[發(fā)明專利]一種安培力徑向電磁軸承

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210095846.9
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102678746A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉延風
• 申請（專利權(quán)）人: 劉延風
• 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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電磁軸承，特別是一種利用載流導(dǎo)體在磁場中受到的安培力來對轉(zhuǎn)子或非轉(zhuǎn)動部件無接觸磁力支撐的主動電磁軸承。

現(xiàn)有技術(shù)

電磁軸承廣義上，包括電磁軸承執(zhí)行器、傳感器和控制器三部分，它由外界輸入電能量并產(chǎn)生控制力，常稱主動磁軸承，習慣上只將該電磁軸承執(zhí)行器稱為電磁軸承，它們通常是以磁鐵磁極對鐵磁材料產(chǎn)生吸力的原理來實現(xiàn)懸浮。比如中國專利號200710135188.0永磁偏置軸向徑向磁軸承、200510040267.4永磁偏置徑向磁軸承，均為吸力電磁軸承。現(xiàn)有技術(shù)的電磁軸承在其平衡位附近其執(zhí)行力ΔF_y并不僅僅是控制電流i_y的單調(diào)函數(shù)，它同時與轉(zhuǎn)子所處的位置y有關(guān)：

ΔF_y≈k_yyy+k_yii_y，式中k_yy為電磁軸承的位移剛度恒小于零；k_yi為電磁軸承的電流剛度。參見《可控磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)》虞烈著，科學出版社2003年第一版，第38頁第16行至19行。使用吸力型電磁軸承懸浮的轉(zhuǎn)子，當轉(zhuǎn)子的位移擾動過大時，其執(zhí)行力必須考慮轉(zhuǎn)子位置的影響，否則控制將失穩(wěn)。

《可控磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)》虞烈著，科學出版社2003年第一版，第252頁，9.3節(jié)，記載了轉(zhuǎn)子運動的自動平衡現(xiàn)象。《振動力學》劉延柱等編著，高等教育出版社1998年第1版，第38頁至40頁，第二章第2.2節(jié)3，論述了過臨界轉(zhuǎn)速之后，高速撓性軸轉(zhuǎn)子的自動定心現(xiàn)象。使用吸力型電磁軸承懸浮的轉(zhuǎn)子，由于在控制電流為零時徑向為負位移剛度，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的自動定心即自動平衡時難度較高。

美國專利，US6304015magneto-dynamic?bearing公開了一種被動式徑向磁軸承，它不用附加的電子電路和電源，短接的導(dǎo)體環(huán)裝在轉(zhuǎn)子上，永磁體裝在定子上，當轉(zhuǎn)子有晃動時，導(dǎo)體環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電渦流并在磁場中產(chǎn)生反作用力，其力的大小有限且不可調(diào)整。

美國專利，US5469006lorentz?force?magnetic?bearing?utilizing?closed?conductive?loops?and?selectively?controlled?electromagnets公開了與上一專利類似的短接的導(dǎo)體環(huán)在轉(zhuǎn)子上，有偏移時在磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電渦流并在磁場中產(chǎn)生反作用力的磁懸浮系統(tǒng)，不同的是它的磁場強度可控，由于產(chǎn)生作用力的能量主要還是來自轉(zhuǎn)子自身，所以還是屬被動式磁軸承，在有大擾動時有執(zhí)行力不夠強的問題。

美國專利，US4700094magnetic?suspension?system公開了一種洛倫茨力磁懸浮系統(tǒng)，設(shè)置了一個圓套筒狀的多層線圈，將它固定并置于永磁徑向磁場的氣隙中，軸向電流和周向電流產(chǎn)生軸向和x、y向的洛倫茨力實現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁懸浮。缺點是為容納集成線圈其周向氣隙較大，要使氣隙磁場磁通密度較高必須使永磁體體積很大，否則執(zhí)行力較小。

美國專利，US7537437linear?actuator，and?valve?device?and?pump?device?used?same公開了一種線性軸向執(zhí)行器，永磁體在運動體上，線圈在靜止體上，線圈有電流時運動體可被軸向驅(qū)動，它沒有徑向驅(qū)動的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種主動式電磁軸承，它由外界輸入電能并產(chǎn)生控制用執(zhí)行力，其執(zhí)行力是控制電流的單調(diào)函數(shù)，與轉(zhuǎn)子所處的位置無關(guān)。給定了控制電流，在一定的位移范圍內(nèi)，對于徑向電磁軸承，即便轉(zhuǎn)子幾何中心不在定子中心，或者轉(zhuǎn)子存在不平衡質(zhì)點趨向自動平衡時，轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心不在其幾何中心，其執(zhí)行力--電流的特性也不受影響。使得構(gòu)造磁浮系統(tǒng)只需確定傳感器的位置中心，不要求對執(zhí)行器即電磁軸承的位置中心精密對中，使安裝簡化，轉(zhuǎn)子動平衡精度的要求降低。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基本構(gòu)思是：設(shè)計一種非吸力型電磁軸承，應(yīng)用通電導(dǎo)體在磁場中受到安培力即洛倫茨力作用原理，在定子上設(shè)規(guī)定的導(dǎo)線繞組，在轉(zhuǎn)子上設(shè)置永磁體建立氣隙基礎(chǔ)磁場，其磁極的極面方向為軸向即氣隙為軸向厚度，規(guī)定的導(dǎo)線繞組處在基礎(chǔ)磁場中，當導(dǎo)線繞組流過控制電流時，便在徑向產(chǎn)生安培力實現(xiàn)可控制懸浮。

由安培力定律，其執(zhí)行力為F＝iL×B；

B為導(dǎo)線處磁場磁通密度，L導(dǎo)線繞組總長，i為導(dǎo)線控制電流。