[發明專利]一種具有容錯功能的兩氣隙外轉子徑向混合磁軸承

有效

• 申請號: 201010226317.9
• 申請日: 2010-07-09
• 公開（公告）號: CN101881302A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 蔣濤
• 申請（專利權）人: 北京奇峰聚能科技有限公司
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04;H01F7/02
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種非接觸混合式磁懸浮軸承，特別是涉及一種具有容錯功能的兩氣隙永磁偏置外轉子徑向混合磁軸承。

背景技術

當前磁懸浮軸承分為純電磁式和永磁偏置加電磁控制的混合式磁懸浮軸承，前者使用電流大、功耗大，永磁偏置加電磁控制的混合式磁懸浮軸承，電磁磁場提供輔助的調節承載力，永磁體產生的磁場承擔主要的承載力，具有降低功率放大器損耗，減少電磁鐵安匝數，縮小磁軸承的體積和重量等優點，所以永磁偏置混合磁懸浮軸承得到了廣泛的應用。在航空等要求高可靠性的領域，為了提高磁懸浮軸承系統的可靠性，要求具有容錯功能，而目前具有容錯功能的磁懸浮軸承多為純電磁式，其結構示意圖如圖1所示，在具有容錯功能的徑向磁軸承上用了6個線圈，其中每3個不相鄰的磁極和線圈組成一個徑向磁懸浮軸承，此結構的徑向磁懸浮軸承相當于領個徑向磁懸浮軸承同時工作，當其中一個出現故障時，另一個軸承仍可以正常工作。這種結構的徑向磁軸承通過電流產生靜態偏置磁場，功耗多、體積和重量大等缺點。另外有一種具有容錯功能的永磁偏置徑向磁軸承(專利號：200710063271.1)，但是由于電磁磁路在X方向和Y方向上存在著嚴重的耦合，故會使得磁軸承的控制難度加大，并且磁軸承定轉子之間氣隙的磁密波動較大，從而增大了磁軸承的旋轉功耗。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種具有容錯功能的兩氣隙外轉子徑向混合磁軸承，與現有容錯功能的徑向磁軸承相比，其體積小、重量輕且功耗低，易于控制以及可靠性能高等優點。

本發明的技術解決方案是：一種具有容錯功能的兩氣隙外轉子徑向混合磁軸承，包括外導磁環、左轉子鐵芯、右轉子鐵芯、左定子鐵芯、右定子鐵芯、激磁線圈、左導磁體、右導磁體、永磁體和定子隔磁體，左轉子鐵芯和右轉子鐵芯與外導磁環相連，左定子鐵芯和右定子鐵芯的徑向外部分別是左轉子鐵芯和右轉子鐵芯，定子鐵芯外表面與轉子鐵芯內表面之間形成第一類氣隙，左定子鐵芯和右定子鐵芯內部分別與左導磁體和右導磁體相連，永磁體嵌于左導磁體和右導磁體之間，并且在永磁體的徑向兩側形成第二類氣隙，左定子鐵芯和右定子鐵芯共組成16個磁極，定子鐵芯磁極均為極靴形式，左定子鐵芯的8個磁極和右定子鐵芯的8個磁極沿圓周均勻分布，定子鐵芯磁極之間通過定子隔磁體相連，左定子鐵芯互不相鄰的4個磁極與右定子鐵芯互不相鄰的4個磁極以及它們上面繞有的線圈共同組成了兩組定子磁極，兩組磁極互為冗余，當一組磁極發生故障時，另一組磁極可以正常工作。

所述定子鐵芯磁極極靴在圓周方向上的兩個定子極靴之間的距離為定轉子之間第一類氣隙的5倍～10倍，定子極靴的極尖角為10～30度；所述第二類氣隙長度在其截面積與第一類氣隙截面積相等時為大于2倍第一氣隙長度；所述的永磁體采用稀土永磁材料或鐵氧體永磁材料或釹鐵硼永磁材料制成。

本發明提供的一種具有容錯功能的兩氣隙外轉子徑向混合磁軸承，永磁體給磁軸承提供的永磁偏置磁場，承擔磁軸承所受的徑向力，激磁線圈所產生的磁場其調節作用，用來改變相鄰兩個定子鐵芯磁極方向上磁場的強弱，并使得轉子得到無接觸支撐。左定子鐵芯和右定子鐵芯共組成16個磁極，左定子鐵芯的8個磁極和右定子鐵芯的8個磁極沿圓周均勻分布，每個磁極上繞有激磁線圈，左右定子鐵芯由隔磁體隔開，左定子鐵芯互不相鄰的4個磁極與右定子鐵芯互不相鄰的4個磁極以及它們上面繞有的線圈共同組成了兩組定子磁極，這樣整個裝置共組成了兩個永磁偏置外轉子徑向磁軸承，可以實現容錯功能。當其中一個徑向磁軸承正常工作時，另一個徑向磁軸承的激磁線圈不通電流，作為備用磁軸承。以其中一個徑向磁軸承為例，闡述其永磁磁路與電磁磁路。

如圖2所示，實線表示永磁磁路：磁通從永磁體N極出發，通過右導磁體、右定子鐵芯、第一類氣隙、右轉子鐵芯、外導磁環、左轉子鐵芯、第一類氣隙、左定子鐵芯和左導磁體，回到永磁體的S極，構成徑向磁軸承的永磁磁路，在氣隙中產生永磁偏置磁場。虛線表示電磁磁路(以+Y方向線圈通電為例予以說明)：磁通由右定子鐵芯的定子磁極，沿徑向通過第一類氣隙、右轉子鐵芯，外導磁環，左轉子鐵芯、第一類氣隙，左定子鐵芯、左導磁體、第二類氣隙回到右定子鐵芯形成閉合磁回路，如圖2中虛線所示，當-Y方向線圈通電時磁路與之相同。