CN201696489U - 一种永磁偏置圆锥型内转子混合调节磁轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种永磁偏置圆锥型内转子混合调节磁轴承，包括定子总成与转子总成，转子总成左、右两端的第一转子铁芯与第二转子铁芯呈圆锥型，定子总成左、右两端的第一定子铁芯与第二定子铁芯分别与第一转子铁芯和第二转子铁芯的形状相适配，在定子总成与转子总成的左段设置有四个分别由电磁与永磁磁路组成的各自独立的第一磁路控制单元，四个第一磁路控制单元分别分布在X轴与Y轴正负方向上，在定子总成与转子总成的右段同样设置有四个分别由电磁与永磁磁路组成的各自独立的第二磁路控制单元，四个第二磁路控制单元也同样分别分布在X轴与Y轴正负方向上。本实用新型具有稳定悬浮、减小轴承体积及降低制作成本等特点。

Description

一种永磁偏置圆锥型内转子混合调节磁轴承

技术领域

本实用新型涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种圆锥型永磁偏置内转子混合调节磁轴承。

背景技术

由于磁悬浮轴承具有无接触、不需要润滑、寿命长、噪声小等优点，在需要减摩和高速运转等领域有重要的意义。目前公知的磁悬浮轴承的转子结构和定子结构多呈现圆柱型，不能实现同一磁路对轴向和径向的同时控制，譬如其中的一种混和式磁轴承，其径向磁轴承和轴向磁轴承空间上是相互分离的，调节径向力和调节轴向力相互独立，这就使得该种磁悬浮轴承的体积偏大、制作成本较高。

实用新型内容

本实用新型的任务在于解决现有技术所存在的上述不足，提供一种永磁偏置圆锥型内转子混合调节磁轴承。

本实用新型的技术解决方案为：

一种永磁偏置圆锥型内转子混合调节磁轴承，包括定子总成与转子总成，转子总成的左、右两端分别设置有第一转子铁芯与第二转子铁芯，第一转子铁芯与第二转子铁芯呈圆锥型，定子总成的左、右两端分别设置有第一定子铁芯与第二定子铁芯，第一定子铁芯与第一转子铁芯的形状相适配，第二定子铁芯与第二转子铁芯的形状相适配，在定子总成与转子总成的左段设置有四个分别由电磁与永磁磁路组成的各自独立的第一磁路控制单元，在将磁轴承的轴向断面或端面视为坐标平面，以转子总成的轴心作为平面坐标系原点的情形下，四个第一磁路控制单元分别分布在X轴与Y轴正负方向上，在定子总成与转子总成的右段同样设置有四个分别由电磁与永磁磁路组成的各自独立的第二磁路控制单元，四个第二磁路控制单元也同样分别分布在X轴与Y轴正负方向上。

上述两个相邻第一磁路控制单元之间设置有属于定子总成组成部分的第一弧形外侧绝磁块，上述两个相邻第二磁路控制单元之间设置有属于定子总成组成部分的第二弧形外侧绝磁块；上述第一磁路控制单元与第二磁路控制单元之间设置有属于定子总成组成部分的第三弧形外侧绝磁块或外侧绝磁环，还设置有属于转子总成组成部分的内侧绝磁环。

上述第一定子铁芯由四个定子铁芯分部组成，四个定子铁芯分部分别分布在X轴与Y轴正负方向上，上述第二定子铁芯也同样由四个定子铁芯分部组成，四个定子铁芯分部也分别分布在X轴与Y轴正负方向上；上述任意一个第一磁路控制单元包括外永磁体、外导磁体、设置在一个定子铁芯分部上的励磁线圈、该定子铁芯分部与第一转子铁芯对应部位之间所形成的第一空气隙、内导磁环、位于里侧的第三转子铁芯与位于里侧的第三定子铁芯之间所形成的第一空气隙，以及位于外永磁体左、右两端外导磁体之间所形成的第二空气隙，上述第三转子铁芯为圆柱型，第三定子铁芯与第三转子铁芯的形状相适配，上述一个定子铁芯分部与其上的励磁线圈形成其所在方向上的一个定子磁极；上述任意一个第二磁路控制单元包括外永磁体、外导磁体、设置在一个定子铁芯分部上的励磁线圈、该定子铁芯分部与第二转子铁芯对应部位之间所形成的第一空气隙、内导磁环、位于里侧的第四转子铁芯与位于里侧的第四定子铁芯之间所形成的第一空气隙，以及位于外永磁体左、右两端外导磁体之间所形成的第二空气隙，上述第四转子铁芯为圆柱型，第四定子铁芯与第四转子铁芯的形状相适配，上述一个定子铁芯分部及其上的励磁线圈形成其所在方向上的一个定子磁极。

上述第二空气隙的宽度大于第一空气隙宽度的两倍。

本实用新型的有益技术效果是：

本实用新型利用定子总成中的外永磁体提供永磁偏置磁场，承担磁轴承所受到的径向力和轴向力，励磁线圈所产生的磁场起到调节作用，用来改变每极下电磁场的强弱，保持磁轴承的定、转子气隙均匀，使得轴承在径向和轴向同时保持平衡。其永磁磁路为：从外永磁体的N极出发，通过外导磁体、定子铁芯分部到达第一气隙，此时磁感线的方向垂直于圆锥外表面，然后通过第一转子铁芯(第二转子铁芯)、内导磁环、第三转子铁芯(第四转子铁芯)、第一气隙、第三定子铁芯(第四定子铁芯)回到该外永磁体S极；励磁线圈产生的电磁磁路为：通过定子铁芯分部到达第一气隙，此时磁感线的方向垂直于圆锥外表面，然后通过第一转子铁芯(第二转子铁芯)、内导磁环、第三转子铁芯(第四转子铁芯)、第一气隙、第三定子铁芯(第四定子铁芯)、外导磁体、第二气隙、外导磁体及定子铁芯分部形成闭合回路。本实用新型中，第一转子铁芯与第二转子铁芯均采取圆锥型，各自对应的定子铁芯部分的形状也均采用相适配的圆锥型，使得电磁和永磁在提供径向作用力的同时也产生轴向作用力，当转轴发生径向偏移时，调节与偏移方向相反的一对励磁线圈即可使转轴回到平衡位置，当转轴发生轴向偏移时，调节与偏移方向相反的上下一对或左右一对磁极即可使转轴回到平衡位置。同时，本实用新型还可具有稳定悬浮、减小轴承体积、降低制作成本以及利用永磁偏置结构降低系统功耗等特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的一种实施方式的结构原理示意图，示出了本实用新型的轴向截面结构。

图2为图1的A-A剖示结构示意图。

具体实施方式

结合图1与图2，一种永磁偏置圆锥型内转子混合调节磁轴承，包括定子总成与转子总成。转子总成的左端设置有第一转子铁芯1，第一转子铁芯1呈圆锥型，在左端的里侧设置有第三转子铁芯2，第三转子铁芯2呈圆柱型，转子总成的右端设置有第二转子铁芯3，第二转子铁芯3呈圆锥型，在右端的里侧设置有第四转子铁芯4，第四转子铁芯4呈圆柱型。定子总成的左端设置有第一定子铁芯，第一定子铁芯由四个定子铁芯分部5组成，四个定子铁芯分部5分别分布在X轴与Y轴正负方向上，由四个定子铁芯分部5构成第一定子铁芯的形状与第一转子铁芯相适配，即第一定子铁芯为与第一转子铁芯相适配的圆锥型，在定子总成左端的里侧设置有第三定子铁芯6，第三定子铁芯6为与第三转子铁芯2相适配的圆柱型；定子总成的右端设置有第二定子铁芯，第二定子铁芯也由四个定子铁芯分部7组成，四个定子铁芯分部7分别分布在X轴与Y轴正负方向上，由四个定子铁芯分部构成的第二定子铁芯形状与第二转子铁芯相适配，即第二定子铁芯为与第二转子铁芯相适配的圆锥型，在定子总成右端的里侧设置有第四定子铁芯8，第四定子铁芯8为与第四转子铁芯4相适配的圆柱型。在上述定子总成与转子总成的左段设置有四个分别由电磁与永磁磁路组成的各自独立的第一磁路控制单元，在将磁轴承的轴向断面或端面视为坐标平面，以转子总成的轴心作为平面坐标系的原点的情形下，四个第一磁路控制单元分别分布在X轴与Y轴正负方向上，在上述定子总成与转子总成的右段同样设置有四个分别由电磁与永磁磁路组成的各自独立的第二磁路控制单元，四个第二磁路控制单元也同样分别分布在X轴与Y轴正负方向上。上述两个相邻第一磁路控制单元之间设置有属于定子总成组成部分的第一弧形外侧绝磁块9，上述两个相邻第二磁路控制单元之间设置有属于定子总成组成部分的第二弧形外侧绝磁块，第一弧形外侧绝磁块与第二弧形外侧绝磁块可为同一块体。上述第一磁路控制单元与第二磁路控制单元之间设置有第三弧形外侧绝磁块或外侧绝磁环10，还设置有内侧绝磁环11。下面以其中一个第一磁路控制单元为例对其进行说明：其包括外永磁体12、外导磁体13、设置在一个定子铁芯分部上的励磁线圈14、该定子铁芯分部与第一转子铁芯对应部位之间所形成的第一空气隙15、内导磁环16、位于里侧的第三转子铁芯2与位于里侧的第三定子铁芯6之间所形成的第一空气隙15，以及位于外永磁体12左、右两端外导磁体之间所形成的第二空气隙17，上述一个定子铁芯分部形成其所在方向上的一个磁极。再以其中一个第二磁路控制单元为例对其进行说明：其包括外永磁体、外导磁体、设置在一个定子铁芯分部上的励磁线圈、该定子铁芯分部与第二转子铁芯对应部位之间所形成的第一空气隙、内导磁环、位于里侧的第四转子铁芯与位于里侧的第四定子铁芯之间所形成的第一空气隙，以及位于外永磁体左、右两端外导磁体之间所形成的第二空气隙，上述一个定子铁芯分部形成其所在方向上的一个磁极。上述第二空气隙17的宽度大于第一空气隙15宽度的2倍。

上述方式中，四个第一磁路控制单元中的定子铁芯分部形成了分布在磁轴承左端的X，Y正负方向上的4个定子磁极，上述四个第二磁路控制单元中的定子铁芯分部形成了分布在磁轴承右端的X，Y正负方向上的4个定子磁极，每个定子磁极都绕有励磁线圈14，通过外侧绝磁环10、内侧绝磁环11、第一弧形外侧绝磁块9及第二弧形外侧绝磁块将整个磁轴承的电磁和永磁磁路分成八个相互独立的磁路控制单元。

上述实施方式中，绝磁块或绝磁环又可称为隔磁块或隔磁环。

上述实施方式中的第一外侧绝磁环、第一内侧绝磁环及第一弧形外侧绝磁块的制作材料优选为铜，铝，钛合金；外永磁体可采用钕铁硼稀土合金永磁材料或铁氧体材料制成；外导磁环和内导磁环可采用碳钢、或铸铁、或合金钢等导磁性能良好的材料制成；定子铁芯和转子铁心可采用电工纯铁、或电工硅钢板等磁性材料冲压叠加而成。

Claims (4)

1.一种永磁偏置圆锥型内转子混合调节磁轴承，包括定子总成与转子总成，其特征在于：所述转子总成的左、右两端分别设置有第一转子铁芯与第二转子铁芯，第一转子铁芯与第二转子铁芯呈圆锥型，定子总成的左、右两端分别设置有第一定子铁芯与第二定子铁芯，第一定子铁芯与第一转子铁芯的形状相适配，第二定子铁芯与第二转子铁芯的形状相适配，在定子总成与转子总成的左段设置有四个分别由电磁与永磁磁路组成的各自独立的第一磁路控制单元，在将磁轴承的轴向断面或端面视为坐标平面，以转子总成的轴心作为平面坐标系原点的情形下，四个第一磁路控制单元分别分布在X轴与Y轴正负方向上，在定子总成与转子总成的右段同样设置有四个分别由电磁与永磁磁路组成的各自独立的第二磁路控制单元，四个第二磁路控制单元也同样分别分布在X轴与Y轴正负方向上。

2.根据权利要求1所述的永磁偏置圆锥型内转子混合调节磁轴承，其特征在于：所述四个第一磁路控制单元中的两个相邻第一磁路控制单元之间设置有属于定子总成组成部分的第一弧形外侧绝磁块，所述四个第二磁路控制单元中的两个相邻第二磁路控制单元之间设置有属于定子总成组成部分的第二弧形外侧绝磁块；上述第一磁路控制单元与第二磁路控制单元之间设置有属于定子总成组成部分的第三弧形外侧绝磁块或外侧绝磁环，还设置有属于转子总成组成部分的内侧绝磁环。

3.根据权利要求2所述的永磁偏置圆锥型内转子混合调节磁轴承，其特征在于：所述第一定子铁芯由四个定子铁芯分部组成，四个定子铁芯分部分别分布在X轴与Y轴正负方向上，上述第二定子铁芯也同样由四个定子铁芯分部组成，四个定子铁芯分部也分别分布在X轴与Y轴正负方向上；上述任意一个第一磁路控制单元包括外永磁体、外导磁体、设置在一个定子铁芯分部上的励磁线圈、该定子铁芯分部与第一转子铁芯对应部位之间所形成的第一空气隙、内导磁环、位于里侧的第三转子铁芯与位于里侧的第三定子铁芯之间所形成的第一空气隙，以及位于外永磁体左、右两端外导磁体之间所形成的第二空气隙，上述第三转子铁芯为圆柱型，第三定子铁芯与第三转子铁芯的形状相适配，上述一个定子铁芯分部与其上的励磁线圈形成其所在方向上的一个定子磁极；上述任意一个第二磁路控制单元包括外永磁体、外导磁体、设置在一个定子铁芯分部上的励磁线圈、该定子铁芯分部与第二转子铁芯对应部位之间所形成的第一空气隙、内导磁环、位于里侧的第四转子铁芯与位于里侧的第四定子铁芯之间所形成的第一空气隙，以及位于外永磁体左、右两端外导磁体之间所形成的第二空气隙，上述第四转子铁芯为圆柱型，第四定子铁芯与第四转子铁芯的形状相适配，上述一个定子铁芯分部及其上的励磁线圈形成其所在方向上的一个定子磁极。

4.根据权利要求3所述的永磁偏置圆锥型内转子混合调节磁轴承，其特征在于：所述第二空气隙的宽度大于第一空气隙宽度的两倍。

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