CN116201813A - 一种永磁偏置磁通可调节磁轴承 - Google Patents

一种永磁偏置磁通可调节磁轴承 Download PDF

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许士磊
赵增旭
任彬
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Abstract

一种永磁偏置磁通可调节磁轴承，由定子部分和转子部分组成，其中定子部分包括定子铁心、控制线圈、导磁环、永磁体、磁化线圈架、磁化线圈，转子部分包括转子铁心、转子导磁体；每个定子铁心有4个沿圆周方向均匀分布的磁极，每个磁极上绕制有控制线圈，每个定子铁心径向外侧为导磁环，两个导磁环之间放置有永磁体，两个定子铁心和两个导磁环均沿轴向对称分布在永磁体两侧，两个定子铁心中间放置有磁化线圈架，磁化线圈架上绕制有磁化线圈，两个定子铁心径向内侧为两个转子铁心，定子铁心与转子铁心之间为气隙，两个转子铁心径向内侧为转子导磁体。本发明可实现永磁体装配后充磁，降低磁轴承装配难度；永磁偏置磁通可进行调节，增强磁轴承控制灵活性；在保证转子稳定运行情况下，可调节降低磁轴承中的永磁偏置磁通，从而降低转子旋转铁耗，提高系统效率。

Description

一种永磁偏置磁通可调节磁轴承
技术领域
本发明涉及一种永磁偏置磁通可调节磁轴承，属于磁轴承技术领域。
背景技术
磁轴承利用磁力实现对转子的支承，具有无接触、无磨损、无需润滑等优点，特别是主动磁轴承，可通过控制线圈中的电流控制电磁力，调节转子的运行位置，以及实现转子的主动振动控制。由于主动磁轴承的电磁力与控制电流为非线性关系，所以主动磁轴承通常采用差动控制策略，即一侧定子磁极的总磁场为偏置磁场与控制磁场的和，相对一侧定子磁极的总磁场则是偏置磁场与控制磁场的差。采用这种控制策略可在转子上产生正向和反向的作用力控制转子的位置，并且在工作点附近形成了一个线性的磁力-控制电流关系，更有利于控制。主动磁轴承中的偏置磁场可由激励线圈或永磁体产生，因此主动磁轴承可分为纯电磁轴承和永磁偏置磁轴承。电磁轴承中的偏置磁场和控制磁场均由电流产生，因此线圈中的总电流大、功耗高、且相伴的发热严重；永磁偏置磁轴承使用永磁体提供偏置磁场，不需要施加偏置电流，因此可减小线圈及功放电路中的损耗及相伴的发热。现有的永磁偏置磁轴承通常使用高剩磁高矫顽力的永磁体，如NdFeB或SmCo，对永磁体充磁后再进行装配，这增加了磁轴承装配的难度；此外，现有磁轴承中永磁体产生的偏置磁通无法进行调节，限制了永磁偏置磁轴承的控制灵活性。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种永磁偏置磁通可调节的磁轴承。
本发明的技术解决方案为：一种永磁偏置磁通可调节磁轴承，由定子部分和转子部分组成，其中定子部分包括定子铁心、控制线圈、导磁环、永磁体、磁化线圈架、磁化线圈，转子部分包括转子铁心、转子导磁体；每个定子铁心有4个沿圆周方向均匀分布的磁极，每个磁极上绕制有控制线圈，每个定子铁心径向外侧为导磁环，两个导磁环之间放置有永磁体，两个定子铁心和两个导磁环均沿轴向对称分布在永磁体两侧，两个定子铁心中间放置有磁化线圈架，磁化线圈架上绕制有磁化线圈，两个定子铁心径向内侧为两个转子铁心，定子铁心与转子铁心之间为气隙，两个转子铁心径向内侧为转子导磁体。
所述的定子铁心和转子铁心采用导磁性能良好的材料叠压制成，导磁环和转子导磁体采用导磁性能良好的软磁材料制成，磁化线圈架采用绝缘非金属材料制成，永磁体采用铝镍钴或其他低矫顽力硬磁材料，且沿轴向磁化。
上述方案的原理是：一种永磁偏置磁通可调节磁轴承，磁化线圈通入电流产生磁化磁场可将永磁体磁化，通过控制磁化线圈电流的大小和方向，可调节磁化磁场的大小和方向，从而对永磁体进行充磁或退磁处理，使永磁体具有不同的磁化强度，在磁轴承中产生不同的永磁偏置磁场。磁化磁场和永磁偏置磁场具有相同的磁路，如图1中实线箭头所示。本发明磁轴承采用差动控制方法，控制线圈通入电流产生控制磁场，其磁路如图2中虚线箭头所示，通过调节控制电流的大小和方向，改变控制磁场的大小和方向，从而调节相应磁极总的磁场，控制转子受到的电磁力，保持转子稳定悬浮。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明采低矫顽力的铝镍钴永磁材料并配备相应的磁化线圈，可对永磁体的磁化状态进行控制，从而使得磁轴承中永磁体产生的偏置磁通可调节。本发明可实现永磁体装配后充磁，降低磁轴承装配难度；永磁偏置磁通可进行调节，增强磁轴承控制灵活性；在保证转子稳定运行情况下，可调节降低磁轴承中的永磁偏置磁通，从而降低转子旋转铁耗，提高系统效率。
附图说明
图1为本发明的一种永磁偏置磁通可调节磁轴承剖视图。
图2为本发明的一种永磁偏置磁通可调节磁轴承侧视图。
具体实施方式
如图1所示，一种永磁偏置磁通可调节磁轴承，由定子部分和转子部分组成，其中定子部分包括定子铁心(1)、控制线圈(2)、导磁环(3)、永磁体(4)、磁化线圈架(5)，磁化线圈(6)，转子部分包括转子铁心(7)、转子导磁体(8)；每个定子铁心(1)有4个沿圆周方向均匀分布的磁极，每个磁极上绕制有控制线圈(2)，定子铁心(1)装配到导磁环(3)中，可在导磁环(3)上加工凸台，用于定子铁心(1)的轴向限位，两个导磁环(3)之间放置有永磁体(4)，永磁体(4)优先采用整环结构，也可以采用分块结构并沿圆周均匀布置，两个定子铁心(1)和两个导磁环(3)均沿轴向对称分布在永磁体(4)两侧，两个定子铁心(1)中间放置有磁化线圈架(5)，磁化线圈架(5)可采用槽形结构，磁化线圈(6)绕制在磁化线圈架(5)的槽中，两个定子铁心(1)径向内侧为两个转子铁心(7)，定子铁心(1)与转子铁心(7)之间为气隙，两个转子铁心(7)径向内侧为转子导磁体(8)。
本发明中的定子铁心(1)和转子铁心(7)采用导磁性能良好的薄硅钢片叠压制成，导磁环(3)和转子导磁体(8)采用导磁性能良好的材料制成，如电工纯铁、1J50和1J22等软磁材料；磁化线圈架(5)采用绝缘非金属材料制成，磁化线圈(6)和控制线圈(2)采用漆包线绕制而成，永磁体(4)采用铝镍钴或其他低矫顽力硬磁材料。
实际应用时，磁化线圈(6)通入电流产生磁化磁场可将永磁体(4)沿轴向磁化，通过控制磁化线圈(6)电流的大小和方向，可调节磁化磁场的大小和方向，从而对永磁体(4)进行充磁或退磁处理，使永磁体(4)具有不同的磁化强度，在磁轴承中产生不同的永磁偏置磁场。磁化磁场和永磁偏置磁场具有相同的磁路，如图1中实线箭头所示。本发明磁轴承采用差动控制方法，控制线圈(2)通入电流产生控制磁场，其磁路如图2中虚线箭头所示，通过调节控制电流的大小和方向，改变控制磁场的大小和方向，从而调节相应磁极总的磁场，控制转子受到的电磁力，使转子稳定悬浮。在保证转子稳定运行情况下，尽可能调节降低磁轴承中的永磁偏置磁通，可降低转子旋转铁耗，提高系统效率。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种永磁偏置磁通可调节磁轴承，其特征在于：由定子部分和转子部分组成，其中定子部分包括定子铁心(1)、控制线圈(2)、导磁环(3)、永磁体(4)、磁化线圈架(5)、磁化线圈(6)，转子部分包括转子铁心(7)、转子导磁体(8)；每个定子铁心(1)有4个沿圆周方向均匀分布的磁极，每个磁极上绕制有控制线圈(2)，每个定子铁心(1)径向外侧为导磁环(3)，两个导磁环(3)之间放置有永磁体(4)，两个定子铁心(1)和两个导磁环(3)均沿轴向对称分布在永磁体(4)两侧，两个定子铁心(1)中间放置有磁化线圈架(5)，磁化线圈架(5)上绕制有磁化线圈(6)，两个定子铁心(1)径向内侧为两个转子铁心(7)，定子铁心(1)与转子铁心(7)之间为气隙，两个转子铁心(7)径向内侧为转子导磁体(8)。
2.根据权利要求1所述的一种永磁偏置磁通可调节磁轴承，其特征在于：所述的定子部分装有磁化线圈(6)用于永磁体(4)的磁化。
3.根据权利要求1所述的一种永磁偏置磁通可调节磁轴承，其特征在于：所述的永磁体(4)采用铝镍钴或其他低矫顽力硬磁材料，且永磁体(4)的磁化强度可通过磁化线圈(6)产生的磁场进行调节。
4.根据权利要求1所述的一种永磁偏置磁通可调节磁轴承，其特征在于：所述的定子铁心(1)和转子铁心(7)采用导磁性能良好的材料叠压制成。
5.根据权利要求1所述的一种永磁偏置磁通可调节磁轴承，其特征在于：所述的导磁环(3)和转子导磁体(8)采用导磁性能良好的软磁材料制成。
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