[發(fā)明專利]一種六極徑向-軸向混合磁軸承

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710079782.6
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106763184B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鞠金濤;朱熀秋
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 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

本發(fā)明公開一種可以同時控制徑向兩自由度和軸向自由度的六極徑向?軸向混合磁軸承，轉(zhuǎn)子外同軸套徑向定子，徑向定子外同軸套有圓環(huán)形的永磁體，永磁體外同軸套有軸向定子；徑向定子的沿圓周方向均勻布置有六個徑向磁極，每個徑向磁極上都纏繞徑向控制線圈，面對面的兩個徑向磁極上的兩個徑向控制線圈串聯(lián)且纏繞方向相同；徑向定子的軸向兩端側(cè)旁各裝有一個圓環(huán)形的軸向控制線圈，兩個軸向控制線圈串聯(lián)且纏繞方向相同；本發(fā)明的徑向定子采用六極結(jié)構(gòu)，形成三相繞組，減少了開關(guān)管數(shù)量，減小功率損耗和驅(qū)動器成本，減小徑向兩個自由度間的耦合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非接觸式磁懸浮軸承（簡稱磁軸承），特別是一種可以同時控制徑向兩自由度和軸向自由度的三自由度混合磁軸承，適用于航空航天、核能、風(fēng)力發(fā)電、生物醫(yī)學(xué)、飛輪儲能、高速電主軸以及其他工業(yè)領(lǐng)域中的各類旋轉(zhuǎn)機(jī)械的支承，屬于高速及超高速電氣傳動領(lǐng)域。

背景技術(shù)

磁軸承利用電磁力將轉(zhuǎn)子懸浮于空中，使轉(zhuǎn)子與定子間沒有接觸，具有無摩擦、無磨損、無需潤滑油、可支承轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)子位移可動態(tài)調(diào)節(jié)、回轉(zhuǎn)精度高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。磁軸承按照能控制的自由度數(shù)可以分為單自由度磁軸承（軸向磁軸承）、二自由度磁軸承（徑向磁軸承）和三自由度磁軸承（徑向-軸向磁軸承）。按照懸浮力產(chǎn)生的方式可以分為主動磁軸承（懸浮力由線圈電流產(chǎn)生）、被動磁軸承（懸浮力由永磁體產(chǎn)生）和混合磁軸承（懸浮力由永磁體和線圈電流共同產(chǎn)生）。其中混合磁軸承利用永磁體提供偏置磁通，可以減少線圈匝數(shù)、減小功率損耗、減小磁軸承體積及重量。通常徑向磁軸承都采用四極或八極結(jié)構(gòu)，并且由兩個雙極性開關(guān)功放驅(qū)動，為了減少開關(guān)管數(shù)量，降低開關(guān)功耗和驅(qū)動電路成本，采用徑向三極結(jié)構(gòu)并由一個三相逆變器驅(qū)動。中國專利申請?zhí)枮?00510040066.4的文獻(xiàn)中公開的“三自由度交直流徑向-軸向混合磁軸承及其控制方法”中，將徑向和軸向磁軸承結(jié)合成一個整體，采用一個永磁體同時提供徑向和軸向的偏置磁通，并且軸向控制磁路和徑向控制磁路之間沒有耦合，徑向采用三極結(jié)構(gòu)，由一個三相功率逆變器驅(qū)動。但是這種磁軸承存在的問題是：三極結(jié)構(gòu)其空間不對稱性和三相逆變器三相電流和為零的條件，使徑向懸浮力在磁極方向和磁極反方向的最大懸浮力不等，在設(shè)計(jì)磁軸承時必須使懸浮力最小方向滿足承載力要求，這必然導(dǎo)致磁軸承體積的增大。另外，三極不對稱結(jié)構(gòu)增加了磁軸承懸浮力與電流、位移之間的非線性，也增強(qiáng)了徑向兩個自由度之間的耦合性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有三極結(jié)構(gòu)的混合磁軸承的不足之處，本發(fā)明提出一種六極徑向-軸向混合磁軸承，以減小磁軸承體積，提高空間利用率，減少磁軸承的非線性，降低徑向兩個自由度間的耦合。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：轉(zhuǎn)子外同軸套徑向定子，徑向定子外同軸套有圓環(huán)形的永磁體，永磁體外同軸套有軸向定子；徑向定子的沿圓周方向均勻布置有六個徑向磁極，每個徑向磁極上都纏繞徑向控制線圈，面對面的兩個徑向磁極上的兩個徑向控制線圈串聯(lián)且纏繞方向相同；徑向定子的軸向兩端側(cè)旁各裝有一個圓環(huán)形的軸向控制線圈，兩個軸向控制線圈串聯(lián)且纏繞方向相同。

進(jìn)一步地，軸向定子由一個軸向定子筒、兩個軸向定子盤和兩個軸向磁極構(gòu)成，軸向定子筒的兩端各固定連接一個軸向定子盤，兩個軸向定子盤結(jié)構(gòu)相同且面對面地對稱布置，軸向定子盤的中間向?qū)γ娣较蛲钩銮蚁蜣D(zhuǎn)子的軸向兩端延伸圓環(huán)形的軸向磁極，兩個軸向磁極與轉(zhuǎn)子的軸向兩端之間對應(yīng)地留有軸向氣隙。

更進(jìn)一步地，永磁體固定鑲嵌在徑向定子的外環(huán)面和軸向定子筒的內(nèi)環(huán)面之間，軸向控制線圈纏繞在軸向定子筒的內(nèi)環(huán)面上。

與現(xiàn)有混合磁軸承相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的徑向定子采用六極結(jié)構(gòu)，形成三相繞組，采用三相全橋驅(qū)動，減少了開關(guān)管數(shù)量，減小功率損耗和驅(qū)動器成本。徑向六極結(jié)構(gòu)使磁軸承的懸浮力/位移和懸浮力/電流特性都趨于線性，并且提高了磁軸承的承載力，減小徑向兩個自由度間的耦合，解決了三極徑向-軸向混合磁軸承徑向不對稱性帶來的徑向懸浮力和控制電流間的非線性和徑向兩個自由度懸浮力間的耦合問題。本發(fā)明由永磁體與線圈共同產(chǎn)生懸浮力，減小了系統(tǒng)功耗。本發(fā)明控制更簡單、精確。

附圖說明