[發(fā)明專利]一種永磁圓柱殼體自由活塞與永磁圓環(huán)的磁路和懸浮方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710147161.7
• 申請(qǐng)日: 2017-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN108574392A
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裘根富
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 裘根富
• 主分類號(hào): H02K41/03
• 分類號(hào): H02K41/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種永磁圓柱殼體自由活塞與永磁圓環(huán)的磁路和懸浮方法，包括：永磁圓柱殼體自由活塞、永磁圓環(huán)、滾珠軸承、氣缸套和感應(yīng)線圈構(gòu)成直線發(fā)電機(jī)組件；永磁圓柱殼體自由活塞的Halbach陣列磁場(chǎng)呈現(xiàn)外周側(cè)面單邊性，永磁圓環(huán)的Halbach陣列磁場(chǎng)呈現(xiàn)內(nèi)周側(cè)面單邊性；二個(gè)永磁圓環(huán)固定在氣缸套內(nèi)，三者相同內(nèi)徑并同軸；永磁圓柱殼體自由活塞與二永磁圓環(huán)同軸布置在氣缸內(nèi)，并產(chǎn)生穩(wěn)定徑向懸浮磁力，永磁圓柱殼體自由活塞在軸向外力和徑向偏磁定位滾珠軸承的相互作用下，往復(fù)軸向移動(dòng)并懸浮于永磁圓環(huán)圓內(nèi)，對(duì)于直線發(fā)電機(jī)來說，簡(jiǎn)單又實(shí)用，也是一種創(chuàng)新。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械領(lǐng)域中的磁懸浮軸承和直線發(fā)電機(jī)的制造，具體涉及永磁圓柱殼體自由活塞與永磁圓環(huán)的磁路和懸浮方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的直線發(fā)電機(jī)自由活塞動(dòng)子，永磁體與動(dòng)子是組合構(gòu)造，在氣缸中永磁體自由活塞動(dòng)子側(cè)面壓力導(dǎo)致機(jī)械摩擦損耗，而且工作時(shí)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成能耗損失的20%左右，同時(shí)產(chǎn)生較大的噪聲和振動(dòng)，造成發(fā)電機(jī)系統(tǒng)壽命短。

常規(guī)的自由活塞采用直線滾珠軸承來減少摩擦，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、噪音大；有的采用電磁懸浮，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多點(diǎn)支撐懸浮裝備復(fù)雜，體積大和重量重，在有限的機(jī)體內(nèi)，空間十分珍貴。

常規(guī)的永磁懸浮軸承采用簡(jiǎn)單的同極相斥和異極相吸方式，浮力小，體積大，難于應(yīng)用到大型動(dòng)子結(jié)構(gòu)上，限制了永磁懸浮軸承的應(yīng)用范圍。

因而，需要一種利用相對(duì)較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)就能夠?qū)崿F(xiàn)徑向穩(wěn)定性的永磁Halbach陣列懸浮方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明利用永磁圓柱殼體自由活塞101的軸向外側(cè)面Halbach陣列的磁場(chǎng)呈現(xiàn)單邊性，永磁圓環(huán)102的Halbach陣列的軸向內(nèi)側(cè)面磁場(chǎng)呈現(xiàn)單邊性，永磁圓柱殼體自由活塞101置于二個(gè)永磁圓環(huán)102內(nèi)，永磁圓環(huán)102內(nèi)環(huán)側(cè)面陣列磁場(chǎng)與永磁圓柱殼體自由活塞101的外側(cè)面陣列磁場(chǎng)相互排斥和相吸狀態(tài)，迫使永磁圓柱殼體自由活塞101徑向懸浮起來，氣隙磁通密度呈現(xiàn)正弦分布；其中永磁圓環(huán)102陣列磁場(chǎng)的極數(shù)與永磁圓柱殼體自由活塞101懸浮區(qū)間陣列磁場(chǎng)的極數(shù)二者相等，永磁圓環(huán)102磁通密度大于相對(duì)應(yīng)的永磁圓柱殼體自由活塞101懸浮區(qū)間磁通密度。

滾珠軸承103不直接支承永磁圓柱殼體自由活塞101，并置于二永磁圓環(huán)102外則，當(dāng)永磁圓柱殼體自由活塞101懸浮永磁圓環(huán)102內(nèi)產(chǎn)生軸向偏磁時(shí)，起到定位支撐作用。

永磁Halbach陣列懸浮，具有無摩擦、無損耗、無污染、低能耗、低噪聲以及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合高速直線移動(dòng)，功率密度大，制造成本低，技術(shù)可行性高，瞬間響應(yīng)快。

永磁圓柱殼體自由活塞動(dòng)子直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率為 0-300Hz 之內(nèi)，以便適合頻率響應(yīng)特性。

本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于永磁圓柱殼體自由活塞101側(cè)向得到長(zhǎng)磁路，在該長(zhǎng)磁路中，使用配置為Halbach永磁陣列的磁路，以使陣列的排列方向上的磁通密度分布均勻與永磁圓環(huán)內(nèi)側(cè)向有Halbach永磁陣列產(chǎn)生穩(wěn)定徑向懸浮磁力。

在本說明書中，術(shù)語(yǔ)“永磁圓環(huán)單元”是指每一單元具有一個(gè)磁化方向的永磁圓環(huán)；“切向（水平）式充磁”是指磁化方向沿著永磁圓環(huán)單元壁厚割截面軸向充磁方向，即徑向的90°方向，在永磁圓環(huán)單元底面兩側(cè)分別形成 N 極和 S 極；“徑向式充磁”是指磁化方向沿著環(huán)的徑向呈輻射狀，在磁環(huán)內(nèi)外兩側(cè)分別形成 N 極和 S 極；是對(duì)永磁圓環(huán)單元輻向取向環(huán)進(jìn)行特殊的脈沖處理，使磁環(huán)的內(nèi)外兩側(cè)形成N 極和 S 極的多對(duì)極；“離散式任意角度式充磁”是指磁化方向沿著永磁圓環(huán)單元壁厚截面切向（水平）0°－180°內(nèi)任意角度，在永磁圓環(huán)單元內(nèi)外壁兩側(cè)成軸向夾角，分別形成 N 極和 S 極； “切向（水平）截面”是指沿著永磁圓環(huán)單元壁厚度割截面，分別為矩形、等邊三角形、梯形、凸形、漏斗形、碗形。