[發明專利]永磁偏置徑向磁軸承

有效

• 申請號: 202011280206.6
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112412980B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 饒俊
• 申請（專利權）人: 饒俊
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 劉寧

本發明涉及一種永磁偏置徑向磁軸承，包括轉子模塊及定子模塊，轉子模塊設置在定子模塊內側，具有徑向方向及軸向方向，定子模塊包括徑向定子、兩個第一環狀永磁鐵及兩個第一環形軟鐵，徑向定子上分別依次設置一第一環狀永磁鐵及一第一環狀軟鐵，兩個第一環狀永磁鐵及兩個第一環狀軟鐵分別關于徑向方向對稱；轉子模塊包括兩個第二環狀永磁鐵、兩個第二環形外軟鐵及第二環形內軟鐵，兩個第二環形外軟鐵沿軸向方向設置在第二環形內軟鐵的兩側，且與第二環形內軟鐵之間設置第二環狀永磁鐵，第二環狀永磁鐵與第一環狀永磁鐵在徑向方向上正對設置，且充磁方向相反，第二環狀外軟鐵與第一環形軟鐵在徑向方向上正對設置，結構簡單緊湊，易于微小型化。

技術領域

本發明涉及磁軸承技術領域，特別是涉及一種永磁偏置徑向磁軸承。

背景技術

在磁軸承技術領域，磁軸承又稱磁懸浮軸承，利用磁力作用將轉子懸浮于空氣中，以使得轉子與定子間無任何機械接觸。磁軸承與傳統的滾動軸承、滑動軸承以及油膜軸承相比，具有噪聲小、壽命長、免潤滑、無油污染等優點，特別適用于高速、真空、超凈等特殊環境中，并且在微小型化后可適用于體內植入式左心室輔助離心血液泵(人工心臟)、醫學內窺鏡、微泵、微激光掃描器等應用場合。

目前磁軸承按照偏置磁場來源可以劃分成兩類：第一類是主動磁軸承，通過設置磁軸承線圈并在磁軸承線圈中施加偏置電流用以提供偏置磁場，但是這種磁軸承體積，重量以及功耗相對較大，不適宜進行微小型化。第二類是永磁偏置磁軸承，通過設置永磁體以產生偏置磁場，而永磁偏置磁軸承按照控制模組的集成度可以大致劃分成兩種：第一種是在軸向和徑向通過獨立的磁軸承模塊實現五自由度支承，但是這種設計方式使得整個永磁偏置磁軸承的軸向尺寸較長，系統復雜度較高；第二種是將徑向和軸向磁軸承模塊整合到一起，但這種設計導致轉子結構設計復雜，定子徑向尺寸較大，軸向和側傾被動控制剛度較低，甚至接近無被動控制剛度，造成永磁偏置磁軸承的功耗較大，不適宜進行微小型化。

因此，提供一種微小型化并且結構簡單的永磁偏置徑向磁軸承顯得尤為重要。

發明內容

基于此，有必要針對上述問題，提供一種永磁偏置徑向磁軸承，該永磁偏置徑向磁軸承結構簡單緊湊可靠，易于進行微小型化。

本發明提供一種永磁偏置徑向磁軸承，包括同軸的轉子模塊及定子模塊，所述轉子模塊設置在所述定子模塊內側，具有徑向方向及軸向方向，其中：

所述定子模塊包括徑向定子、兩個第一環狀永磁鐵及兩個第一環形軟鐵，所述徑向定子相對的兩側分別依次設置一所述第一環狀永磁鐵及一第一環狀軟鐵，兩個所述第一環狀永磁鐵及兩個第一環狀軟鐵分別關于所述徑向方向對稱；

所述轉子模塊包括兩個第二環狀永磁鐵、兩個第二環形外軟鐵及第二環形內軟鐵，兩個所述第二環形外軟鐵沿所述軸向方向設置在所述第二環形內軟鐵的兩側，且與所述第二環形內軟鐵之間設置所述第二環狀永磁鐵，所述第二環狀永磁鐵與所述第一環狀永磁鐵在所述徑向方向上正對設置，且充磁方向相反，所述第二環形外軟鐵與所述第一環形軟鐵在所述徑向方向上正對設置。

上述永磁偏置徑向磁軸承，正對設置的第二環狀永磁鐵和第一環狀永磁鐵提供靜態偏置磁場，在此基礎上定子模塊和轉子模塊同軸設置使得整體結構關于軸向方向對稱，轉子軸在軸向不受力，轉子軸不受扭矩，處于軸向平衡位置。而在第二環狀永磁鐵外側設置第二環形外軟鐵、在第一環狀永磁鐵外側設置第一環狀軟鐵大大增強偏置磁場的磁場密度，并且兩組第二環狀永磁鐵和第一環狀永磁鐵所形成的兩個靜態偏置磁場磁路獨立不干涉，整體偏置磁場強度相對與傳統的將永磁鐵僅放置在定子或者轉子中的結構大大增強。由于轉子軸設置在轉子模塊內，其軸向剛度是由偏置磁場提供的被動軸向剛度、側傾剛度是由偏置磁場提供的被動側傾剛度，在偏置磁場強度較大時，使得轉子軸在軸向方向和側傾方向上產生足量的被動控制剛度，進而使得轉子定子的結構簡單緊湊可靠，易于進行微小型化。

在其中一個實施例中，正對設置的所述第一環狀永磁鐵和所述第二環狀永磁鐵在所述軸向方向上的厚度大致一致。