[發明專利]一種兩氣隙混合式外轉子徑向磁軸承

有效

• 申請號: 201010226324.9
• 申請日: 2010-07-09
• 公開（公告）號: CN101886668A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 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
• 代理公司: 暫無信息
• 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，特別是涉及一種兩氣隙混合式外轉子徑向磁軸承。

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，因而這種承載可減小控制電流，降低損耗。目前在混合式磁懸浮軸承領域，主要有以下幾種結構：

其一，在電磁磁路上放置永磁體，這樣控制線圈所產生的磁通要穿過永磁體，由于永磁體磁阻很大，因而控制線圈要產生一定的電磁磁通需要較大的激磁電流，這將會增加軸承的功耗；

其二，如圖1所示，將永磁體直接與定子疊片鐵芯相連，這樣永磁磁路在垂直穿過定子鐵芯時會損失過多的磁動勢，因而會大大削減永磁體對轉子的吸力；

其三，將永磁體通過導磁環與疊片鐵芯相連，電磁磁路經過疊片鐵芯形成回路，這樣永磁磁動勢不會再疊片鐵芯中產生損失，同時電勵磁磁路也不會經過永磁體本身，但是這種結構的徑向磁軸承其永磁磁路所在平面與電勵磁磁路所在平面相互垂直，因而會導致軸向長度較長，故不能滿足要求小體積、輕重量的應用場合。如圖2所示的永磁偏置徑向磁軸承結構(中國專利申請號：2005100862233.5)，其永磁磁路與電磁磁路互相平行，可以做到軸向長度短，但是這種結構的徑向磁軸承為8個定子鐵芯磁極結構，并且在氣隙圓周存在磁場的交變，從而引起高轉速下的渦流損耗。專利一種小體積低功耗永磁偏置外轉子徑向磁軸承(中國專利申請號：200510086831.6)中，所述結構雖然可以實現減輕重量，但是由于其氣隙磁場在圓周方向上仍然存在磁密大小的波動，因此會導致轉子在高速旋轉時產生較大的渦流損耗，難以滿足航天對功耗的要求。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種兩氣隙混合式外轉子徑向磁軸承，體積小、重量輕且功耗低，易加工等優點。

本發明的技術解決方案是：一種兩氣隙混合式外轉子徑向磁軸承，包括定子鐵芯、永磁體、轉子鐵芯和勵磁線圈，4個定子鐵芯磁極均布于圓周上，4個永磁體間隔嵌于相鄰兩個定子鐵芯磁極之間，并在定子圓周上呈90度放置，4個定子鐵芯磁極為極靴結構，并沿+X、-X、+Y和-Y方向分布，并且其周圍繞制有激磁線圈，定子鐵芯磁極外表面與轉子鐵芯內表面之間形成第一類氣隙，永磁體與定子鐵心之間形成第二類氣隙。

所述相鄰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，極尖角為10～30度；所述的第二類氣隙長度在其截面積與第一類氣隙截面積相等時大于定轉子之間第一類氣隙長度的2倍；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。

本發明提供的一種兩氣隙混合式外轉子徑向磁軸承，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，電磁線圈所產生的磁場起調節作用，用來改變相對兩個定子鐵芯磁極方向上磁場的強弱，保持第一類氣隙的均勻，并使得轉子得到無接觸支撐。如圖3所示，虛線表示永磁磁路：磁通從永磁體N極出發，通過該永磁體相鄰的一個定子鐵芯磁極，經第一類氣隙，沿轉子鐵芯，再經第一類氣隙，永磁體相鄰的另一定子鐵芯磁極，回到永磁體S極，形成磁懸浮軸承的主磁路。實線表示電磁磁路：電磁磁通從定子鐵芯磁極出發，分兩路經第二類氣隙，通過該定子鐵芯磁極相鄰的定子鐵芯磁極后，經第一類氣隙，沿轉子鐵芯，再經第一類氣隙，回到該定子鐵芯磁極，構成閉合的電磁磁路。從電磁磁路可以知道，電磁磁路不通過永磁體內部，減小了電磁磁路的磁阻，降低了激磁電流，從而降低了軸承的功耗，同時又使得永磁磁路在任一徑向截面內與電磁磁路共面，減小了軸向尺寸，并且定子鐵芯磁極只需要四個，因而大大減小了磁軸承的重量和體積，定子鐵芯采用極靴形式可減小高速下軸承的旋轉功耗。

本發明與現有技術的優點在于：本發明提供的一種兩氣隙混合式外轉子徑向磁軸承，采用永磁磁場作為偏置磁場，相比傳統的電磁軸承，消除了線圈中的偏置電流，降低了繞組的銅耗，因此軸承的功耗低。本發明所述的兩氣隙混合式外轉子磁軸承，其永磁磁路與電磁磁路在任一徑向截面內共面，相比現有的永磁偏置磁軸承，有效減小了磁軸承的軸向尺寸，并且該磁軸承僅需四個定子鐵芯磁極，線圈數也可以相應減少，因此可以進一步減小磁軸承的體積。由于定子鐵心采用極靴形式，因此可以降低徑向磁軸承定轉子之間氣隙的磁密波動，從而有效降低磁軸承的旋轉功耗，極尖角保持一定角度，可使定子鐵芯各部分磁密均勻且不致飽和。

附圖說明

圖1一種現有永磁偏置混合徑向磁軸承截面圖。