[發明專利]具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承

無效

• 申請號: 201010230059.1
• 申請日: 2010-07-13
• 公開（公告）號: CN101886670A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 徐旸;楊國軍;符曉明;于溯源;趙雷;刁興中;張佑杰;時振剛
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04;H01F7/06
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及一種磁軸承，特別是涉及一種具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承。

背景技術

通常按照磁軸承對轉子施力的方向，將磁軸承分為徑向磁軸承和軸向磁軸承兩大類。徑向軸承又分為定子和轉子兩大部分，其中定子部分最常用的是8磁極結構，如圖1所示。8磁極的徑向磁軸承定子分為了4個具有閉合磁路的電磁鐵，每個電磁鐵控制著單個方向對轉子施加的電磁力的大小；而相對的2個電磁鐵組合則可以控制其所在自由度正反方向的電磁力大小；進一步的，由2對正交布置的4個電磁鐵組合則可以提供2個正交自由度上的力的組合，即提供在一個徑向平面內任意方向和大小的電磁力。

基于以上控制原理，徑向磁軸承的設計一般采用8磁極或4×2ⁿ(n為≥1的整數)個磁極的結構。圖1為8磁極結構，圖2中示給出了一個16磁極徑向磁軸承的結構示意圖，與8磁極徑向軸承不同的是，它是由其中每4個磁極組成一個方向電磁鐵。

當轉子在某個方向上發生與中心位置的徑向偏移時，磁軸承的控制系統根據偏移量自動計算出相應的反向電磁力大小，并將其分解為各電磁鐵上的分力，進而控制線圈上的電流大小產生相應的力將轉子拉回到中心位置。

如圖1和圖2所示的這種整體加工和整體裝配的徑向電磁鐵設計，在某些應用場合的應用會出現如下一些缺點。

1、繞線空間利用不充分。為了達到更好的勵磁效果，需要盡可能多的利用磁極3之間的空間，尤其是磁極根部的空間7，以此容納更多的線圈繞組的匝數。工藝上通常先制作一個磁極的胎具，在胎具上先將導線繞制并捆扎成形狀規整的線包，然后再裝到軸承的磁極上，并設法固定，如圖3所示。由于磁極前端的間距與磁極根部的間距不同，為了便于安裝繞組線包6，磁極根部的空間7往往得不到充分的利用。

2、各個閉合磁路之間有可能出現串擾，尤其當線圈出現匝間短路或打鐵等故障時，按勵磁線圈勵磁電流設計原本應該在相鄰磁極上形成閉合的磁路則通過別的磁極形成閉合，由于控制系統仍然依據正常工況邏輯進行電流的控制，因此各磁極上的磁場分布會發生具有不確定性的串擾，不利于故障診斷和維護。

3、當磁軸承發生機械故障需要維護或更換定子部件時，即便只是其中的一個磁極發生問題，也不得不將其進行整體的更換，造成浪費和維護成本的增加。

4、某些時候徑向磁軸承各個方向上的受力情況不同，例如轉子臥式設計時，即轉子軸線水平布置時，磁軸承上端的電磁鐵較下端的電磁鐵額外承擔了轉子的重力，而下端的電磁鐵實際上幾乎不需要提供任何承載能力，傳統的完全軸對稱磁軸承設計顯然是不科學的。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何提高徑向磁軸承繞線空間利用率，簡化磁軸承繞線工藝，降低使用和維護的成本，并且避免各種情況下電磁鐵間的相互串擾，提高故障診斷的效率，方便整個系統的維護。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種具有獨立電磁鐵結構的徑向磁軸承，其包括：

轉子；

定子，設置在所述轉子外圍；

所述定子包括外殼以及若干個獨立電磁鐵，所述若干個獨立電磁鐵間隔安裝在所述外殼上。

其中，所述獨立電磁鐵為U形。

其中，所述獨立電磁鐵由矽鋼片疊裝而成。

其中，所述獨立電磁鐵的兩個磁極間的夾角為360°/(4×2ⁿ)，其中：n為大于等于1的正整數。

其中，所述獨立電磁鐵的磁極的內圓直徑大于所述轉子的外徑。

其中，所述獨立電磁鐵的磁極的外圓與所述外殼的內圓相匹配。

其中，相鄰兩個所述獨立電磁鐵之間的間隔大于所述獨立電磁鐵的磁極與所述轉子間的間隙。

其中，所述獨立電磁鐵的磁極上設置有繞線。

其中，所述獨立電磁鐵上開設有安裝孔。

(三)有益效果

上述技術方案具有如下優點：

1、結構裝配靈活，可以根據需要做成定子半開式的結構，便于在大的軸系系統中應用；多種電磁鐵可以進行組合，例如采用不同方向電磁鐵不同間隙設計，采用兩個電磁鐵負擔重力等，對于大多數臥式轉子可以不需要下端的電磁鐵，同時可以將承擔轉子重力的上端電磁鐵做得更大。

2、各電磁鐵之間相互獨立，可以有效的避免各磁極間磁路的相互串擾，以及避免磁極和傳感器之間的信號干擾，有利于提高系統的可靠度。

3、每個獨立電磁鐵可以用于直接進行繞組下線，一般情況下可以無需額外加工胎具和設計特殊的下線工藝。