CN1743691A - 低损耗混合励磁内转子径向磁浮轴承 - Google Patents
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Abstract
一种低损耗混合励磁内转子径向磁浮轴承，属非接触磁浮轴承类的内转子径向磁浮轴承。本轴承包括定子和转子。定子包括由导磁衬套(2)与非导磁衬套(3)组成的定子右导磁套，导磁衬套(16)与非导磁衬套(15)组成的定子左导磁套，还包括永磁磁环(1)，左、右两个定子铁心(14)和(4)，以及套在定子铁心磁极上的电励磁绕组(5)、(9)、(10)、(13)；转子包括左、右两个转子铁心(12)与(6)，转子导磁衬套(8)和左右两个非导磁套(11)与(7)。本轴承的特点是电励磁磁通不经过永磁体，磁路磁阻低，很小的励磁电流就能产生需要的控制磁通，不仅系统的响应速度快，也降低了电励磁的损耗。电励磁磁极为直齿结构，绕组装卸方便。不仅实现径向主动悬浮，在轴向还有一定的被动悬浮能力。
Description
一、技术领域
本发明的混合励磁内转子径向磁浮轴承属非接触磁浮轴承类的内转子径向磁浮轴承。
二、背景技术
磁悬浮轴承(简称磁轴承)按照磁力提供的方式，可以分为电励磁磁轴承、永磁励磁磁轴承和混合励磁磁轴承(永磁和电励磁混合)3种。电励磁磁轴承具有电流大、功耗大、力—电流控制特性线性度差的缺点。永磁磁轴承是被动式磁浮轴承，具有功耗低的优点，但控制精度差。
混合励磁磁浮轴承以永磁磁场作为偏置磁场，降低了磁轴承定子铜耗和功放损耗。同时，混合励磁磁轴承在转子旋转时转子中只有大小变化而方向不变。从而降低了磁轴承的转子铁损。但目前的混合励磁径向磁轴承，永磁磁环在转子上，这种结构增加转子结构的复杂程度，限制了转子的高速运行，国内山东大学徐衍亮教授对这种结构进行了详细的研究。北京航空航天大学房建成教授提出一种永磁磁环在定子的混合励磁磁轴承结构，并申请了专利。专利申请号为200510011271.8。该结构的永磁磁环轴向长度很小，加工和装配都很困难。
三、发明内容
本发明的目的是：克服现有技术的不足，提出一种加工装配方便、功耗低、重量轻、力—电流控制特性线性度高的混合励磁内转子径向磁浮轴承。
本发明的混合励磁内转子径向磁浮轴承，由定子和转子两个部分组成。定子包括左导磁套和右导磁套，左导磁套包括左导磁衬套，左非导磁衬套置于左导磁衬套内侧；右导磁套包括左导磁衬套，右非导磁衬套置于右导磁衬套内侧。左右两个导磁衬套之间嵌有永磁磁环，左导磁套内压装左定子铁心，右导磁套内压装右定子铁心。每个定子铁心沿圆周对称分布4个磁极，相对的两个磁极属同自由度磁极，每个磁极上套装一个电励磁绕组，同一自由度绕组正向串联；转子为径向磁浮轴承转子，包括转子导磁套，在转子导磁套外侧压装左、右两个转子铁心，分别与左、右两个定子铁心留有气隙。转子导磁套包括转子导磁衬套安装在左、右两个转子非导磁衬套的内侧。
本发明的混合励磁内转子径向磁浮轴承与现有技术相比的优点在于：永磁的导磁套由导磁衬套和非导磁衬套组成，非导磁衬套只位于永磁磁路中，起调节永磁磁路磁阻的作用，让永磁体可以有一个合适的尺寸，和合理的工作气隙偏置磁场，便于永磁磁环加工和装配。气隙偏置磁通由永磁磁环提供，这不仅降低了控制线圈和功率放大器的损耗，提高了磁轴承的电流刚度和位移刚度，同时也提高了磁浮轴承的力—电流控制特性线性度。电励磁磁磁极为直齿结构，绕组装卸方便。电励磁磁通不经过永磁体，磁路磁阻低，很小的励磁电流就能产生需要的控制磁通，提高了系统的响应速度，降低了电励磁线圈的损耗。本混合励磁内转子径向磁浮轴承不仅实现径向主动悬浮，在轴向还有一定的被动悬浮能力。
四、附图说明
图1为低损耗混合励磁内转子径向磁浮轴承纵剖面图；
图2为低损耗混合励磁内转子径向磁浮轴承截面图；
图1与图2中的标号名称：
1. 永磁磁环； 2、16. 定子导磁衬套；
4、14. 左右两个定子铁心 3、15. 定子非导磁衬套；
5、9、10、13 电励磁绕组 6、12. 左右转子铁心
7、11. 左右非导磁衬套 8. 转子导磁套
图1中的符号φPM：永磁磁通；
图2中的符号φEM：电励磁磁通；
五、具体实施方式
图1和图2分别给出了本发明混合励磁内转子径向磁浮轴承的纵剖面和截面图。定子导磁套分为左右两个部分，左导磁套由定子导磁衬套16置于定子非导磁衬套15外侧构成；右导磁套由导磁衬套2置于非导磁套3外侧构成，导磁套中间嵌有永磁磁环1，永磁磁环的充磁方向为轴向充磁。保证气隙永磁偏置磁密不变的前提下，调节非导磁套和导磁套厚度比例，可以调节磁环的尺寸和工作气隙偏置磁场，使永磁磁环可以方便加工和装配。永磁导磁轭两端即左右两个定子定子非导磁套15和3内侧压装左定子铁心14和右定子铁心4，它们由导磁性能良好的硅钢片叠成，永磁磁环1的充磁方向为轴向充磁，可嵌在左定子导磁衬套16与右定子导磁衬套2之间，或者左定子导磁衬套16和左非导磁衬套15之间，或者嵌在非导磁衬套15与左定子铁心14之间，也可嵌在右定子导磁衬套2和右非导磁衬套3之间，或者右非导磁衬套3与右定子铁心4之间。每个定子铁心沿圆周对称分布4个磁极，相对的两个磁极属同自由度磁极，分别记为X、Y自由度磁极，每个磁极上套有一个电励磁绕组，如图1中励磁绕组5、9、10、13即同属于Y自由度磁极绕组。同一自由度绕组正向串联，产生的磁通一边流向磁极，一边流出磁极，如图2所示。磁极采用直齿结构，方便绕组装卸。左右定子铁心14、4同自由度磁极对齐安装。
转子导磁套由转子非导磁衬套7、11内侧分别安装在转子导磁衬套8外侧所组成，转子导磁套两端即左、右两个转子非导磁衬套11与7的外侧分别装有左右转子铁心6、12。转子铁心为圆环形由导磁性能良好的硅钢片叠成，分别与定子铁心4、14对齐装配。定子铁心内表面和转子铁心外表面之间留有空气隙，使转子无接触支撑。
定子非导磁衬套3、15和转子非导磁衬套7、11为调节永磁磁环尺寸和气隙偏置磁场的作用，根据需要可以使用其中1个或其中2个或其中3个全部4个。
本发明的混合励磁内转子径向磁浮轴承，其磁路为：永磁磁通φPM经永磁磁环1、左定子导磁套、左定子铁心14轭部、左定子铁心14磁极、左气隙、左转子铁心12、左转子导磁套8、右转子铁心6、右气隙、右定子铁心磁极4、右定子铁心4轭部、右定子导磁套形成磁环路，如图1所示。电励磁同自由度绕组正向串联，其产生的磁通φEM依次流经定子磁极14、气隙、转子铁心12、气隙、定子铁心14磁极、定子铁心14轭部，如图2所示。
Claims (9)
1、一种低损耗混合励磁内转子径向磁浮轴承，包括定子和转子，其特征在于，所述定子包括左导磁套和右导磁套，左、右两个导磁套之间嵌有永磁磁环(1)，左导磁套内压装左定子铁心(14)，右导磁套内压装右定子铁心(4)，每个定子铁心沿圆周对称分布4个磁极，相对的两个磁极属同自由度磁极，每个磁极上套装一个电励磁绕组，同一自由度绕组正向串联；所述转子为径向磁浮轴承转子，包括转子导磁套，在转子导磁套外侧压装左、右两个转子铁心(12)和(6)，分别与左、右两个定子铁心(14)、(4)留有气隙。
2、根据权利要求1所述的低损耗混合励磁内转子径向磁浮轴承，其特征在于，左导磁套包括左导磁衬套(16)，左非导磁衬套(15)置于左导磁衬套(16)内侧；右导磁套包括左导磁衬套(2)，右非导磁衬套(3)置于右导磁衬套(2)内侧。
3、根据权利要求1或2所述的低损耗混合励磁内转子径向磁浮轴承，其特征在于，永磁磁环(1)的充磁方向为轴向充磁，可嵌在左定子导磁衬套(16)与右定子导磁衬套(2)之间，或者左定子导磁衬套(16)和左非导磁衬套(15)之间，或者嵌在非导磁衬套(15)与左定子铁心(14)之间，也可嵌在右定子导磁衬套(2)和右非导磁衬套(3)之间，或者右非导磁衬套(3)与右定子铁心(4)之间。
4、根据权利要求1或2所述的低损耗混合励磁内转子径向磁浮轴承，其特征在于，转子导磁套包括转子导磁衬套(8)安装在左、右非导磁衬套(11)与(7)的内侧。
5、根据权利要求3所述的低损耗混合励磁内转子径向磁浮轴承，其特征在于，转子导磁套包括转子导磁衬套(8)安装在左、右非导磁衬套(11)与(7)的内侧。
6、根据权利要求1或2所述的低损耗混合励磁内转子径向磁浮轴承，其特征在于，定子铁心的磁极为直齿结构。
7、根据权利要求3所述的低损耗混合励磁内转子径向磁浮轴承，其特征在于，定子铁心的磁极为直齿结构。
8、根据权利要求4所述的低损耗混合励磁内转子径向磁浮轴承，其特征在于，定子铁心的磁极为直齿结构。
9、根据权利要求2或4所述的低损耗混合励磁内转子径向磁浮轴承，其特征在于，非导磁衬套(15)、(3)、(11)与(7)可以使用其中1个或其中2个或其中3个或全部4个。
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