[發明專利]一種永磁偏置混合徑向磁軸承

有效

• 申請號: 201410113316.1
• 申請日: 2014-03-25
• 公開（公告）號: CN103925292A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 吳磊濤;王東;張賢彪;蘇振中;王抗;易新強;魏錕
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04;F16C33/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝

技術領域

本發明涉及一種非接觸高性能的磁懸浮軸承，更具體地，涉及一種大承載力、低損耗的永磁偏置混合徑向磁軸承。

背景技術

主動式磁懸浮軸承有兩大類：純電勵磁磁軸承和永磁偏置混合磁軸承，前者采用電勵磁磁場作為偏置磁場，待機損耗大；混合磁軸承的永磁體提供偏置磁場，電勵磁進行調節控制，降低控制電流，減小待機損耗，是目前磁懸浮軸承主要的研究方向。但是目前的混合偏置磁軸承結構在一定程度上存在不足：有些結構電磁磁路穿過永磁體，不僅需要較大的勵磁電流，功耗較大，而且對永磁體反復充退磁，降低了永磁體的可靠性；有些結構永磁磁路與硅鋼片疊壓方向相同，在鐵心部分損失較大的磁動勢，浪費永磁體且不易提高軸承剛度；有些結構為了將永磁磁路和電勵磁磁路解耦，在永磁體位置采用輔助氣隙，若輔助氣隙過大，則電勵磁在輔助氣隙處損失較大，若輔助氣隙小，則永磁體漏磁嚴重，位移剛度線性度差；有些結構各向磁極大小不對稱，承載力方向存在各向異性，無法適用于轉子臥、立兩用的系統。

發明內容

本發明的目的在于針對現有結構存在的缺陷，提供一種結構簡單、可高速運行、無輔助氣隙并具有大承載力、低損耗的永磁偏置混合徑向磁軸承。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種永磁偏置混合徑向磁軸承，包括轉子組件和定子組件，所述定子組件包括兩個定子鐵心，每個定子鐵心磁極極靴位置布置一導磁塊，導磁塊之間嵌入有永磁體，每個定子鐵心的徑向槽內分布有纏繞各個磁極的繞組線圈；所述轉子組件包括轉軸、設置在與定子鐵心對應位置的轉子鐵心、布置在轉子鐵心軸向位置之間的導磁環；所述導磁塊與轉子鐵心之間留有工作氣隙。

優選地，所述導磁塊為圓弧，同樣地，所述永磁體為圓弧狀。

優選地，所述永磁體充磁方式采用軸向充磁，且定子鐵心的每個磁極對應的永磁體大小相同、充磁方向相同。

優選地，所述導磁環的截面積等于所述轉軸的截面積。

優選地，所述工作氣隙的大小在1mm以下。

優選地，所述每個定子鐵心的磁極數目為四個、八個或十六個，且每個磁極的形狀相同。

優選地，所述每個定子鐵心的磁極數目為四個，且每個磁極的形狀相同。

優選地，纏繞在所述定子鐵心磁極上的繞組線圈進行灌膠處理。

優選地，所述定子鐵心和轉子鐵心均由硅鋼片沿軸向疊置而成，厚度為0.2mm、0.35mm或0.5mm。

優選地，所述導磁塊和導磁環的材料均為電工純鐵；所述轉軸的材料為導磁鋼。

本發明的工作原理是：由永磁體提供磁軸承懸浮的偏置磁場，由繞組線圈產生需要的控制磁場。永磁體的磁通路徑為永磁體N極→導磁塊→工作氣隙→轉子鐵心→轉軸、導磁環→轉子鐵心→工作氣隙→導磁塊→永磁體S極。繞組線圈產生的電勵磁磁通路徑為定子鐵心極1→導磁塊→工作氣隙→轉子鐵心→工作氣隙→定子鐵心極2→定子鐵心磁軛→定子鐵心極1。永磁體和繞組線圈產生的磁場在氣隙中疊加或抵消，共同作用在轉子組件上產生承載力。

磁軸承徑向剖面的X軸或Y軸正負方向對應繞組線圈的瞬時電流方向相同，可以產生雙向電勵磁磁場，對偏置磁場調節。以徑向剖面的X軸氣隙磁場為例，當勵磁電流為正時，X軸正向氣隙處電勵磁磁場和永磁磁場方向相同，疊加后氣隙磁場增強，X軸負向氣隙處電勵磁磁場和永磁磁場方向相反，疊加后氣隙磁場減弱；當勵磁電流為負時，磁場疊加效果相反。

本發明與現有永磁偏置混合磁軸承相比，具有以下特點：

（1）電勵磁磁路不經過永磁體，不存在附加氣隙，所需電勵磁磁動勢小，電勵磁效率高，調節勵磁電流不會引起永磁體的不可逆失磁，提高系統可靠性；電勵磁和永磁磁路解耦，有利于控制系統設計；

（2）永磁體為圓弧狀，分塊放置，便于加工和安裝；

（3）由導磁鋼制成的轉軸解決了硅鋼片疊壓而成的鐵心軸向磁阻過大的問題，同時由于轉軸的磁導率小于硅鋼片，電勵磁磁路與永磁磁路在轉子鐵心處開始解耦，轉子組件部分導磁環的設置有效緩解了轉軸磁密較大的問題，有助于減小轉軸外徑，提高轉速；

（4）磁軸承整體結構對稱，徑向各個方向均能滿足承載力要求，不僅能夠滿足臥式系統承載轉子重力的要求，也可應用于立式系統，滿足不同應用場合的工程要求。

附圖說明

圖1為本發明永磁偏置混合徑向磁軸承的結構示意圖；

圖2為本發明實施例的永磁磁路示意圖；

圖3為本發明實施例的一個定子鐵心徑向剖面的電勵磁磁路示意圖；