CN202158082U - 一种永磁偏置型轴向磁悬浮轴承 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种永磁偏置型轴向磁悬浮轴承，包括定子套筒A，设置在其内两侧的定子圆盘A和定子圆盘B；定子套筒B，设置在其内两侧的定子圆盘C和定子圆盘D；安装在定子套筒A的内壁上的控制绕组A，安装在定子套筒B的内壁上的控制绕组B，安装在定子套筒A与定子套筒B之间的永磁体，安装在主轴上的转子铁心A和转子铁心B，转子铁心A位于定子圆盘A和定子圆盘B之间，转子铁心B位于定子圆盘C和定子圆盘D之间。本实用新型利用永磁体在气隙中建立偏置磁场，利用定子圆盘和转子铁心之间的相互作用实现转子在轴向的稳定悬浮，具有结构简单、体积小、重量轻、能量少等众多优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种磁悬浮轴承，具体是一种永磁偏置型轴向磁悬浮轴承，属于磁悬浮技术领域。
背景技术
早在1842年，英国物理学家Earnshaw就对磁悬浮轴承技术进行了研究和论述，磁悬浮轴承技术的基本原理是利用定子铁心与转子铁心之间的磁场力来实现转轴的无接触支承。由于定、转子之间没有机械接触，磁悬浮轴承具有以下优点：
1. 能够承受极高的转速。采用磁悬浮轴承支承的转轴可以在超临界、每分钟数十万转的工况下运行，其圆周速度只受转轴材料强度的限制。通常来说，在轴颈直径相同的情况下，采用磁悬浮轴承支承的转轴能达到的转速比采用滚动轴承支承的转轴大约高2倍，比采用滑动轴承支承的转轴大约高3倍。德国FAG公司通过试验得出：滚动轴承的dn值，即轴承平均直径与主轴极限转速的乘积，约为2.5~3×106mm·r/min，滑动轴承的dn值约为0.8~2×106mm·r/min，磁悬浮轴承的dn值约为4~6×106mm·r/min。
2. 摩擦功耗较小。在10000r/min时，磁悬浮轴承的功耗大约只有流体动压润滑支承的6%，只有滚动支承的17%，节能效果明显。
3. 寿命长，维护成本低。由于磁悬浮轴承依靠磁场力悬浮转轴，定、转子之间无机械接触，因此不存在由磨擦、磨损和接触疲劳所带来的寿命问题，所以磁悬浮轴承的寿命与可靠性均远高于传统的机械轴承。
4. 无需添加润滑剂。由于定、转子之间不存在机械摩擦，工作时不需要添加润滑剂，因此不存在润滑剂对环境所造成的污染问题，在禁止使用润滑剂和禁止污染的场合，如真空设备、超净无菌室等场合，磁悬浮轴承有着无可比拟的优势。
根据磁场建立方式的不同，磁悬浮轴承可分为永磁型、电磁偏置型和永磁偏置型三种类型。
永磁型磁悬浮轴承主要利用磁性材料之间固有的斥力或吸力（如永磁材料之间，永磁材料与软磁材料之间）来实现转轴的悬浮，其结构简单，能量损耗少，但刚度和阻尼也都比较小。
电磁偏置型磁悬浮轴承由通入直流电的偏磁绕组在气隙中建立偏置磁场，由通入大小和方向都受到实时控制的交变电流的控制绕组来在气隙中建立控制磁场，这两个磁场在气隙中的叠加和抵消产生了大小和方向都可以主动控制的磁场吸力，从而实现了转子的稳定悬浮，这种类型的磁悬浮轴承刚度大，可以精密控制，但产生单位承载力所需的体积、重量和功耗也都比较大。
永磁偏置型磁悬浮轴承采用永磁材料替代偏磁线圈来产生所需的偏置磁场，能够较大程度地降低磁悬浮轴承的能量损耗，随着磁悬浮轴承技术在航空航天、能量存储以及能量转换等领域的广泛应用，对磁悬浮轴承的功耗、体积、性能等方面提出了越来越高的要求，永磁偏置型磁悬浮轴承的特点使它在这些领域有着不可替代的优势，永磁偏置型磁悬浮轴承技术也成为磁悬浮轴承技术研究与发展的一个重要方向。
发明内容
本实用新型的目的在于提出一种结构简单，体积小，重量轻，能耗少的永磁偏置型轴向磁悬浮轴承。
本实用新型包括：
定子套筒A，其内左右两侧分别设置有定子圆盘A和定子圆盘B；
定子套筒B，其内左右两侧分别设置有定子圆盘C和定子圆盘D；
控制绕组A，安装在定子套筒A的内壁上，位于定子圆盘A与定子圆盘B之间；
控制绕组B，安装在定子套筒B的内壁上，位于定子圆盘A与定子圆盘B之间；
永磁体，安装在定子套筒A与定子套筒B之间；
主轴，其上安装有转子铁心A和转子铁心B，转子铁心A位于定子圆盘A和定子圆盘B之间，转子铁心B位于定子圆盘C和定子圆盘D之间。
上述定子圆盘A内端面与主轴外端面之间、定子圆盘A右端面与转子铁心A左端面之间、控制绕组A内端面与转子铁心A外端面之间、定子圆盘B内端面与主轴外端面之间、定子圆盘B左端面与转子铁心A右端面之间、定子圆盘C内端面与主轴外端面之间、定子圆盘C右端面与转子铁心B左端面之间、控制绕组B内端面与转子铁心B外端面之间、定子圆盘D内端面与主轴外端面之间、定子圆盘D左端面与转子铁心B右端面之间均存在气隙。
定子圆盘A右端面与转子铁心A左端面之间、定子圆盘B左端面与转子铁心A右端面之间、定子圆盘C右端面与转子铁心B左端面之间、定子圆盘D左端面与转子铁心B右端面之间气隙的作用主要是作为磁场能量存储的介质，其宽度优选0.3~1.5mm。
定子圆盘A内端面与主轴外端面之间、控制绕组A内端面与转子铁心A外端面之间、定子圆盘B内端面与主轴外端面之间、定子圆盘C内端面与主轴外端面之间、控制绕组B内端面与转子铁心B外端面之间、定子圆盘D内端面与主轴外端面之间气隙的作用主要是防止相关部件产生接触，其宽度优选1~3mm。
基于上述结构，本实用新型的磁悬浮轴承具有以下优点：
本实用新型利用永磁体在气隙中建立偏置磁场，利用定子圆盘和转子铁心之间的相互作用实现转子在轴向的稳定悬浮，相对于传统的永磁偏置型轴向磁悬浮轴承，本实用新型具有结构简单、体积小、重量轻、能量少等众多优点，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图1中标号名称：1、定子圆盘A。2、定子套筒A。3、定子圆盘B。4、定子圆盘C。5、定子套筒B。6、定子圆盘D。7、主轴。8、转子铁心B。9、控制绕组B。10、永磁体。11、控制绕组A。12、转子铁心A。
具体实施方式
如图1所示，定子圆盘A1、定子圆盘B3、控制绕组A11均固定在定子套筒A2内部，控制绕组A11位于定子圆盘A1与定子圆盘B3之间。
定子圆盘C4、定子圆盘D6、控制绕组B9均固定在定子套筒B5内部，控制绕组B9位于定子圆盘C4与定子圆盘D6之间。
永磁体10位于定子套筒A2与定子套筒B5之间，永磁体10左端面与定子套筒A2右端面接触，永磁体10右端面与定子套筒B5左端面接触。
转子铁心A12、转子铁心B8均套装在主轴7外部，其内端面均与主轴7的外端面接触。转子铁心A12位于定子圆盘A1和定子圆盘B3之间，，转子铁心B8位于定子圆盘C4和定子圆盘D6之间。
定子圆盘A1内端面与主轴7外端面之间、定子圆盘A1右端面与转子铁心A12左端面之间、控制绕组A11内端面与转子铁心A12外端面之间、定子圆盘B3内端面与主轴7外端面之间、定子圆盘B3左端面与转子铁心A12右端面之间、定子圆盘C4内端面与主轴7外端面之间、定子圆盘C4右端面与转子铁心B8左端面之间、控制绕组B9内端面与转子铁心B8 外端面之间、定子圆盘D6内端面与主轴7外端面之间、定子圆盘D6左端面与转子铁心B8右端面之间均存在气隙。
本实用新型利用永磁体10在定子圆盘A1右端面与转子铁心A12左端面之间、定子圆盘B3左端面与转子铁心A12右端面之间、定子圆盘C4右端面与转子铁心B8左端面之间、定子圆盘D6左端面与转子铁心B8右端面之间的气隙中建立偏置磁场；利用控制绕组A11在定子圆盘A1右端面与转子铁心A12左端面之间、定子圆盘B3左端面与转子铁心A12右端面之间的气隙中建立控制磁场；利用控制绕组B9在定子圆盘C4右端面与转子铁心B8左端面之间、定子圆盘D6左端面与转子铁心B8右端面之间的气隙中建立控制磁场，利用定子圆盘A1、定子圆盘B3与转子铁心A12之间的相互作用，定子圆盘C4、定子圆盘D6与转子铁心B8之间的相互作用实现转子轴向自由度的主动悬浮。
Claims (4)
1.一种永磁偏置型轴向磁悬浮轴承，其特征在于包括：
定子套筒A（2），其内左右两侧分别设置有定子圆盘A（1）和定子圆盘B（3）；
定子套筒B（5），其内左右两侧分别设置有定子圆盘C（4）和定子圆盘D（6）；
控制绕组A（11），安装在定子套筒A（2）的内壁上，位于定子圆盘A（1）与定子圆盘B（3）之间；
控制绕组B（9），安装在定子套筒B（5）的内壁上，位于定子圆盘A（1）与定子圆盘B（3）之间；
永磁体（10），安装在定子套筒A（2）与定子套筒B（5）之间；
主轴（7），其上安装有转子铁心A（12）和转子铁心B（8），转子铁心A（12）位于定子圆盘A（1）和定子圆盘B（3）之间，转子铁心B（8）位于定子圆盘C（4）和定子圆盘D（6）之间。
2.如权利要求1所述的永磁偏置型轴向磁悬浮轴承，其特征在于：定子圆盘A（1）内端面与主轴（7）外端面之间、定子圆盘A（1）右端面与转子铁心A（12）左端面之间、控制绕组A（11）内端面与转子铁心A（12）外端面之间、定子圆盘B（5）内端面与主轴（7）外端面之间、定子圆盘B（5）左端面与转子铁心A（12）右端面之间、定子圆盘C（4）内端面与主轴（7）外端面之间、定子圆盘C（4）右端面与转子铁心B（8）左端面之间、控制绕组B（9）内端面与转子铁心B（8）外端面之间、定子圆盘D（6）内端面与主轴（7）外端面之间、定子圆盘D（6）左端面与转子铁心B（8）右端面之间均留有气隙。
3.如权利要求2所述的永磁偏置型轴向磁悬浮轴承，其特征在于：定子圆盘A（1）右端面与转子铁心A（12）左端面之间、定子圆盘B（5）左端面与转子铁心A（12）右端面之间、定子圆盘C（4）右端面与转子铁心B（8）左端面之间、定子圆盘D（6）左端面与转子铁心B（8）右端面之间气隙的宽度在0.3~1.5mm之间。
4.如权利要求2所述的永磁偏置型轴向磁悬浮轴承，其特征在于：定子圆盘A（1）内端面与主轴（7）外端面之间、控制绕组A（11）内端面与转子铁心A（12）外端面之间、定子圆盘B（5）内端面与主轴（7）外端面之间、定子圆盘C（4）内端面与主轴（7）外端面之间、定子圆盘D（6）内端面与主轴（7）外端面之间气隙的宽度在1~3mm之间。
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