CN113090654A - 一种永磁偏置轴向磁轴承及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁偏置轴向磁轴承及其使用方法，包括上轴承定子组件、下轴承定子组件、上轴向轴承绕组、下轴向轴承绕组、转子组件和紧固件，所述上轴向轴承绕组设于上轴承定子组件内部，所述下轴向轴承绕组地下轴承定子组件内部，所述上轴承定子组件与下轴承定子组件之间设有永磁体，所述转子组件与上轴承定子组件和下轴承定子组件同轴，所述紧固件依次穿过上轴承定子组件和下轴承定子组件，所述上轴承定子组件与下轴承定子组件磁力相反。该磁轴承在缩小推力盘尺寸的同时能增强磁力，推力盘结构不至于受离心力破坏，保证设备的正常运行。该磁轴承的使用方法根据需求不同，调整磁场的磁力线分布，能降低系统损耗，减小外径尺寸，降低成本。

Description

一种永磁偏置轴向磁轴承及其使用方法

技术领域

本发明涉及磁悬浮轴承领域，具体的说是一种永磁偏置轴向磁轴承及其使用方法。

背景技术

磁悬浮轴承系统应用于磁悬浮高速电机中，起到让电机转子能够依靠磁力悬浮，与支撑结构无机械摩擦的作用。由于磁悬浮轴承的推力盘尺寸大小决定轴向磁力的大小，所以转速较高的轴需要大尺寸的推力盘，而对于传统轴向磁悬浮轴承，在高转速条件下，尺寸过大的推力盘往往不能承受高达几万转的转速下的离心力，造成了系统设计没法满足更高转速的要求。另外，传统的磁轴承还存在另一个问题，常规电磁轴向轴承由于需要偏置电流提供偏置磁场，而偏置电流的存在往往使得系统的损耗明显增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁偏置轴向磁轴承及其使用方法，解决磁悬浮轴承无法满足高转速电机应用的问题。该磁轴承在缩小推力盘尺寸的同时能增强磁力，推力盘结构不至于被离心力破坏，保证设备的正常运行。该磁轴承的使用方法根据需求不同，调整磁场的磁力线分布，能降低系统损耗，缩小外径尺寸，减少成本。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种轴向永磁偏置磁轴承，包括上轴承定子组件、下轴承定子组件、上轴向轴承绕组、下轴向轴承绕组、转子组件和紧固件，所述上轴向轴承绕组设于上轴承定子组件内部，所述下轴向轴承绕组设于下轴承定子组件内部，所述上轴承定子组件与下轴承定子组件之间设有永磁体，所述转子组件与上轴承定子组件和下轴承定子组件同轴，所述紧固件依次穿过上轴承定子组件和下轴承定子组件，所述上轴承定子组件与下轴承定子组件磁力相反。

进一步，所述转子组件包括上推力盘和下推力盘，所述上推力盘与下推力盘连接形成“工”字型，所述上推力盘的上部与上轴承定子组件形成磁场，所述下推力盘与下轴承定子组件形成磁场，所述上推力盘与下推力盘具有导磁性。

进一步，所述上轴承定子组件包括上轴承定子A和上轴承定子B，所述上轴承定子A与上轴承定子B形成第一环槽，所述上轴向轴承绕组设于第一环槽内，上推力盘的上端周边与第一环槽对应设置。

进一步，所述下轴承定子组件包括下轴承定子B和4下轴承定子A，所述下轴承定子A与下轴承定子B形成第二环槽，所述下轴向轴承绕组设于第二环槽内，下推力盘的周边与第二环槽对应设置。

一种轴向永磁偏置磁轴承的使用方法，包括调整永磁偏置磁场的分布、调整推力盘向上出力时磁场的分布和调整推力盘向下出力时磁场的分布。

进一步，调整永磁偏置磁场的分布：磁力线从永磁体上端出发，经过上轴向磁轴承定子，分成两路，分别从上推力盘的上下边缘，汇聚到上推力盘，经过推力盘沿着轴向向下，再从下推力盘流出，分成两路沿着推力盘上线边缘进入下轴向磁轴承定子，再分成两路，最后汇聚到永磁体下端形成闭合磁路。

进一步，调整推力盘产生向上磁力时磁场分布：磁力线从永磁体上端出发，经过上轴向磁轴承定子，从上推力盘的上边缘，流入上推力盘，经过推力盘沿着轴向向下，再从下推力盘流出，沿着推力盘上边缘进入下轴向磁轴承定子，最后回流到永磁体下端形成闭合磁路。

进一步，调整推力盘产生向下磁力时磁场分布：磁力线从永磁体上端出发，经过上轴向磁轴承定子，从上推力盘的下边缘，流入上推力盘，经过推力盘沿着轴向向下，再从下推力盘流出，沿着下推力盘的下边缘进入下轴向磁轴承定子，最后回流到永磁下端形成闭合磁路。

本发明的有益效果：

本发明的一种轴向永磁偏置磁轴承缩小了推力盘的直径尺寸，推力盘由上推力盘和下推力盘构成，从以往的一个推力盘提供磁力改为两个推力盘提供磁力，保证推力盘结构不受离心力破坏的情况下，满足了大载荷的要求，保证高转速下能够正常使用。在上轴向轴承定子与下轴向轴承定子之间设置了永磁体，通过永磁体提供偏置磁场，无需采用电流提供偏置磁场，减少了系统损耗节能明显，缩小外径尺寸，降低成本。

附图说明

图1为本发明整体的轴测图；

图2为永磁体的安装位置结构示意图；

图3为剖视图；

图4为永磁偏置磁场磁力线分布图；

图5为磁力盘向上出力时磁力线分布图；

图6为磁力盘向下出力时磁力线分布图。

图中：

1上轴承定子A、2上轴承定子B、3下轴承定子B、4下轴承定子A、5永磁体、6上轴向轴承绕组、7下轴向轴承绕组、8轴、9上推力盘、10下推力盘、11紧固件、12上轴承定子组件、13下轴承定子组件、14第一环槽、15第二环槽、a永磁偏置磁场分布、b推力盘向上出力时的磁场分布、c推力盘向下出力时的磁场分布

具体实施方式

参照说明书附图对本发明的一种永磁偏置轴向磁轴承及其使用方法作以下详细说明。

如图1至图6示，本发明的一种永磁偏置轴向磁轴承，包括上轴承定子组件12、下轴承定子组件13、上轴向轴承绕组6、下轴向轴承绕组7、转子组件和紧固件11，所述上轴向轴承绕组6设于上轴承定子组件内部，所述下轴向轴承绕组7设于下轴承定子组件内部，所述上轴承定子组件与下轴承定子组件之间设有永磁体5，所述转子组件与上轴承定子组件和下轴承定子组件同轴，所述紧固件11可采用螺栓，螺栓依次穿过上轴承定子组件和下轴承定子组件串联起来并压紧永磁体5，如图2所示，其中永磁体5可为分块组合形式，也可为圆环状，通过永磁体5提供偏置磁场，无需采用电流提供偏置磁场，减少了系统损耗。如果永磁体5为圆环状，螺栓依次穿过上轴承定子组件、永磁体和下轴承定子组件。所述上轴承定子组件与下轴承定子组件的磁场相反。所述上轴向轴承绕组6和下轴向轴承绕组7分别为漆包线绕制而成。

所述转子组件包括上推力盘9和下推力盘10，所述上推力盘9与下推力盘10连接形成“工”字型，轴8与上推力盘9和下推力盘10中心孔过盈配合且同轴。所述上推力盘9的上部与上轴承定子组件形成磁场，所述下推力盘10与下轴承定子组件形成磁场，所述上推力盘9与下推力盘10导磁，上推力盘的磁力线可沿着侧壁导入下推力盘，磁力线再通过下推力盘导入下轴向轴承定子，形成完整的闭合磁路，通过控制上下绕组的电流大小和方向来控制整个系统的磁力大小和方向，通过控制策略纠正位置偏移，达到磁悬浮的作用。

所述上轴承定子组件12包括上轴承定子A1和上轴承定子B2，所述上轴承定子A1与上轴承定子B2形成第一环槽14，所述上轴向轴承绕组6设于第一环槽14内，上推力盘的上端周边与第一环槽对应设置且插入第一环槽内，接收由上轴向轴承定子输出的磁力。所述下轴承定子组件13包括下轴承定子B3和下轴承定子A4，所述下轴承定子A与下轴承定子B形成第二环槽15，所述下轴向轴承绕组设于第二环槽15内，下推力盘10的周边与第二环槽15对应设置。

一个轴向磁悬浮轴承系统若要实现悬浮功能，需要其能够产生两个方向的磁力，通过控制其系统中线圈绕组中的电流大小和方向可以实现控制磁力的大小和方向。一种永磁偏置轴向磁轴承及其使用方法的使用方法，包括无控制电流时的永磁偏置磁场的分布a、线圈绕组通某一方向的电流调整推力盘受到向上磁吸力时磁场的分布b和线圈绕组通某一相反方向的电流调整推力盘受到向下磁吸力时磁场的分布c。

如图4所示，无控制电流时的永磁偏置磁场的分布a：磁力线从永磁体5上端出发，分成两路，一路经过上轴承定子A1，另一路经过上轴承定子B2，两路磁力线分别从上推力盘9的上下边缘，汇聚到上推力盘，经过推力盘沿着轴向向下，再从下推力盘10流出，从下推力盘10流出的磁力线分成两路，一路沿着下推力盘10上线边缘进入下轴承定子B3，另一路治着下推力盘10下线边缘进入下轴承定子A4，两路磁力线最后汇聚到永磁体5下端形成闭合磁路。

如图5所示，线圈绕组通某一方向的电流，推力盘受到向上磁吸力从而实现主轴向上运动时的磁场分布b：磁力线从永磁体5上端出发，经过上轴承定子A1，从上推力盘9的上边缘流入上推力盘，经过上推力盘9沿着轴向向下，再从下推力盘10流出，沿着下推力盘10上边缘进入下轴承定子B3，最后回流到永磁体5下端形成闭合磁路。

如图6所示，线圈绕组通某一相反方向的电流，推力盘受到向下磁吸力实现主轴向下运动时的磁场分布c：磁力线从永磁体5上端出发，经过上轴承定子B2，从上推力盘9的下边缘，流入上推力盘10，经过上推力盘9沿着轴向向下，再从下推力盘10流出，沿着下推力盘10的下边缘进入下轴承定子A4，最后回流到永磁体5下端形成闭合磁路。

本发明的一种永磁偏置轴向磁轴承设置上推力盘和下推力盘，从一个推力盘提供磁力改为两个推力盘提供磁力，缩小推力盘整体外径尺寸的同时增强了磁力的提供，满足磁轴承系统的沿着轴方向的载荷要求的同时能够达到更高的转速要求，通过缩小推力盘的外径尺寸，以防止离心力破坏推力盘结构。满足大载荷要求，且在高转速下能够正常使用，系统损耗低，节能明显。

以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。

Claims (8)

1.一种永磁偏置轴向磁轴承，其特征是，包括上轴承定子组件、下轴承定子组件、上轴向轴承绕组、下轴向轴承绕组、转子组件和紧固件，所述上轴向轴承绕组设于上轴承定子组件内部，所述下轴向轴承绕组设于下轴承定子组件内部，所述上轴承定子组件与下轴承定子组件之间设有永磁体，所述转子组件与上轴承定子组件和下轴承定子组件同轴，所述紧固件依次穿过上轴承定子组件和下轴承定子组件。

2.根据权利要求1所述的一种永磁偏置轴向磁轴承，其特征是，所述转子组件包括上推力盘和下推力盘，所述上推力盘与下推力盘连接形成“工”字型，所述上推力盘的上部与上轴承定子组件形成闭合磁场，所述下推力盘与下轴承定子组件形成闭合磁场，所述上推力盘与下推力盘具有导磁性。

3.根据权利要求1或2所述的一种永磁偏置轴向磁轴承，其特征是，所述上轴承定子组件包括上轴承定子A和上轴承定子B，所述上轴承定子A与上轴承定子B形成第一环槽，所述上轴向轴承绕组设于第一环槽内，上推力盘的上端周边与第一环槽对应设置。

4.根据权利要求1或2所述的一种永磁偏置轴向磁轴承，其特征是，所述下轴承定子组件包括下轴承定子B和下轴承定子A，所述下轴承定子A与下轴承定子B形成第二环槽，所述下轴向轴承绕组设于第二环槽内，下推力盘的周边与第二环槽对应设置。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种轴向永磁偏置磁轴承的使用方法，其特征是，包括调整永磁偏置磁场的分布、调整推力盘向上出力时磁场的分布和调整推力盘向下出力时磁场的分布。

6.根据权利要求5所述的一种永磁偏置轴向磁轴承的使用方法，其特征是，调整永磁偏置磁场的分布：磁力线从永磁体上端出发，经过上轴向磁轴承定子，分成两路，分别从上推力盘的上下边缘，汇聚到上推力盘，经过推力盘沿着轴向向下，再从下推力盘流出，分成两路沿着推力盘上线边缘进入下轴向磁轴承定子，再分成两路，最后汇聚到永磁体下端形成闭合磁路。

7.根据权利要求5所述的一种轴向永磁偏置磁轴承的使用方法，其特征是，

调整推力盘向上产生磁力时磁场分布：磁力线从永磁体上端出发，经过上轴向磁轴承定子，从上推力盘的上边缘，流入上推力盘，经过推力盘沿着轴向向下，再从下推力盘流出，沿着推力盘上边缘进入下轴向磁轴承定子，最后回流到永磁下端形成闭合磁路。

8.根据权利要求5所述的一种永磁偏置轴向磁轴承的使用方法，其特征是，调整推力盘向下产生磁力时磁场分布：磁力线从永磁体上端出发，经过上轴向磁轴承定子，从上推力盘的下边缘，流入上推力盘，经过推力盘沿着轴向向下，再从下推力盘流出，沿着下推力盘的下边缘进入下轴向磁轴承定子，最后回流到永磁下端形成闭合磁路。

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