CN201747782U - 低功耗单稳态零重力作用径向磁轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种低功耗单稳态零重力作用径向磁轴承，其定子铁芯包括分别位于左、右两端的八只电磁铁芯、位于中央段的外永磁铁芯环，电磁铁芯与外永磁铁芯环之间均设置有外隔磁环，任一端的所有电磁铁芯上都绕有励磁线圈，并组成四个方向的电磁磁极，分别分布在X轴、Y轴的正负方向上，左、右两端所有电磁铁芯一共形成八个电磁磁极，外永磁铁芯环在Y轴正方向上设置有外导磁半环，在Y轴负方向上设置有轴向磁化外永磁半环；转子轴设置有径向磁化内永磁环与内永磁铁芯环，在径向磁化内永磁环与内永磁铁芯环之间设置有内隔磁环，内永磁铁芯环设置有轴向磁化内永磁环。本实用新型能抵消转子的自身的重力，能建立静态下的稳定工作点。

Description

低功耗单稳态零重力作用径向磁轴承

技术领域

本实用新型涉及一种非接触式磁悬浮轴承，特别涉及一种低功耗单稳态零重力作用径向磁轴承。

背景技术

目前纯永磁式的磁悬浮轴承是不稳定的，也是不受控的。纯电磁式的磁悬浮轴承消耗电流大，功耗高。永磁和电磁混合式的磁悬浮轴承是研究最广泛的，其显著的特征是：利用永磁体产生偏置磁场，该偏置磁场从±X、±Y四个方向对磁悬浮转轴产生大小相等的吸引力，然后调节励磁线圈中的电流，改变电磁磁场的大小和方向，使永磁偏置磁场和电磁磁场相叠加，磁通密度增大一侧的吸引力变大，磁通密度减小一侧的吸引力变小，不平衡的受力产生了转子径向运动的动力；尽管偏置磁场在一定程度上减小了励磁的电流，降低了功率损耗，但是偏置磁场从四个方向上产生的均是吸引力，并不能抵消转子本身的重力，故不能最大限度地减小励磁电流，且磁场间的作用力与定转子间空气隙的距离成反比，气隙减小一侧的作用吸力进一步增大，需要快速调节作用力，维持转子在平衡位置，故采用上述吸引力很难建立静态下的稳定工作点。现有技术中的永磁偏置径向磁悬浮轴承存在重力干扰、功耗较大、无静态稳定工作点及控制响应速度要求高等缺点。

实用新型内容

本实用新型在于提供一种低功耗单稳态零重力作用径向磁轴承，其能抵消转子的自身的重力，能建立静态下的稳定工作点。

其技术解决方案是：

一种低功耗单稳态零重力作用径向磁轴承，其包括定子总成与转子总成，定子总成设置有定子铁芯，转子总成设置有转子轴；上述定子铁芯包括位于左端的四只电磁铁芯、位于右端的四只电磁铁芯与位于中央段的外永磁铁芯环，上述左端的电磁铁芯与外永磁铁芯环、以及外永磁铁芯环与右端的电磁铁芯之间均设置有外隔磁环，任一端的所有电磁铁芯上都绕有励磁线圈，并组成四个方向的电磁磁极，在将磁轴承的轴向断面或端面视为坐标平面，以转子轴的轴心作为平面坐标系原点的情形下，四个方向的电磁磁极分别分布在X轴、Y轴的正负方向上，左、右两端所有电磁铁芯一共形成八个电磁磁极，外永磁铁芯环由左右两个定子铁芯环分部组成，两个定子铁芯环分部在Y轴正方向上的对应部位之间设置有外导磁半环，两个定子铁芯分部在Y轴负方向上的对应部位之间设置有轴向磁化外永磁半环；转子轴的左、右两端均设置有径向磁化内永磁环，中央段设置有内永磁铁芯环，在径向磁化内永磁环与内永磁铁芯环之间设置有内隔磁环，内永磁铁芯环由左右两个转子铁芯环分部组成，两个转子铁芯分部之间设置有轴向磁化内永磁环。

在上述电磁铁芯、外永磁铁芯环与转子轴对应部位之间均设置有空气隙。

本实用新型的有益技术效果是：

采用永磁上吸、下斥结构来抵消转子自身的重力，降低了励磁线圈中调节电流的大小，使磁轴承的损耗最低；调节转子平衡位置时采用排斥力，可从四个方向上施加大小相等的作用力，转子腔的中心就是唯一的平衡位置，气隙减小一侧的排斥作用力增大，产生向平衡位置运动的趋势，能够建立起稳定的悬浮状态。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型一种实施方式的结构原理示意图，示出了其轴向截面结构。

图2示出了图1方式中的轴向端面结构。

具体实施方式

结合图1与图2，一种低功耗单稳态零重力作用径向磁轴承，其包括定子总成与转子总成，定子总成设置有定子铁芯，转子总成设置有转子轴。上述定子铁芯包括位于左端的四只电磁铁芯1、位于右端的四只电磁铁芯2与位于中央段的外永磁铁芯环，上述左端的电磁铁芯1与外永磁铁芯环之间设置有外隔磁环(绝磁环)3，外永磁铁芯环与右端的电磁铁芯2之间设置有外隔磁环4。左端的四只电磁铁芯1上都绕有励磁线圈5，并组成四个方向的电磁磁极，在将磁轴承的轴向断面或端面视为坐标平面，以转子轴的轴心作为平面坐标系原点的情形下，该四个方向的电磁磁极分别分布在X轴、Y轴的正负方向上，右端的四只电磁铁芯上2都绕有励磁线圈6，并组成四个方向的电磁磁极，也分别分布在X轴、Y轴的正负方向上；左、右两端所有电磁铁芯一共形成八个电磁磁极。外永磁铁芯环由左、右两个定子铁芯环分部7、8组成，左侧定子铁芯环分部7与右侧定子铁芯环分部8在Y轴正方向上的对应部位之间设置有外导磁半环9，左侧定子铁芯环分部7与右侧定子铁芯环分部8在Y轴负方向上的对应部位之间设置有轴向磁化外永磁半环10。转子轴11的左端设置有径向磁化内永磁环12，右端设置有径向磁化内永磁环13，中央段设置有内永磁铁芯环，在径向磁化内永磁环12与内永磁铁芯环之间设置有内隔磁环14，在内永磁铁芯环与径向磁化内永磁环13之间设置有内隔磁环15；内永磁铁芯环由左、右两个转子铁芯环分部16、17组成，左侧转子铁芯环分部16与右侧转子铁芯环分部17之间设置有轴向磁化内永磁环18。在上述电磁铁芯与转子轴的径向磁化内永磁环之间，及左、右两个定子铁芯环分部与左、右两个转子铁芯环分部之间均设置有一定宽度的空气隙19。

上述实施方式中，外导磁环、内导磁环均用导磁性能良好的材料制成，如电工纯铁、碳钢、铸钢、合金钢等磁性材料。内、外永磁铁芯环可用导磁性能良好的电工薄钢板制作，如电工纯铁、电工硅钢板等磁性材料冲压迭加而成。轴向磁化内永磁环、轴向磁化外永磁半环、径向磁化内永磁环的材料为磁性能良好的钕铁硼稀土合金永磁材料或铁氧体材料制成。励磁线圈用电流密度较大的漆包线绕制后浸漆烘干得到。外隔磁环、内隔磁环用隔磁效果好的合金材料制成。

其工作原理大致是：

利用永磁体与铁芯之间的吸引力，以及永磁体与永磁体之间的排斥力，共同作用抵消转子自身的重力，使转子工作在无重力状态下，然后励磁线圈产生的电磁场从X轴和Y轴的正负4个方向，对径向磁化的永磁环施加大小相等的排斥力，则静态条件下轴承定子腔的中心位置将是转子轴唯一的径向平衡位置，转子位置发生偏移后，气隙减小侧的排斥力增大，转子轴产生向平衡位置运动的趋势，故能建立稳定的工作状态，该结构也能简化控制算法，任何方向的位置偏移只需同时增大4个方向的排斥力，稳定后后，再根据控制对象的要求，按照一定的算法减小励磁电流，节省系统功耗。其上吸永磁磁路为：磁通从轴向磁化内永磁环N极出发，通过一端内导磁环、转子永磁铁芯、气隙、定子永磁铁芯、外导磁环，到达另一端的定子永磁铁芯、另一端气隙、转子永磁铁芯、另一端的内导磁环，回到轴向磁化内永磁环S极。下斥永磁磁路分为：(1)磁通从轴向磁化内永磁环N极出发，通过一端内导磁环、转子永磁铁芯、气隙、到达另一端的转子永磁铁芯、另一端的内导磁环，回到轴向磁化内永磁环S极；(2)磁通从轴向磁化外永磁半环N极出发，通过一端外导磁环、定子永磁铁芯、气隙、到达另一端的定子永磁铁芯、另一端的外导磁环，回到轴向磁化外永磁半环S极。径向调节电磁磁路为：励磁线圈电磁N极出发，定子电磁铁芯，空气隙，径向磁化内永磁环N极外表面，空气隙，定子电磁铁芯，励磁线圈电磁S极。

Claims (2)

1.一种低功耗单稳态零重力作用径向磁轴承，其包括定子总成与转子总成，定子总成设置有定子铁芯，转子总成设置有转子轴；其特征在于：所述定子铁芯包括位于左端的四只电磁铁芯、位于右端的四只电磁铁芯与位于中央段的外永磁铁芯环，上述左端的电磁铁芯与外永磁铁芯环、以及外永磁铁芯环与右端的电磁铁芯之间均设置有外隔磁环，任一端的所有电磁铁芯上都绕有励磁线圈，并组成四个方向的电磁磁极，在将磁轴承的轴向断面或端面视为坐标平面，以转子轴的轴心作为平面坐标系原点的情形下，四个方向的电磁磁极分别分布在X轴、Y轴的正负方向上，左、右两端所有电磁铁芯一共形成八个电磁磁极，外永磁铁芯环由左右两个定子铁芯环分部组成，两个定子铁芯环分部在Y轴正方向上的对应部位之间设置有外导磁半环，两个定子铁芯分部在Y轴负方向上的对应部位之间设置有轴向磁化外永磁半环；转子轴的左、右两端均设置有径向磁化内永磁环，中央段设置有内永磁铁芯环，在径向磁化内永磁环与内永磁铁芯环之间设置有内隔磁环，内永磁铁芯环由左右两个转子铁芯环分部组成，两个转子铁芯分部之间设置有轴向磁化内永磁环。

2.根据权利要求1所述的低功耗单稳态零重力作用径向磁轴承，其特征在于：在所述电磁铁芯、外永磁铁芯环与转子轴对应部位之间均设置有空气隙。

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