CN115681329B - 一种永磁偏置磁轴承 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种永磁偏置磁轴承，所述永磁偏置磁轴承包括：推力盘，定子，励磁线圈和永磁体。推力盘套设于转子并与转子固定连接，两个定子分别设置于推力盘的左右两侧，励磁线圈设置于定子内。以转子的轴心为圆心，多个永磁体环绕设置于推力盘上，或者，多个永磁体环绕设置于定子内。本申请的永磁偏置磁轴承中，励磁线圈与永磁体设置于不同位置，使控制磁通与永磁偏置磁通相互独立，二者之间无耦合，避免了传统永磁偏置磁轴承的偏置磁通与控制磁通相互穿越的弊端，降低了磁轴承的能耗；并且本申请中的永磁偏置磁轴承的偏置磁通调节方便，偏置磁路与控制磁路设置紧凑，体积小。
Description
技术领域
本申请涉及磁悬浮电机领域，尤其涉及一种永磁偏置磁轴承。
背景技术
永磁偏置磁轴承通过采用永磁体生成偏置磁场，有利于降低轴承功耗，传统的永磁偏置磁轴承结构中，控制磁通大多需要穿越永磁体，被完全磁化后的永磁体，磁导率接近空气，导磁性低，控制磁通的磁阻很高。为克服磁阻对控制磁通的影响，需要增大控制磁通的励磁功率，增加了能耗，与设置永磁偏置磁路降低功耗的设计初衷相悖，而且传统永磁偏置磁轴承在长期使用后，控制磁通将对偏置永磁体产生渐进退磁，进一步降低永磁偏置功能。同时，传统的永磁偏置磁轴承存在体积大、偏置磁通不能调节等问题。
发明内容
为解决上述问题，提出了一种永磁偏置磁轴承。
本申请提供了一种永磁偏置磁轴承，所述永磁偏置磁轴承包括：推力盘，定子，励磁线圈和永磁体；
所述推力盘套设于转子并与所述转子固定连接，两个所述定子分别设置于所述推力盘的左右两侧，所述励磁线圈设置于所述定子内；
以所述转子的轴心为圆心，多个所述永磁体环绕设置于所述推力盘上，或者，多个所述永磁体环绕设置于所述定子内。
其中，所述永磁偏置磁轴承还包括工作间隙，所述推力盘与所述定子（3）之间的单侧间隙，构成所述工作间隙。
其中，所述永磁偏置磁轴承还包括隔磁套，所述隔磁套套设所述永磁体，所述永磁体包括圆柱形永磁体，使所述隔磁套套设所述永磁体共同设置于所述推力盘上，或者，使所述隔磁套套设所述永磁体共同设置于所述定子内；所述隔磁套采用非导磁材料。
其中，所述永磁偏置磁轴承还包括永磁体仓，所述永磁体仓包括盲孔，所述隔磁套套设所述永磁体共同设置于所述永磁体仓内。
其中，一部分所述永磁体仓内包含有所述隔磁套套设所述永磁体，另一部分所述永磁体仓为空仓。
其中，在垂直于所述转子延伸方向的平面上，所述永磁体的截面中心到所述转子的轴心距离为R，所述励磁线圈的截面中心到所述转子的轴心距离为r，R＞r。
其中，在垂直于所述转子延伸方向的平面上，所述永磁体的截面中心到所述转子的轴心距离为R，所述励磁线圈的截面中心到所述转子的轴心距离为r，R＜r。
其中，当所述多个所述永磁体环绕设置于所述定子内时，所述永磁偏置磁轴承还包括励磁线圈槽，所述励磁线圈设置于所述励磁线圈槽内。
其中，所述永磁偏置磁轴承还包括隔离圈，所述隔离圈设置于所述定子内，位于所述励磁线圈和所述永磁体之间，所述隔离圈采用非导磁材料。
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：本申请的永磁偏置磁轴承中，励磁线圈与永磁体设置于不同位置，使控制磁通与永磁偏置磁通相互独立，二者之间无耦合，避免了传统永磁偏置磁轴承的偏置磁通与控制磁通相互穿越的弊端，降低了磁轴承的能耗；并且本申请中的永磁偏置磁轴承的偏置磁通调节方便，偏置磁路与控制磁路设置紧凑，体积小。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的永磁偏置磁轴承的示意图。
图2是一示例性实施例示出的控制磁通与偏置磁通的示意图；其中，图2a是示例性实施例的一种实施方式的控制磁通与偏置磁通的示意图，图2b是示例性实施例的另一种实施方式的控制磁通与偏置磁通的示意图。
图3是另一实施例示出的永磁偏置磁轴承的示意图。
图4是另一实施例示出的控制磁通与偏置磁通的示意图；其中，图4a是另一实施例的一种实施方式的控制磁通与偏置磁通的示意图，图4b是另一实施例的另一种实施方式的控制磁通与偏置磁通的示意图。
图中，1、转子；2、推力盘；3、定子；4、励磁线圈；5、工作间隙；6、隔磁套；7、永磁体；8、永磁体仓；9、偏置磁通；10、控制磁通；11、励磁线圈槽；12、隔离圈。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请提供了一种永磁偏置磁轴承，所述永磁偏置磁轴承包括：推力盘，定子，励磁线圈和永磁体。推力盘套设于转子并与转子固定连接，两个定子分别设置于推力盘的左右两侧，励磁线圈设置于定子内。以转子的轴心为圆心，多个永磁体环绕设置于推力盘上，或者，多个永磁体环绕设置于定子内。本申请的永磁偏置磁轴承中，励磁线圈与永磁体设置于不同位置，使控制磁通与永磁偏置磁通相互独立，二者之间无耦合，避免了传统永磁偏置磁轴承的偏置磁通与控制磁通相互穿越的弊端，降低了磁轴承的能耗；并且本申请中的永磁偏置磁轴承的偏置磁通调节方便，偏置磁路与控制磁路设置紧凑，体积小。
根据一个示例性实施例，如图1所示，一种永磁偏置磁轴承包括推力盘2，定子3，励磁线圈4，工作间隙5，隔磁套6，永磁体7和永磁体仓8。
如图1所示，推力盘2套设于转子1上，并与转子1固定连接，两个定子3分别设置于推力盘2的左右两侧，呈轴向对称分布。励磁线圈4设置于定子3的容置槽内。推力盘2与定子3之间的单侧间隙，构成工作间隙5，工作间隙5的存在使定子3与推力盘2保持一定的工作气隙。
如图1所示，隔磁套6采用非导磁材料，比如高温合金，非导磁不锈钢，铝合金，钛合金等。隔磁套6套设永磁体7，隔磁套6为筒状结构，其两端可以供永磁体7的磁力线穿出，其中永磁体7可以采用圆柱形永磁体。通过设置隔磁套6，可以有效减少永磁体7的磁通泄漏。隔磁套6套设永磁体7共同设置于永磁体仓8内，在本实施例中，以转子1的轴心为圆心，多个永磁体仓8环绕设置于推力盘2上，具体在实际生产中，可以通过数控机加工在推力盘2上直接加工出多个永磁体仓8，永磁体仓8为盲孔，通过上述设置使得多个隔磁套6套设多个永磁体7共同设置于推力盘2上。
其中，在本实施例中，可以设置一部分永磁体仓8内包含有隔磁套6套设永磁体7，而另一部分永磁体仓8为空仓，如此设置可以根据实际需要，灵活地调节推力盘2所受到的轴向力。
如图1-图2所示，在垂直于转子1延伸方向的平面上，永磁体7的截面中心到转子1的轴心距离为R，励磁线圈4的截面中心到转子1的轴心距离为r。实际上，R是永磁体7分布圆的半径，r则是励磁线圈4的半径。如图2中的图2a所示，可以设置励磁线圈4在此平面上的高度高于永磁体7，即此时R＜r，并将永磁体仓8中配合设置较少数量的永磁体7，此设置适合用于推力盘2所受到的轴向力较小的场景，其偏置磁通9与控制磁通10的磁通方向如图2中的图2a所示。
相应的，如图2中的图2b所示，可以设置励磁线圈4在此平面上的高度低于永磁体7，即此时R＞r，并将永磁体仓8中配合设置较多数量的永磁体7，此设置适合用于推力盘2所受到的轴向力较大的场景，其偏置磁通9与控制磁通10的磁通方向如图2中的图2b所示。
本申请利用永磁体7提供的偏置磁通9为主动轴向磁轴承提供偏置磁场，并根据轴向力的大小，可调节推力盘2的永磁体仓8内轴向充磁的永磁体7的数量，从而建立稳定的工作点，降低了励磁线圈4中的静态及动态工作电流，降低了永磁偏置磁轴承的能耗。
在另一个实施例中，如图3所示，本实施例与前述各实施例部分结构相同故在此不再重新赘述，其两者不同处在于：
在本实施例中，以转子1的轴心为圆心，多个永磁体仓8环绕设置于定子3内，使得多个隔磁套6套设多个永磁体7共同设置于定子3内。当多个永磁体7环绕设置于定子3内时，永磁偏置磁轴承还包括励磁线圈槽11和隔离圈12。
如图3所示，励磁线圈4设置于励磁线圈槽11内。隔离圈12设置于定子3内，隔离圈12位于励磁线圈4和永磁体7之间，隔离圈12采用非导磁材料，比如高温合金，非导磁不锈钢，铝合金，钛合金等。设置隔离圈12可以杜绝偏置磁通9与控制磁通10之间的相互干涉。
如图4中的图4a所示，在本实施例中，在垂直于转子1延伸方向的平面上，可以设置励磁线圈4在定子3上的高度高于永磁体7，即此时R＜r，并将永磁体仓8中配合设置较少数量的永磁体7，此设置适合用于推力盘2所受到的轴向力较小的场景，其偏置磁通9与控制磁通10的磁通方向如图4中的图4a所示。
相应的，如图4中的图4b所示，在本实施例中，在垂直于转子1延伸方向的平面上，可以设置励磁线圈4在定子3上的高度低于永磁体7，即此时R＞r，并将永磁体仓8中配合设置较多数量的永磁体7，此设置适合用于推力盘2所受到的轴向力较大的场景，其偏置磁通9与控制磁通10的磁通方向如图4中的图4b所示。
综上，本申请的永磁偏置磁轴承结构新颖，可以根据实际需要灵活调整偏置磁通大小；控制磁通与永磁偏置磁通相互独立，无耦合；偏置磁路与控制磁路设置紧凑，体积小；并降低了励磁线圈中的静态及动态工作电流，降低了永磁偏置磁轴承的能耗。
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。
Claims (2)
1.一种永磁偏置磁轴承，其特征在于，所述永磁偏置磁轴承包括：推力盘（2），定子（3），励磁线圈（4）和永磁体（7）；
所述推力盘（2）套设于转子（1）并与所述转子（1）固定连接，两个所述定子（3）分别设置于所述推力盘（2）的左右两侧，所述励磁线圈（4）设置于所述定子（3）内；
以所述转子（1）的轴心为圆心，多个所述永磁体（7）环绕设置于所述推力盘（2）上；
所述永磁偏置磁轴承还包括隔磁套（6），所述隔磁套（6）套设所述永磁体（7），所述永磁体（7）包括圆柱形永磁体，使所述隔磁套（6）套设所述永磁体（7）共同设置于所述推力盘（2）上；所述隔磁套（6）采用非导磁材料；
所述永磁偏置磁轴承还包括永磁体仓（8），所述隔磁套（6）套设所述永磁体（7）共同设置于所述永磁体仓（8）内；一部分所述永磁体仓（8）内包含有所述隔磁套（6）套设所述永磁体（7），另一部分所述永磁体仓（8）为空仓；
在垂直于所述转子（1）延伸方向的平面上，所述永磁体（7）的截面中心到所述转子（1）的轴心距离为R，所述励磁线圈（4）的截面中心到所述转子（1）的轴心距离为r，R＞r或者R＜r。
2.根据权利要求1所述的永磁偏置磁轴承，其特征在于，
所述永磁偏置磁轴承还包括工作间隙（5），所述推力盘（2）与所述定子（3）之间的单侧间隙，构成所述工作间隙（5）。
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