[發明專利]新結構交叉齒四極混合磁軸承

在審

• 申請號: 202010055283.5
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111043156A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 葉小婷;周兆雯;鮑朋;張濤;武莎莎;朱為國;魯慶;莫麗紅;丁衛紅
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 謝觀素

本發明公開一種新結構交叉齒四極混合磁軸承，包括定子、轉子。定子包括兩片控制鐵心和在兩片控制鐵心內側的軸向磁化永磁環；控制鐵心沿內圓周均勻分布四個懸浮齒，左、右側控制鐵心上的兩個懸浮齒A、B和C、D向內彎曲，每個懸浮齒上均繞制集中式控制繞組；所述轉子包括左轉子鐵心、右轉子鐵心與轉軸；左側控制鐵心上懸浮齒A、B、右側控制鐵心上懸浮齒R、S與右轉子鐵心徑向共面；右控制鐵心上懸浮齒C、D、左控制鐵心上懸浮齒E、F與左轉子鐵心徑向共面。本發明由永磁環給控制鐵心提供靜態偏置磁通，徑向控制繞組通電產生的徑向控制磁通僅在各自的控制鐵心內形成閉合路徑，x?y方向懸浮力控制無耦合，徑向懸浮力大，控制簡單。

技術領域

本發明涉及一種磁懸浮磁軸承，特指一種新結構交叉齒四極混合磁軸承，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

磁軸承是利用定子和轉子之間的電磁力將轉子懸浮于空間，使定、轉子之間沒有機械接觸的一種新型高性能軸承。目前，磁軸承按照磁力提供的方式分為以下三種：（1）主動磁軸承，由偏置電流產生偏置磁場，控制電流產生的控制磁通與偏置磁通相互疊加，從而產生可控的懸浮力，該種磁軸承體積、重量和功耗都比較大；（2）被動磁軸承，懸浮力完全由永磁體提供，所需的控制器簡單，懸浮功耗小，但是剛度和阻尼都較小，一般運用于僅在一個方向上支撐物體或者是減輕作用在傳統軸承上的負荷；（3）混合磁軸承，是采用永磁材料替代主動磁軸承中的電磁鐵來產生偏置磁場，控制電流僅提供平衡負載或干擾的控制磁通，大大降低了磁軸承的功率損耗，縮小了磁軸承的體積，減輕其重量，并提高了承載能力。

現有的混合磁軸承結構共性都是徑向所有懸浮齒在同一平面的單片結構設計，徑向懸浮齒繞制控制繞組產生徑向控制磁通，與相應的偏置磁通相互作用產生徑向懸浮力。該結構的混合磁軸承徑向兩自由度懸浮在單片中實現，特別是在轉子發生偏移時，徑向x-y方向懸浮力耦合嚴重，控制復雜。

發明內容

本發明的目的是提出一種新結構交叉齒四極混合磁軸承，采用交叉齒的特殊設計，實現x-y方向懸浮力無耦合，控制簡單，結構緊湊，制造與裝配方便且徑向懸浮力大。

本發明通過以下技術方案實現：

一種新結構交叉齒四極混合磁軸承，包括定子和位于定子內圈的轉子，所述定子包括左控制鐵心、右控制鐵心和位于兩者之間的軸向磁化的永磁環，所述轉子包括左轉子鐵心、右轉子鐵心與轉軸，所述轉軸貫穿于左、右轉子鐵心內；所述左控制鐵心沿其內圓周均勻分布四個懸浮齒，記為懸浮齒A、懸浮齒B、懸浮齒E、懸浮齒F，所述右控制鐵心上與所述左控制鐵心上懸浮齒對應位置亦均勻分布四個懸浮齒，記為懸浮齒C、懸浮齒D、懸浮齒S、懸浮齒R，每個懸浮齒上均繞制集中式控制繞組，所述懸浮齒A、懸浮齒B以及懸浮齒C、懸浮齒D均向內彎曲，所述懸浮齒A、B以及懸浮齒S、R，其靠近右轉子鐵心一端面與所述右轉子鐵心圓周面弧度匹配、與所述右轉子鐵心軸向寬度相同且位置正對；所述懸浮齒C、D以及懸浮齒E、F，其靠近左轉子鐵心一端面與所述左轉子鐵心圓周面弧度匹配、與所述左轉子鐵心軸向寬度相同且位置正對。

進一步地，所述懸浮齒A、懸浮齒B上均開有槽孔，所述懸浮齒C、懸浮齒D分別插入懸浮齒A、懸浮齒B的槽孔中形成交叉齒結構；或所述懸浮齒A、懸浮齒D上均開有槽孔，所述懸浮齒C、懸浮齒B分別插入懸浮齒A、懸浮齒D的槽孔中形成交叉齒結構；或所述懸浮齒B、懸浮齒C上均開有槽孔，所述懸浮齒A、懸浮齒D分別插入懸浮齒B、懸浮齒C的槽孔中形成交叉齒結構；或所述懸浮齒C、懸浮齒D上均開有槽孔，所述懸浮齒A、懸浮齒B分別插入懸浮齒C、懸浮齒D的槽孔中形成交叉齒結構。

進一步地，所述懸浮齒A、B、懸浮齒S、R與右轉子鐵心間形成的徑向氣隙長度與所述懸浮齒C、D、懸浮齒E、F與左轉子鐵心間形成的徑向氣隙長度相等。

進一步地，每側控制鐵心上相對的懸浮齒上控制繞組同向串聯，兩側控制鐵心上對應的懸浮齒上控制繞組反向串聯。