的办法有两个：
1)使用硅钢片制造推力盘，且让磁力线保持在硅钢片平面内；
2)让磁场不随推力盘转动而变化。
由于磁力线是沿着轴向进入推力盘，然后沿着切向(图3)或径向(图4)穿行。所以如果按方法一，就需要用硅钢片同心缠绕(图3)或切向叠压(图4)。但推力盘是高速旋转的圆盘形零件，内部有较大的切向和径向拉应力，所以上述两种结构都不适合。因此要在推力磁轴承中降低涡流损耗只能采用方法二，即让推力盘中的磁场不随转动发生变化。为此本发明提供了一种同轴电磁铁结构。
发明内容：
本发明为实现让推力盘中的磁场不随转动发生变化而提供一种推力磁轴承同轴电磁铁结构。
本发明所采用的技术方案有：一种推力磁轴承同轴电磁铁结构，包括铁芯和励磁线圈，所述铁芯为圆柱形结构，在铁芯上设有轴孔和环形槽，轴孔与环形槽同轴设置，且轴孔位于铁芯的圆心处，励磁线圈设于环形槽内。
进一步地，所述环形槽的深度略大于励磁线圈的轴向厚度。
进一步地，所述铁芯采用软磁材料制成。
本发明具有如下有益效果：
1)不会因推力盘转动而产生涡流损耗，磁轴承发热小、功耗小；
2)推力盘的一侧仅需要一个铁芯和一个励磁线圈，制造和装配方便；
3)本发明电磁铁结构牢固、安装方便。
附图说明：
图1为现有技术中电磁铁的结构图。
图2为现有技术中推力盘在转子上的结构图。
图3和图4为推力盘采用图1电磁铁结构的磁极位置分布图。
图5为本发明结构剖视图。
图6为本发明中铁芯的剖视图。
图7为本发明中铁芯的结构图
图8为本发明在转子上的安装结构图。
图9为推力盘采用本发明电磁铁结构的磁极位置分布图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图5至图7所示，本发明一种推力磁轴承同轴电磁铁结构，包括铁芯1和励磁线圈2，铁芯1为圆柱形结构，在铁芯1上设有轴孔11和环形槽12，轴孔11与环形槽12同轴设置，且轴孔11位于铁芯1的圆心处，励磁线圈2设于环形槽12内。
环形槽12的深度略大于励磁线圈2的轴向厚度。
铁芯1采用软磁材料制成。
结合图8，将励磁线圈2装入铁芯1的环形槽12内即组成推力磁轴承电磁铁。安装时，将两个推力磁轴承电磁铁套设于转子400上，且两推力磁轴承电磁铁之间通过隔圈保持间距，转子400上的盘形衔铁800悬浮在两个推力磁轴承电磁铁之间。实际使用时，在铁芯1的端面上设置塑料端盖或挡圈，用以防止励磁线圈2的脱落。
本发明的有益效果为：
1)不会因推力盘转动而产生涡流损耗，磁轴承发热小、功耗小；采用同轴环形电磁铁结构的推力轴承中，推力盘端面上的磁极呈同心圆环(如图9)，这种结构中，推力盘旋转时内部的磁通量不会发生变化，因此不会因旋转产生涡流损耗；结合图9，本发明中的同轴是指N、S磁极的圆环面与转子转动轴线的同轴。
2)推力盘(即盘形衔铁800)的一侧仅需要一个铁芯和一个励磁线圈，制造和装配方便；用常规电磁铁组成的推力轴承中推力盘每一侧均有多个U形电磁铁(图3和图4)，因此有多组铁芯和励磁线圈，制造安装均较为麻烦，而本发明结构可使得推力盘每侧仅有一个铁芯和一个励磁线圈，因此制造和装配均很方便。
3)本发明电磁铁结构牢固、安装方便；用常规电磁铁组成的推力轴承中推力盘每一侧均有多个U形电磁铁，因此需要额外的底座固定铁芯的相对位置，并通过底座与机壳配合定位。而本发明结构可使得推力盘一侧仅有一个环形电磁铁，且环形电磁铁的外形呈稳固的圆柱形整体，因此结构牢固、且很容易在机壳内安装定位。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种推力磁轴承同轴电磁铁结构，其特征在于：包括铁芯(1)和励磁线圈(2)，所述铁芯(1)为圆柱形结构，在铁芯(1)上设有轴孔(11)和环形槽(12)，轴孔(11)与环形槽(12)同轴设置，且轴孔(11)位于铁芯(1)的圆心处，励磁线圈(2)设于环形槽(12)内。
2.如权利要求1所述的推力磁轴承同轴电磁铁结构，其特征在于：所述环形槽(12)的深度略大于励磁线圈(2)的轴向厚度。
3.如权利要求1所述的推力磁轴承同轴电磁铁结构，其特征在于：所述铁芯(1)采用软磁材料制成。
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