CN211574038U - 径向无耦合四极混合磁轴承 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种径向无耦合四极混合磁轴承，包括定子和位于定子内圈的转子。定子由从左到右依次排列的X定子铁芯，永磁环，Y定子铁芯组成；转子包括圆柱形转子铁芯与转轴；X定子铁芯沿内圆周与+x轴和‑x轴方向对称位置均匀分布两个悬浮齿；Y定子铁芯沿内圆周与+y轴和‑y轴方向对称位置均匀分布两个悬浮齿；悬浮齿均为曲折型结构，其靠近转子铁芯一端面与所述转子铁芯圆周面弧度匹配且其与所述转子铁芯轴向宽度相同且位置正对，所述悬浮齿与转子铁芯间形成了气隙长度相等的径向气隙；四个悬浮齿上均绕制集中式径向控制绕组。本实用新型X和Y方向悬浮独立设计，实现悬浮力在X‑Y方向无耦合，控制简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种非机械接触磁轴承，特指一种径向无耦合四极混合磁轴承，可作为飞轮系统、机床电主轴、离心机等高速传动部件的无接触悬浮支承。
背景技术
磁轴承是利用定子和转子之间的电磁力将转子悬浮于空间，使定、转子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承。目前，磁轴承按照磁力提供的方式分为以下三种：（1）主动磁轴承，由偏置电流产生偏置磁场，控制电流产生的控制磁通与偏置磁通相互叠加，从而产生可控的悬浮力，该种磁轴承体积、重量和功耗都比较大；（2）被动磁轴承，悬浮力完全由永磁体提供，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；（3）混合磁轴承，是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，控制电流仅提供平衡负载或干扰的控制磁通，大大降低了磁轴承的功率损耗，缩小了磁轴承的体积，减轻其重量，并提高了承载能力。
现有的混合磁轴承结构共性都是径向所有悬浮齿在同一平面的单片结构设计，径向悬浮齿绕制控制绕组产生径向控制磁通，与相应的偏置磁通相互作用产生径向悬浮力。该结构的混合磁轴承径向两自由度悬浮在单片中实现，导致悬浮力在XY方向存在耦合，控制复杂。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种径向无耦合四极混合磁轴承结构，采用双片式结构，XY两个方向的悬浮分别由独立的定子铁芯实现，悬浮力在X-Y方向无耦合，控制简单，结构紧凑，制造与装配方便。
本实用新型通过以下技术方案实现：
一种径向无耦合四极混合磁轴承，包括定子和位于定子内圈的转子，所述定子包括从左到右依次排列的X定子铁芯、永磁环、Y定子铁芯；所述转子包括圆柱形转子铁芯与转轴，所述转轴贯穿于所述X定子铁芯、永磁环、Y定子铁芯以及转子铁芯内；所述X定子铁芯沿内圆周且与+x轴和-x轴方向对称位置均匀分布两个悬浮齿；所述Y定子铁芯沿内圆周且与+y轴和-y轴方向对称位置均匀分布两个悬浮齿；所述悬浮齿均为曲折型结构，其靠近转子铁芯一端面与所述转子铁芯圆周面弧度匹配且其与所述转子铁芯轴向宽度相同且位置正对，所述悬浮齿与转子铁芯间形成了气隙长度相等的径向气隙；所述悬浮齿上均绕制集中式径向控制绕组。
进一步地，所述永磁环的外径与所述X定子铁芯、Y定子铁芯相同。
进一步地，所述X、Y定子铁芯、转子铁芯由导磁材料制成。
进一步地，所述永磁环为稀土永磁材料制成。
有益效果：
本实用新型采用双片式结构，X、Y两个方向的悬浮分别由独立的定子铁芯实现，定子铁芯上悬浮齿设计为曲折型，使其与转子铁芯共面，这样保证X与Y方向的4个悬浮齿靠近转子铁芯一端与转子铁芯位置正对，悬浮力在X-Y方向无耦合，控制简单，结构紧凑，制造与装配方便。
附图说明
图1为本实用新型一种径向无耦合四极混合磁轴承结构图和悬浮磁通图。
1-X定子铁芯，2-Y定子铁芯，3-永磁环，4-径向控制绕组，401-第一径向控制绕组，402-第二径向控制绕组，403-第三径向控制绕组，404-第四径向控制绕组，5-转子铁芯，6-转轴， 7-悬浮齿A，8-悬浮齿B，9-悬浮齿C，10-悬浮齿D，11-静态偏置磁通，12-X方向径向控制磁通，13-Y方向径向控制磁通。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行具体介绍。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
具体实施方式如图1所示，本实用新型公开的一种径向无耦合四极混合磁轴承，包括定子和位于定子内圈的转子。
定子包括由从左到右依次排列的X定子铁芯1、永磁环3、Y定子铁芯2。X定子铁芯1、永磁环3、Y定子铁芯2的外径相同，三者均为圆环，该圆环的径向厚度相同。转子包括转子铁芯5与转轴6，转子铁芯5为一圆柱形结构，其内部贯穿一个转轴6。X定子铁芯1沿内圆周均匀分布两个悬浮齿，记为悬浮齿A7和悬浮齿B8，分别与+x轴和-x轴方向对齐，即其两者连线经过X定子铁芯1圆环的圆心。Y定子铁芯2沿内圆周均匀分布两个悬浮齿，分别记为悬浮齿C9和悬浮齿D10，分别与+y轴和-y轴方向对齐，即其两者连线经过Y定子铁芯2圆环的圆心且其连线与悬浮齿A7和悬浮齿B8连线垂直。悬浮齿（悬浮齿A7、悬浮齿B8、悬浮齿C9、悬浮齿D10）均为曲折型结构，悬浮齿A7和悬浮齿B8向靠近Y定子铁芯2位置弯曲，悬浮齿C9和悬浮齿D10向靠近X定子铁芯1位置弯曲（两个定子铁芯上的悬浮齿向相对的方向弯曲），其与转子铁芯5垂直部分的左右边缘的正视投影重合，即其靠近转子铁芯5一端面与转子铁芯5圆周面弧度匹配且其与转子铁芯5轴向宽度相同且位置正对。悬浮齿靠近转子铁芯5一端与转子铁芯5间形成径向气隙长度相等。每个悬浮齿（悬浮齿A7、悬浮齿B8、悬浮齿C9、悬浮齿D10）上均绕制集中式径向控制绕组4，参见附图1，悬浮齿A7上绕制的是第二径向控制绕组402，悬浮齿B8上绕制的是第四径向控制绕组404，悬浮齿C9上绕制的是第一径向控制绕组401，悬浮齿D10上绕制的是第三径向控制绕组403。
轴向永磁环3的磁化方向为右侧N极，左侧S极，产生的静态偏置磁通11，从N极出发，通过Y定子铁芯2的轭部，Y定子铁芯2上的悬浮齿C9和悬浮齿D10，转子铁芯5，进入X定子铁芯1上的悬浮齿A7和悬浮齿B8和X定子铁芯2的轭部回到S极。
绕制在悬浮齿A7和悬浮齿B8径向控制绕组（第二径向控制绕组402、第四径向控制绕组404）产生的X方向径向控制磁通12，分别通过X定子铁芯1轭部，X定子铁芯1上的悬浮齿A7和悬浮齿B8和转子铁芯5形成闭合回路；绕制在悬浮齿C9和悬浮齿D10径向控制绕组（第一径向控制绕组401、第三径向控制绕组403）产生的Y方向径向控制磁通13，分别通过Y定子铁芯2轭部，Y定子铁芯2上的悬浮齿C9和悬浮齿D10和转子铁芯5形成闭合回路。
悬浮原理：径向由静态偏置磁通11与X方向径向控制磁通12和Y方向径向控制磁通13相互作用，使得与转子径向偏心方向相同一侧气隙磁场叠加减弱，而相反方向气隙磁场叠加增强，在转子上产生与转子偏移方向相反的力，将转子拉回径向平衡位置。
本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种径向无耦合四极混合磁轴承，包括定子和位于定子内圈的转子，其特征在于，所述定子包括从左到右依次排列的X定子铁芯、永磁环、Y定子铁芯；所述转子包括转子铁芯与转轴，所述转轴贯穿于所述X定子铁芯、永磁环、Y定子铁芯以及转子铁芯内；所述X定子铁芯沿内圆周且与+x轴和-x轴方向对称位置均匀分布两个悬浮齿；所述Y定子铁芯沿内圆周且与+y轴和-y轴方向对称位置均匀分布两个悬浮齿；所述悬浮齿均为曲折型结构，其靠近转子铁芯一端面与所述转子铁芯圆周面弧度匹配且其与所述转子铁芯轴向宽度相同且位置正对，所述悬浮齿与转子铁芯间形成了气隙长度相等的径向气隙；所述悬浮齿上均绕制集中式径向控制绕组。
2.根据权利要求1所述的径向无耦合四极混合磁轴承，其特征在于，所述永磁环的外径与所述X定子铁芯、Y定子铁芯相同。
3.根据权利要求1所述的一种径向无耦合四极混合磁轴承，其特征在于，所述X、Y定子铁芯、转子铁芯由导磁材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种径向无耦合四极混合磁轴承，其特征在于，所述永磁环为稀土永磁材料制成。
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| CN202020106062.1U CN211574038U (zh) | 2020-01-17 | 2020-01-17 | 径向无耦合四极混合磁轴承 |
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| CN111075838A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-04-28 | 淮阴工学院 | 径向无耦合四极混合磁轴承 |
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2020
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