CN1322244C - 永磁偏置径向磁轴承 - Google Patents

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Abstract

一种永磁偏置径向磁轴承，属磁轴承中的混合磁轴承。包括一个径向定子(1)、控制绕组(2)、径向充磁的环形永磁体(4)、外部磁极铁心(5)和套有转子铁心(3)的转子(6)。这种永磁偏置径向磁轴承结构简单，体积小，重量轻，轴向占用空间小在各种磁悬浮系统中都有广阔的应用前景，将其利用于航空航天和舰艇等领域则更具有重要意义。

Description

永磁偏置径向磁轴承
一、技术领域
本发明的永磁偏置径向磁轴承属磁轴承中的混合磁轴承。
二、背景技术
目前，磁轴承按照磁力提供的方式分为以下几种：第一种是主动磁轴承，这种磁轴承线圈中存在偏置电流，以提供偏置磁场，由控制电流流经控制绕组产生的控制磁通与偏置磁通进行叠加，从而产生可控的悬浮力。其刚度大，可以精密控制，但是体积、重量和功耗都比较大。第二种是被动磁轴承，这种磁轴承的悬浮力完全由永磁体提供，其所需的控制器简单，悬浮功耗小，但是刚度和阻尼都较小，一般运用于仅在一个方向上支撑物体或者是减轻作用在传统轴承上的负荷，属于被动磁轴承的高温超导磁轴承由于超导体的抗磁性，采用永久磁铁即可得到稳定的悬浮，但是由于受到高温超导材料研究现状的限制，目前使用价值不大。第三种是混合磁轴承，这种磁轴承采用永磁材料替代主动磁轴承中的电磁铁来产生偏置磁场，电磁铁提供的只是平衡负载或干扰的控制磁场，大大降低了因偏置电流产生的功率损耗，电磁铁所需的安匝数只是主动磁轴承的一半，缩小了磁轴承的体积，减轻了其重量，并提高了承载能力。
目前国际上研究的永磁偏置径向磁轴承结构形式分为异极性和同极性结构，异极性结构轴向长度可以做得较短，但是会产生磁滞损耗，而同极性的结构的磁轴承磁滞损耗大大减小，但是普通同极性结构结构复杂，所需控制线包多，占用的轴向空间较大，不利于转子临界转速的提高。
三、发明内容
本发明的目的在于提出一种结构简单，体积小，重量轻，占用轴向空间小的同极性永磁偏置径向磁轴承。
本发明的永磁偏置径向磁轴承，包括一个径向定子，径向充磁的环形永磁体贴装在径向定子外部的中间位置，外部磁极铁心套装在径向定子的外圆上，其中间的内端面与环形永磁体接触和套有转子铁心的转子，其中径向定子为两对极结构，定子齿上绕有控制绕组，相对两个齿上的绕组串联相接，产生方向一致的控制磁通。其基本工作原理(以水平方向为例)是：当转子位于中间位置，即平衡位置时，由于结构的对称性，环形永磁体产生的磁通在转子右面的气隙和左面的气隙处是相等的，此时左右吸力相等。如果在此时转子受到一个向右的外扰力，转子就会偏离平衡位置向右运动，造成环形永磁体产生的左右气隙的磁通变化，即左面的气隙增大，磁通减小；右面的气隙减小，磁通增大。由于磁场吸力与磁通的平方成正比，因此左边的吸力小于右边的吸力，在加入控制磁通前，转子将无法回到平衡位置。此时位移传感器检测出转子偏离其参考位置的位移量，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，这个电流流经电磁线圈绕组使铁心内产生一个电磁磁通，这个电磁磁通与气隙中的永磁磁通叠加，使转子左面气隙中的磁通增加，右面气隙中的磁通减小，产生一个向左的吸力，将转子拉回平衡位置。同理，不论转子受到向左、向右、向上或向下的外扰动，带位置负反馈的永磁偏置径向磁轴承通过控制器控制励磁绕组中的电流，调节各气隙磁通的大小，始终能保持转子在平衡位置。
本发明的永磁偏置径向磁轴承，利用一个径向充磁的环形永磁体来建立静态偏置磁场，通过外部磁极铁心、转子铁心和径向定子来形成闭合磁路，只需要一个两对极的径向定子和4个控制绕组，简化了结构，缩小了体积和重量，并且缩短了轴向占用空间，在各种磁悬浮系统中都有广阔的应用前景，将其利用于航空航天和舰艇等领域则更具有重要意义。
四、附图说明
图1是永磁偏置径向磁轴承结构平面示意图。
图1中标号名称：1、径向定子。2、控制绕组。3、转子铁心。4、环形永磁体。5、外部磁极铁心。6、转子。
图2是永磁偏置径向磁轴承原理图。
图2中标号名称：A与B是气隙，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。
五、具体实施方式
图1是本发明的永磁偏置径向磁轴承结构示意图，图中的径向定子1由硅钢片叠压而成，为两对极结构，在四个齿上绕有控制绕组2，相对的两个齿上的绕组串联相接，环形永磁体4贴装在径向定子1的外部的中间位置，外部磁极铁心5和转子铁心3均为电工纯铁制成，外部磁极铁心5套装在径向定子1外圆上，其内端面与环形永磁体4接触，套装在转子6上的转子铁心3置于定子1内。环形永磁体产生的偏置磁通依次经过外部磁极铁心、气隙A(或气隙B)、转子铁心、径向气隙和径向定子构成回路，由控制绕组产生的控制磁通只经过径向气隙，不经过气隙A和气隙B。如图2的原理图所示。

Claims (1)

1、一种永磁偏置径向磁轴承，其特征在于：包括一个为两对极结构的径向定子(1)，在径向定子(1)齿上绕有控制绕组(2)，相对的两个齿上的绕组串联相接，环形永磁体(4)贴装在径向定子(1)的外部的中间位置，外部磁极铁心(5)套装在径向定子(1)外圆上，其内端面与环形永磁体(4)接触，套装在转子(6)上的转子铁心(3)置于定子(1)内。
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