專利名稱：永磁偏置徑向磁軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的永磁偏置徑向磁軸承屬磁軸承中的混合磁軸承。
背景技術(shù)：
目前，磁軸承按照磁力提供的方式分為以下幾種第一種是主動(dòng)磁軸承，這種磁軸承線圈中存在偏置電流，以提供偏置磁場(chǎng)，由控制電流流經(jīng)控制繞組產(chǎn)生的控制磁通與偏置磁通進(jìn)行疊加，從而產(chǎn)生可控的懸浮力。其剛度大，可以精密控制，但是體積、重量和功耗都比較大。第二種是被動(dòng)磁軸承，這種磁軸承的懸浮力完全由永磁體提供，其所需的控制器簡(jiǎn)單，懸浮功耗小，但是剛度和阻尼都較小，一般運(yùn)用于僅在一個(gè)方向上支撐物體或者是減輕作用在傳統(tǒng)軸承上的負(fù)荷，屬于被動(dòng)磁軸承的高溫超導(dǎo)磁軸承由于超導(dǎo)體的抗磁性，采用永久磁鐵即可得到穩(wěn)定的懸浮，但是由于受到高溫超導(dǎo)材料研究現(xiàn)狀的限制，目前使用價(jià)值不大。第三種是混合磁軸承，這種磁軸承采用永磁材料替代主動(dòng)磁軸承中的電磁鐵來(lái)產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)，電磁鐵提供的只是平衡負(fù)載或干擾的控制磁場(chǎng)，大大降低了因偏置電流產(chǎn)生的功率損耗，電磁鐵所需的安匝數(shù)只是主動(dòng)磁軸承的一半，縮小了磁軸承的體積，減輕了其重量，并提高了承載能力。
目前國(guó)際上研究的永磁偏置徑向磁軸承結(jié)構(gòu)形式分為異極性和同極性結(jié)構(gòu)，異極性結(jié)構(gòu)軸向長(zhǎng)度可以做得較短，但是會(huì)產(chǎn)生磁滯損耗，而同極性的結(jié)構(gòu)的磁軸承磁滯損耗大大減小，但是普通同極性結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所需控制線包多，占用的軸向空間較大，不利于轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，占用軸向空間小的同極性永磁偏置徑向磁軸承。
本發(fā)明的永磁偏置徑向磁軸承，包括一個(gè)徑向定子，徑向充磁的環(huán)形永磁體貼裝在徑向定子外部的中間位置，外部磁極鐵心套裝在徑向定子的外圓上，其中間的內(nèi)端面與環(huán)形永磁體接觸和套有轉(zhuǎn)子鐵心的轉(zhuǎn)子，其中徑向定子為兩對(duì)極結(jié)構(gòu)，定子齒上繞有控制繞組，相對(duì)兩個(gè)齒上的繞組串聯(lián)相接，產(chǎn)生方向一致的控制磁通。其基本工作原理(以水平方向?yàn)槔?是當(dāng)轉(zhuǎn)子位于中間位置，即平衡位置時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，環(huán)形永磁體產(chǎn)生的磁通在轉(zhuǎn)子右面的氣隙和左面的氣隙處是相等的，此時(shí)左右吸力相等。如果在此時(shí)轉(zhuǎn)子受到一個(gè)向右的外擾力，轉(zhuǎn)子就會(huì)偏離平衡位置向右運(yùn)動(dòng)，造成環(huán)形永磁體產(chǎn)生的左右氣隙的磁通變化，即左面的氣隙增大，磁通減小；右面的氣隙減小，磁通增大。由于磁場(chǎng)吸力與磁通的平方成正比，因此左邊的吸力小于右邊的吸力，在加入控制磁通前，轉(zhuǎn)子將無(wú)法回到平衡位置。此時(shí)位移傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)子偏離其參考位置的位移量，控制器將這一位移信號(hào)變換成控制信號(hào)，功率放大器又將此控制信號(hào)變換成控制電流，這個(gè)電流流經(jīng)電磁線圈繞組使鐵心內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)電磁磁通，這個(gè)電磁磁通與氣隙中的永磁磁通疊加，使轉(zhuǎn)子左面氣隙中的磁通增加，右面氣隙中的磁通減小，產(chǎn)生一個(gè)向左的吸力，將轉(zhuǎn)子拉回平衡位置。同理，不論轉(zhuǎn)子受到向左、向右、向上或向下的外擾動(dòng)，帶位置負(fù)反饋的永磁偏置徑向磁軸承通過(guò)控制器控制勵(lì)磁繞組中的電流，調(diào)節(jié)各氣隙磁通的大小，始終能保持轉(zhuǎn)子在平衡位置。
本發(fā)明的永磁偏置徑向磁軸承，利用一個(gè)徑向充磁的環(huán)形永磁體采建立靜態(tài)偏置磁場(chǎng)，通過(guò)外部磁極鐵心、轉(zhuǎn)子鐵心和徑向定子來(lái)形成閉合磁路，只需要一個(gè)兩對(duì)極的徑向定子和4個(gè)控制繞組，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，縮小了體積和重量，并且縮短了軸向占用空間，在各種磁懸浮系統(tǒng)中都有廣闊的應(yīng)用前景，將其利用于航空航天和艦艇等領(lǐng)域則更具有重要意義。
四

圖1是永磁偏置徑向磁軸承結(jié)構(gòu)平面示意圖。
圖1中標(biāo)號(hào)名稱1、徑向定子。2、控制繞組。3、轉(zhuǎn)子鐵心。4、環(huán)形永磁體。5、外部磁極鐵心。6、轉(zhuǎn)子。
圖2是永磁偏置徑向磁軸承原理圖。
圖2中標(biāo)號(hào)名稱A與B是氣隙，單箭頭表示永磁偏置磁通，雙箭頭表示控制繞組產(chǎn)生的磁通。
五具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明的永磁偏置徑向磁軸承結(jié)構(gòu)示意圖，圖中的徑向定子1由硅鋼片疊壓而成，為兩對(duì)極結(jié)構(gòu)，在四個(gè)齒上繞有控制繞組2，相對(duì)的兩個(gè)齒上的繞組串聯(lián)相接，環(huán)形永磁體4貼裝在徑向定子1的外部的中間位置，外部磁極鐵心5和轉(zhuǎn)子鐵心3均為電工純鐵制成，外部磁極鐵心5套裝在徑向定子1外圓上，其內(nèi)端面與環(huán)形永磁體4接觸，套裝在轉(zhuǎn)子6上的轉(zhuǎn)子鐵心3置于定子1內(nèi)。環(huán)形永磁體產(chǎn)生的偏置磁通依次經(jīng)過(guò)外部磁極鐵心、氣隙A(或氣隙B)、轉(zhuǎn)子鐵心、徑向氣隙和徑向定子構(gòu)成回路，由控制繞組產(chǎn)生的控制磁通只經(jīng)過(guò)徑向氣隙，不經(jīng)過(guò)氣隙A和氣隙B。如圖2的原理圖所示。
權(quán)利要求
1.一種永磁偏置徑向磁軸承，其特征在于包括一個(gè)為兩對(duì)極結(jié)構(gòu)的徑向定子(1)，在徑向定子(1)齒上繞有控制繞組(2)，相對(duì)的兩個(gè)齒上的繞組串聯(lián)相接，環(huán)形永磁體(4)貼裝在徑向定子(1)的外部的中間位置，外部磁極鐵心(5)套裝在徑向定子(1)外圓上，其內(nèi)端面與環(huán)形永磁體(4)接觸，套裝在轉(zhuǎn)子(6)上的轉(zhuǎn)子鐵心(3)置于定子(1)內(nèi)。
全文摘要
一種永磁偏置徑向磁軸承，屬磁軸承中的混合磁軸承。包括一個(gè)徑向定子(1)、控制繞組(2)、徑向充磁的環(huán)形永磁體(4)、外部磁極鐵心(5)和套有轉(zhuǎn)子鐵心(3)的轉(zhuǎn)子(6)。這種永磁偏置徑向磁軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，軸向占用空間小在各種磁懸浮系統(tǒng)中都有廣闊的應(yīng)用前景，將其利用于航空航天和艦艇等領(lǐng)域則更具有重要意義。
文檔編號(hào)F16C32/04GK1693726SQ20051004026
公開(kāi)日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者梅磊, 鄧智泉, 王曉琳, 趙旭升 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)