[發明專利]一種徑向兩自由度混合磁懸浮軸承

有效

• 申請號: 201611039730.8
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN107044484B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 方攸同;吳立建;鐘云龍;黃曉艷
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種徑向兩自由度混合磁懸浮軸承。轉子鐵芯同軸安裝在轉軸上，兩個定子鐵芯均呈C字形，形成中間部和經磁極臂連接在中間部兩端的兩個磁極，兩個定子鐵芯相交叉垂直放置，在兩個定子鐵芯的中間部之間通過永磁體連接，轉子鐵芯安裝在兩個定子鐵芯的磁極端處，轉子鐵芯和定子鐵芯磁極端的磁極之間留有工作氣隙，定子鐵芯兩磁極臂上均各繞有一組控制線圈，控制磁場和永磁偏置磁場在氣隙中抵消或疊加，產生承載力。本發明的磁懸浮軸承安裝在轉軸末端，轉子鐵芯在轉軸上所占的長度較小，而且徑向的尺寸也較小，可以滿足多種應用場合的工程要求。

技術領域

本發明涉及了一種磁懸浮軸承，尤其是涉及了一種徑向兩自由度混合磁懸浮軸承。

背景技術

與滾珠軸承、滑動軸承等傳統軸承相比，磁懸浮軸承定轉子之間不存在機械接觸，因而轉子可以實現高轉速，并且具有能耗低、無需潤滑、壽命長和無污染等諸多優點，在工業應用中具有廣泛的前景。

磁懸浮軸承一般可以分為三類：純電磁式的主動磁軸承、純永磁式的被動磁軸承和混合磁懸浮軸承。混合磁懸浮軸承利用永磁體產生的磁場作為靜態偏置磁場，線圈電流產生的磁場作為控制磁場，又稱為永磁偏置磁懸浮軸承。能夠降低線圈中的電流、降低功率放大器的功耗，減小軸承體積，是目前磁懸浮軸承主要的研究方向。但是現有的徑向兩自由度混合磁懸浮軸承結構設計存在一些不足：部分結構復雜，材料加工難度大；在部分結構設計中，控制電流產生的控制磁場會穿過永磁體，因而需要較大的控制電流，功耗變大，同時也會對永磁體反復進行充磁和退磁，影響永磁體的性能和可靠性；部分結構設計中，不同方向的控制磁場之間存在耦合現象，增加控制系統的復雜度，降低了軸承整體的可靠性；部分結構設計中，鐵芯硅鋼片的疊壓方向和磁場的方向相同，會增加磁路中鐵芯的磁阻，進而需要更多的永磁體和更大的控制電流，同時也會增加設計優化的難度；部分結構設計中，異極型磁懸浮軸承的直徑較大，不便于安裝，同極型磁懸浮軸承的軸向長度較長，占據了較長的一段轉子，影響系統性能。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種徑向兩自由度混合磁懸浮軸承，能夠克服上述背景技術中的一些現有結構的不足。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明包括兩個定子鐵芯、轉子鐵芯、控制線圈和定子永磁體，兩個定子鐵芯相交叉垂直安裝，兩個定子鐵芯之間連接有永磁體，轉子鐵芯安裝在兩個定子鐵芯一端的中間并留有工作氣隙，兩個定子鐵芯均繞有控制線圈，轉子鐵芯同軸安裝在轉軸上。

所述的兩個定子鐵芯均呈C字形，形成中間部和經磁極臂連接在中間部兩端的兩個磁極，兩個定子鐵芯相交叉垂直放置，在兩個定子鐵芯的中間部之間通過永磁體連接，轉子鐵芯安裝在兩個定子鐵芯的磁極端處，轉子鐵芯和定子鐵芯磁極端的磁極之間留有工作氣隙，定子鐵芯兩磁極臂上均各繞有一組控制線圈。

同一個所述定子鐵芯中，兩磁極臂上的兩個控制線圈串聯相接，并各自磁極臂通入電流后產生的磁場方向相反，從而使得定子鐵芯具有環形的控制磁場磁路。

所述的永磁體的磁場方向與轉子鐵芯的旋轉軸向平行。

所述的轉子鐵芯和定子鐵芯均由硅鋼片疊壓而成，硅鋼片的疊壓方向均垂直于磁場方向，轉子鐵芯和定子鐵芯硅鋼片的疊壓方向相垂直。

所述的永磁體為軸向充磁，充磁方向沿兩個定子鐵芯中間部之間連接方向。

通過永磁體的充磁和兩個定子鐵芯通入電流產生磁場的配合控制磁場和永磁偏置磁場在氣隙中抵消或疊加，產生承載力。

兩個所述定子鐵芯通電電流產生的控制磁場磁路不會通過永磁體，并且兩個定子鐵芯的控制磁場磁路所在平面相垂直，如圖2所示的X、Y兩個方向的控制磁場磁路只通過對應方向的定子鐵芯，磁路相互解耦。