[發明專利]一種單自由度磁軸承

有效

• 申請號: 201410140550.3
• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN103939465A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 曾潤章;張維煜;朱熀秋
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬于電氣傳動設備領域，是一種非接觸磁懸浮軸承，特指一種單自由度磁軸承，可作為飛輪系統、機床電主軸、離心機等高速傳動部件的無接觸懸浮支承。

背景技術

混合型磁軸承由永磁體提供靜態偏磁磁通，由控制電流提供控制磁通，具有可以減小控制電流、降低功率損耗等優點。混合型的單自由度磁軸承具有結構簡單，價格相對較低的特點，相比于其它多自由度磁軸承來說，其工程實踐應用價值最高。

中國專利公開號為CN102900761A，名稱為“一種永磁偏磁軸向混合磁軸承”，在圓環形永磁體兩側設有隔磁環，但磁軸承中間部分漏磁很大，且軸向長度長，臨界轉速低，因而在飛輪系統、機床電主軸、離心機等領域應用受到了限制。中國專利公開號為CN101526107，名稱為“永磁體位于轉子上的混合型軸向磁軸承”，將永磁體裝在轉子上，裝配難，且轉子剛度低，軸向承載力小。

發明內容

為了進一步減少磁軸承的體積，降低磁軸承功耗和生產成本，提高磁軸承的工作性能，擴大磁軸承的應用領域，本發明提供一種結構合理緊湊、體積小、重量輕、功耗低、穩定性好和效率高的單自由度磁軸承。

本發明采用的技術方案是：包括轉子和永磁體，最外圍是軸向定子圓筒，軸向定子圓筒同軸套在轉子外面，軸向定子圓筒左右端各連接一個軸向定子圓盤，兩個軸向定子圓盤的外緣固定連接軸向定子圓筒內壁，兩個軸向定子圓盤的內緣與轉子之間具有間隙；在兩個軸向定子圓盤的軸向正中間位置設置徑向定子盤，徑向定子盤的外緣固定在軸向定子圓筒內壁上、內緣固定連接永磁體，永磁體與轉子之間具有徑向氣隙，永磁體徑向充磁，其N極在轉子側，S極在徑向定子盤側，提供靜態偏磁磁通；兩個軸向定子圓盤和徑向定子之間各放置一個軸向控制線圈，兩個軸向控制線圈分別由各自的開關功率放大器獨立控制，產生軸向控制磁通。

本發明與現有技術相比的有益效果是：

1、本發明采用一個徑向充磁的圓環形永磁體來建立靜態偏執磁場，在徑向定子、轉子、軸向定子盤和軸向定子圓筒之間形成閉合回路，只需要2個控制繞組，簡化了結構體積小，減輕了磁軸承的重量，縮短了軸向長度，提高了懸浮轉子的臨界轉速，特別適合用在磁懸浮飛輪等航空航天及軍事設施等領域。

2、本發明與傳統磁軸承的定子結構不同，其徑向定子結構呈圓盤狀（不帶磁極），因此該結構將位于其兩側的軸向控制線圈隔開，進而導致兩個軸向控制線圈需要分別由兩個獨立的開關功率放大器驅動，相比于傳統的兩個軸向控制線圈相互串聯且由一個功率放大器驅動的磁軸承，本發明的磁軸承具有可以根據工程需求，隨時選擇哪組線圈需要對其通電，且兩線圈之間不存在電磁耦合的優點。

3、本發明將圓環形永磁體嵌入在定子盤中間，靠近轉子一側，保證了吸力盤的剛度，提供的偏置磁場上下對稱，左右相等，當吸力盤處于中間位置時，在偏置磁場的作用下，可以實現穩定的懸浮。

4、本發明將軸向控制線圈繞制在置于兩個軸向定子圓盤之間，而磁軸承的其它部件不占用其所屬空間，可為軸向控制線圈提供足夠的空間，因此軸向承載力明顯增大，且散熱性能好。

附圖說明

圖1為本發明一種單自由度磁軸承的結構主視圖；

圖2為圖1所述一種單自由度磁軸承的磁通示意圖；

圖中：2.徑向氣隙；4.轉子；5.轉軸；6.徑向定子盤；7.永磁體；9.軸向定子圓筒；10.靜態偏磁磁通；11、12.軸向控制線圈；14.軸向控制磁通；31、32.軸向氣隙；81、82.軸向定子圓盤；

h.?軸向定子圓盤81、82的厚度；d.軸向氣隙長度。

具體實施方式

如圖1、2所示，本發明包括轉子4和永磁體7，轉子4空套在轉軸5上，由硅鋼片疊壓而成。最外圍是軸向定子圓筒9，軸向定子圓筒9同軸套在轉子4外面，在軸向定子圓筒9左端連接軸向定子圓盤81，軸向定子圓筒9右端連接軸向定子圓盤82，軸向定子圓盤81、82和軸向定子圓筒9采用電工純鐵加工而成，確保導磁性能良好，磁滯低，并盡量降低渦流損耗與磁滯損耗。軸向定子圓盤81、82的兩外端面分別與軸向定子圓筒9的左、右端面平齊。軸向定子圓盤81和軸向定子圓盤82的外緣固定連接軸向定子圓筒9內壁，軸向定子圓盤81和軸向定子圓盤82的內緣與轉子4之間具有間隙。兩個軸向定子圓盤81、82和軸向定子圓筒9作為磁軸承的外殼，采用螺釘將軸向定子圓盤81、82和軸向定子圓筒9連接，用以固定整個磁軸承。