CN108506343B - 一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承，该混合型轴向磁轴承包括转子及安装于转子组件一侧的定子组件，转子组件由转子铁芯构成，定子组件包括环形永磁体和带有两个凹槽的轴向磁极，轴向磁极包括环形的L型内定子、环形的外定子、上定子圆盘及下定子圆盘，轴向控制绕组安装于环形的外定子、上定子圆盘及下定子圆盘包围而成的凹槽内，环形永磁体及轴向磁极的L型内定子的下表面与转子铁芯上表面之间形成轴向气隙，该混合型轴向磁轴承还包括有一位移传感器，位移传感器经过控制器和功率放大器与所述轴向控制绕组相连。该混合型轴向磁轴承结构简单，安装工艺难度低，能够实现转轴单侧轴向位移的主动控制，适合在产业上推广使用。

Description

一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承
技术领域
本发明涉及一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承，属磁轴承中的混合磁轴承。
背景技术
磁轴承技术利用定子与转子之间的磁力，将转子悬浮于空间，避免了定转子之间的机械接触，是一种高性能的新型轴承。由于定转子之间无需机械接触，使得了轴承转子可以承受很高的转速，具有寿命长、能耗低、无润滑、无污染等优点，在高速、真空及超洁净等特殊的应用场合具有无可替代的优势。
混合磁轴承利用永磁材料产生偏置磁场，降低了主动磁轴承中的偏置电流产生的功率损耗，然而现有的混合型轴向磁轴承都存在安装困难、拆卸不方便等问题，限制了其发展与应用。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承。
本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承，包括转子及安装于转子组件一侧的定子组件，所述转子组件由转子铁芯构成，所述转子铁芯套装在转轴上，所述定子组件包括环形永磁体和带有两个凹槽的环形的轴向磁极，所述轴向磁极包括环形的L型内定子、环形的外定子、上定子圆盘及下定子圆盘，轴向磁极的环形的L型内定子套装在环形永磁体的外圆上，轴向控制绕组安装于环形的外定子、上定子圆盘及下定子圆盘包围而成的凹槽内，所述环形永磁体及轴向磁极的L型内定子的下表面与转子铁芯上表面之间形成轴向气隙，该混合型轴向磁轴承还包括有一用于检测转子偏离其中间位移量的位移传感器，所述位移传感器经过控制器和功率放大器
优选地，所述转子铁芯的形状为环形。
优选地，所述轴向磁极的形状为环形。
优选地，所述轴向磁极的环形的L型内定子A套装在环形永磁体的外圆上，上定子圆盘B安装于内定子A外圆面上端，外定子C套装于上定子圆盘B外圆面，下定子圆盘D安装于外定子C内圆下端且底面平齐。
优选地，所述轴向磁极的外定子C的轴向长度等于转子铁芯的轴向长度加轴向气隙的轴向长度加环形的L型内定子A的轴向长度之和。
优选地，所述环形永磁体采用轴向充磁，所述环形永磁体的底面与L型内定子A的底面平齐，环形永磁体的内侧面与L型内定子A的内侧面平齐。
优选地，所述环形永磁体产生的偏置磁通依次经过环形永磁体、轴向气隙、转子铁芯、轴向气隙及轴向磁极构成回路，由所述轴向控制绕组产生的控制磁通依次通过转子铁芯、轴向气隙及轴向磁极构成回路。
优选地，所述转子铁芯和轴向磁极均为电工纯铁制成。
优选地，所述轴向控制绕组为集中式。
本发明技术方案的优点主要体现在：本发明混合型轴向磁轴承能实现转轴单边拉力可调，实现单侧轴向位移的主动控制，可以应用在某些只需要实现轴向单侧位移控制的场合，例如飞轮中。和传统的单自由度轴向磁轴承相比，具有体积小巧、结构简单、控制简化、安装方便等特点。如要实现转轴轴向位移的主动控制，则只需将两个相同的半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承配合使用，就能实现转轴的轴向悬浮，在各种磁悬浮系统中都有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承的平面示意图。
图2为本发明的一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承的原理图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
本发明揭示了一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承，如图1所示，该混合型轴向磁轴承包括转子及安装于转子组件一侧的定子组件，所述转子组件由转子铁芯1构成，所述转子铁芯1套装在转轴10上，在本技术方案中，所述转子铁芯1的形状为环形。
所述定子组件包括环形永磁体3和带有两个凹槽的轴向磁极2，在本技术方案中，所述轴向磁极2的形状与环形永磁体3的形状均为环形，所述转子铁芯1和轴向磁极2均为纯铁制成。所述轴向磁极2包括环形的L型内定子A、环形的外定子C、上定子圆盘B及下定子圆盘D。
所述轴向磁极2的环形的L型内定子A套装在环形永磁体3的外圆上，轴向控制绕组4安装于环形的外定子C、上定子圆盘B及下定子圆盘D包围而成的凹槽内，所述环形永磁体3及轴向磁极2的L型内定子A的下表面与转子铁芯上表面之间形成轴向气隙5，该混合型轴向磁轴承还包括有一用于检测转子偏离其中间位移量的位移传感器，所述位移传感器经过控制器和功率放大器与所述轴向控制绕组4相连，所述轴向控制绕组为集中式。
所述轴向磁极的环形的L型内定子A套装在环形永磁体4的外圆上。上定子圆盘B安装于内定子A外圆面上端，外定子C套装与上定子圆盘B外圆面，下定子圆盘D安装于外定子C内圆下端且底面平齐。所述轴向磁极2的外定子C的轴向长度等于转子铁芯1的轴向长度加轴向气隙5的轴向长度加环形的L型内定子A的轴向长度之和。所述环形永磁体3采用轴向充磁，所述环形永磁体3的底面与L型内定子A的底面平齐，环形永磁体3的内侧面与L型内定子A的内侧面平齐。
如图2所示，图2中单箭头表示永磁偏置磁通，双箭头表示控制绕组产生的磁通，所述环形永磁体3产生的偏置磁通依次经过环形永磁体3、轴向气隙5、转子铁芯1、轴向气隙5及轴向磁极构成回路，由所述轴向控制绕组4产生的控制磁通依次通过转子铁芯1、轴向气隙5及轴向磁极2构成回路。
其基本工作原理是：在半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承的轴向气隙中，环形永磁体产生的磁通产生单边的吸力，如果需要增加单边吸力的大小，需要增加控制电流的大小，控制电流产生的控制磁通与偏置磁通同向。假设此时转子受到一个与吸力反向的扰动力，转子就会偏移反向运动，使得轴向气隙变大，磁通变小。此时位移传感器检测出转子偏离的位移量，控制器将这一位移信号变换成控制信号，功率放大器又将此控制信号变换成控制电流，这个电流改变了控制磁场的磁通大小，使转子气隙中的磁通变大，增大气隙中的磁场拉力，将转子拉回原有的位置。
本发明的半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承能实现转轴单边拉力可调，实现单侧轴向位移的主动控制，可以应用在某些只需要实现轴向单侧位移控制的场合，例如飞轮中。和传统的单自由度轴向磁轴承相比，具有体积小巧、结构简单、控制简化、安装方便等特点。如要实现转轴轴向位移的主动控制，则只需将两个相同的半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承配合使用，就能实现转轴的轴向悬浮，在各种磁悬浮系统中都有广阔的应用前景。
本发明的混合型轴向磁轴承结构简单，安装工艺难度低，能够实现转轴单侧轴向位移的主动控制，适合在产业上推广使用。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承，其特征在于：包括转子及安装于转子组件一侧的定子组件，所述转子组件由转子铁芯（1）构成，所述转子铁芯（1）套装在转轴（10）上，所述定子组件包括环形永磁体（3）和带有两个凹槽的环形的轴向磁极（2），所述轴向磁极（2）包括环形的L型内定子（A）、环形的外定子（C）、上定子圆盘（B）及下定子圆盘（D），轴向磁极（2）的环形的L型内定子（A）套装在环形永磁体（3）的外圆上，轴向控制绕组（4）安装于环形的外定子（C）、上定子圆盘（B）及下定子圆盘（D）包围而成的凹槽内，所述环形永磁体（3）及轴向磁极（2）的L型内定子（A）的下表面与转子铁芯上表面之间形成轴向气隙（5），该混合型轴向磁轴承还包括有一用于检测转子偏离其中间位移量的位移传感器，所述位移传感器经过控制器和功率放大器与所述轴向控制绕组（4）相连；轴向磁极的下定子圆盘D的内圆面与转子铁芯的外环面上形成了径向气隙（7），
所述轴向磁极的环形的L型内定子（A）套装在环形永磁体的外圆上，上定子圆盘（B）安装于内定子（A）外圆面上端，外定子（C）套装于上定子圆盘（B）外圆面，下定子圆盘（D）安装于外定子（C）内圆下端且底面平齐。
2.根据权利要求1所述的一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承，其特征在于：所述转子铁芯（1）的形状为环形。
3.根据权利要求1所述的一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承，其特征在于：所述轴向磁极（2）的形状为环形。
4.根据权利要求1所述的一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承，其特征在于：所述轴向磁极（2）的外定子（C）的轴向长度等于转子铁芯（1）的轴向长度加轴向气隙（5）的轴向长度加环形的L型内定子（A）的轴向长度之和。
5.根据权利要求1所述的一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承，其特征在于：所述环形永磁体（3）采用轴向充磁，所述环形永磁体（3）的底面与L型内定子（A）的底面平齐，环形永磁体（3）的内侧面与L型内定子（A）的内侧面平齐。
6.根据权利要求1所述的一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承，其特征在于：所述环形永磁体（3）产生的偏置磁通依次经过环形永磁体（3）、轴向气隙（5）、转子铁芯（1）、轴向气隙（5）及轴向磁极（2）构成回路，由所述轴向控制绕组（4）产生的控制磁通依次通过转子铁芯（1）、轴向气隙（5）及轴向磁极（2）构成回路。
7.根据权利要求1所述的一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承，其特征在于：所述转子铁芯（1）和轴向磁极（2）均为电工纯铁制成。
8.根据权利要求1所述的一种半自由度的轴向充磁的混合型轴向磁轴承，其特征在于：所述轴向控制绕组（4）为集中式。
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