專利名稱：一種低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種非接觸磁懸浮軸承，特別是一種低功耗大承載力永磁偏置混 合徑向磁軸承，可作為風機、機床、車床等軸承位置與設備位置相對固定且某特定方向需提 供大承載力的機械設備中的無接觸支撐。
技術背景磁懸浮軸承分純電磁式和永磁偏置磁懸浮軸承，前者使用電流大、功耗大，永磁偏 置磁懸浮軸承利用永磁體產生的磁場承擔主要的承載力，電磁磁場提供輔助的調節(jié)力，因 而這種軸承可大大減小控制電流，降低損耗。但目前的永磁偏置徑向磁軸承結構，諸如專利 ZL2005100112718實現(xiàn)了低功耗、專利ZL2005100115307實現(xiàn)了徑向磁軸承徑向水平通道 與垂直通道的解耦，但現(xiàn)有結構采用的定子鐵心均為對稱結構，即定子鐵心的磁極為對稱 分布在水平(X)方向和垂直(Y)方向，在X方向和Y方向可以產生同等大小的偏置力，且轉 子不發(fā)生偏移時，永磁體在各個氣隙下產生的磁密大小相等，這樣當某一方向需要提供一 定承載力時，需要在這個方向的兩個線圈中通電流，使一邊氣隙磁場增強，另一邊氣隙磁場 減弱，依靠兩個氣隙中定子對轉子的吸力差來產生向外輸出的合力。而將磁懸浮軸承應用 在風機、機床等機械設備中時，由于Y方向的轉子重量很大，若使磁軸承提供足夠的力來克 服轉子重力，就需要使Y方向上下兩個氣隙的磁密絕對值相差較大，而定子磁極對稱結構 的磁軸承中永磁磁路在各氣隙中提供的磁密值大小相等，要輸出所需承載力，就要依靠電 磁磁場來對永磁磁場進行調節(jié)，這樣就會使得Y方向的線圈中電流很大。由于存在上述缺 陷，故現(xiàn)有的永磁偏置磁軸承在輸出大的承載力時存在功耗大、體積大、重量大的缺點。
發(fā)明內容本實用新型的技術解決問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種大承載力、體積 小、重量輕、功耗小的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承。本實用新型的技術解決方案是低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特 征在于由定子部分和轉子部分組成，其中轉子部分包括轉子導磁環(huán)和轉子鐵心，定子部分 為不對稱結構，由線圈、定子鐵心、定子導磁環(huán)、永磁體和不導磁定子齒組成，每個定子鐵心 有3個磁極，每個定子磁極繞有線圈，兩個定子鐵心組成磁軸承左右兩端3對磁極，分別組 成X軸正負方向及Y正方向的磁極，不導磁定子齒位于Y軸負方向，與Y軸正方向的磁極關 于X軸對稱，定子鐵心的徑向外側為定子導磁環(huán)，兩個定子導磁環(huán)之間為永磁體，定子鐵心 的徑向內側為轉子鐵心，定子鐵心和轉子鐵心之間為氣隙，轉子導磁環(huán)安裝在轉子鐵心內 部，并將左右兩端轉子鐵心連接起來，形成磁通路。不導磁定子齒對磁軸承轉子可起到保護支撐的作用，當線圈不通電時可使轉子落 在上面，且不導磁定子齒由不銹鋼、銅、鋁、鈦合金或塑料膠木中的任意一種制成。定轉子鐵心和定轉子導磁環(huán)均采用導磁性能良好的材料，如1J50、1J79、1J22、硅 鋼或非晶中的任意一種疊壓制成。[0007]永磁體為釹鐵硼或其它稀土永磁材料。氣隙為0. 15mm 0. 32mm，轉子鐵心的軸向長度比定子鐵心的軸向長度長2mm 4mm ο本實用新型的原理是永磁體置于定子中，將定子磁極設計成不對稱結構，"Y方 向定子齒不導磁，這樣永磁磁通通過外導磁環(huán)、定子鐵心、士X和+Y方向的定子磁極、磁氣 隙、轉子鐵心、內導磁環(huán)到另一端的轉子鐵心、磁氣隙、士X和+Y方向的定子磁極、定子鐵 心，形成回路。采用非對稱定子磁極結構后，當轉子在定子中心位置且線圈不通電時，永磁 磁路在水平X方向的兩個定子磁極下產生相同的氣隙磁密，這樣X方向兩個定子磁極對轉 子鐵心產生大小相同、方向相反的吸力，使軸承在X方向表現(xiàn)出的承載力為零，而永磁磁路 在Y方向僅在+Y磁極下產生氣隙磁密，在-Y方向定子齒下產生的氣隙磁密為零，這樣Y方 向只有+Y磁極對轉子產生一個+Y方向的吸力，從而使軸承在Y方向表現(xiàn)出一個向上的承 載力。采取不對稱結構的定子磁極，永磁磁通可用來提供所需的大部分承載力，而線圈電流 只是用來對承載力進行調節(jié)，而不是提供承載力的主要因素，這樣可以使軸承的承載力變 大，線圈電流減小，從而使損耗減小，軸承體積減小，質量減輕。本實用新型與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于本實用新型由于采用不對稱的定子磁極 結構，垂直Y方向只有+Y方向有定子磁極，使得永磁磁路分布不再對稱，在Y方向永磁磁路 僅在+Y磁極下產生氣隙磁密，而-Y定子齒由于采用不導磁材料，使得永磁磁路在-Y下產 生的氣隙磁密為零，這樣當轉子位于定子中心位置時，永磁產生的合力總為一個向上的力， 可以承擔大部分所需承載力，而線圈電流只是用來對氣隙磁密進行調節(jié)，以保證提供承載 力的精度，不需要靠線圈電流來提供大部分承載力。與傳統(tǒng)永磁偏置混合磁軸承相比，當某 個方向需要提供較大承載力時，本實用新型由于上下兩個方向氣隙磁密已相差較大，可提 供大的承載力，且不需要在線圈中施加大電流，從而使軸承在輸出大的承載力時具有功耗 小、體積小、重量小的優(yōu)點。

圖1為本實用新型的軸向截面圖；圖2為本實用新型的端面具體實施方式
如圖1所示，本實用新型總體由定子和轉子部分組成，轉子部分由轉子導磁環(huán)1和 轉子鐵心2組成，定子部分由線圈3、定子鐵心4、定子導磁環(huán)5、永磁體6和不導磁定子齒7 組成，每個定子鐵心4有3個磁極，每個定子磁極由定子鐵心軛及其繞在上面的定子線圈3 組成，兩個定子鐵心組成磁軸承左右兩端3對磁極，分別組成X、Y軸正負方向的磁極，定子 鐵心4的徑向外側為定子導磁環(huán)5，定子鐵心4的徑向內側為轉子鐵心2，定子鐵心4和轉 子鐵心2之間為氣隙8，轉子導磁環(huán)1安裝在轉子鐵心2內部，并將左右兩端轉子鐵心2連 接起來，形成磁通路，兩個定子導磁環(huán)5之間為永磁體6 ；不導磁定子齒7對磁軸承轉子可 起到保護支撐的作用，當線圈不通電時可使轉子落在不導磁定子齒上，故安裝磁軸承時要 使不導磁定子齒位于垂直方向，且在轉子正下方；-Y方向不導磁定子齒7不發(fā)揮電磁性能 方面的作用，由不銹鋼、銅、鋁、鈦合金或塑料膠木中的任意一種制成；氣隙8為0. 15mm 0. 32mm ；轉子鐵心2和定子鐵心4均采用導磁性能良好的材料，如1J50、1J79、1J22、硅鋼 或非晶中的任意一種制成，且必須是疊層疊壓而成，以減小鐵耗；轉子導磁環(huán)1和定子導磁 環(huán)5均采用導磁性能良好的材料，如1J50、1J79、1J22或電工純鐵中的任意一種制成，可以 采用實心的導體；永磁體(6)為釹鐵硼或其他稀土永磁材料；轉子鐵心2的軸向長度比定 子鐵心4的軸向長度長2mm 4mm。
權利要求1.低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于由定子部分和轉子部分 組成，其中轉子部分包括轉子導磁環(huán)(1)和轉子鐵心O)，定子部分為不對稱結構，由線圈(3)、定子鐵心G)、定子導磁環(huán)(5)、永磁體(6)和不導磁定子齒(7)組成，每個定子鐵心(4)有3個磁極，每個定子磁極由定子鐵心軛及其繞在上面的定子線圈C3)組成，兩個定子 鐵心組成磁軸承左右兩端3對磁極，分別組成X軸正負方向及Y正方向的磁極，不導磁定子 齒(7)位于Y軸負方向，與Y軸正方向的磁極關于X軸對稱，定子鐵心的徑向外側為定 子導磁環(huán)(5)，定子鐵心的徑向內側為轉子鐵心O)，定子鐵心(4)和轉子鐵心(2)之 間為氣隙(8)，轉子導磁環(huán)(1)安裝在轉子鐵心O)內部，并將左右兩端轉子鐵心( 連接 起來，形成磁通路，兩個定子導磁環(huán)( 之間為永磁體(6)。
2.根據(jù)權利要求1所述的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于所 述的不導磁定子齒(7)對磁軸承轉子可起到保護支撐的作用，當線圈不通電時可使轉子落 在不導磁定子齒上。
3.根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其 特征在于所述的-Y方向不導磁定子齒(7)由不銹鋼、銅、鋁、鈦合金或塑料膠木中的任意 一種制成。
4.根據(jù)權利要求1所述的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于所 述的氣隙(8)為0. 15謹 0. 32謹。
5.根據(jù)權利要求1所述的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于所 述的轉子鐵心(2)和定子鐵心(4)均采用導磁性能良好的材料，如1J50、1J79、1J22、硅鋼或 非晶中的任意一種疊壓制成。
6.根據(jù)權利要求1所述的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于所 述的轉子導磁環(huán)(1)和定子導磁環(huán)( 均采用導磁性能良好的材料，如1J50、1J79、1J22或 電工純鐵中的任意一種制成。
7.根據(jù)權利要求1所述的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于所 述的永磁體(6)為釹鐵硼或其它稀土永磁材料。
8.根據(jù)權利要求1所述的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于所 述的轉子鐵心⑵的軸向長度比定子鐵心⑷的軸向長度長2 4mm。
專利摘要一種低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于由定子和轉子組成，定子鐵心采取不對稱結構，由非對稱定子磁極組成；定子共有8個定子齒，分布在左右兩端，分別組成X、Y軸正負方向的定子齒部分，其中各端Y軸負方向的定子齒采用不導磁材料，其它定子齒采用導磁材料，這樣永磁磁路僅經(jīng)過±X和+Y方向的磁極閉合，定子鐵心的外面為兩個導磁環(huán)，兩個導磁環(huán)沿軸向將永磁體夾在中間。本實用新型使永磁磁路結構不再對稱，Y方向只有+Y磁極可以導磁，當Y方向提供承載力時，-Y的定子齒對轉子吸力為零，從而不需要+Y定子齒提供更多的力去抵消-Y的吸力，減小了Y方向的線圈電流，降低功耗，且可以在Y方向提供大的承載力。
文檔編號F16C32/04GK201925346SQ20102068616
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權日2010年12月29日
發(fā)明者蔣濤 申請人:北京奇峰聚能科技有限公司