專利名稱：主動與被動混合型磁懸浮軸承的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種主動與被動混合型磁懸浮軸承，屬于磁軸承技術領域。
背景技術：
磁軸承又稱主動磁懸浮軸承，是一種轉子與定子之間沒有機械接觸的新型高性能軸承。與傳統(tǒng)滾珠軸承、滑動軸承以及油膜軸承相比，磁懸浮軸承利用電磁力作用將轉子懸浮于空間，定轉子之間不存在機械接觸，轉子可以達到很高的運轉速度，具有機械磨損小、 能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優(yōu)點，特別適用高速、真空、超凈等特殊環(huán)境?？蓮V泛用于機械加工、渦輪機械、航空航天、石油石化、真空技術、能源、轉子動力學特性辨識與測試等領域，被公認為極有前途的新型軸承。傳統(tǒng)的磁懸浮軸承的基本結構如圖12所示，主要由定子和轉子構成，定子包括定子鐵心1和控制線圈，控制線圈繞在定子鐵心1的齒上，其主要是基于電磁鐵的工作原理， 利用定轉子之間的電磁吸引力使轉子懸浮起來的，為此需要在定子控制線圈中通入較大的電流，從而軸承消耗的電功率大，線圈的發(fā)熱嚴重；如要實現小電流產生大的懸浮力，必須要減小定轉子之間的氣隙，這就需要提高軸承的工作精度。同時，該種結構磁懸浮軸承的體積大、重量高。
發(fā)明內容
為了解決現有基于電磁鐵的工作原理的磁懸浮軸承存在的體積大、重量高、溫升大的問題，本發(fā)明提出了一種主動與被動混合型磁懸浮軸承。本發(fā)明所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承包括定子、轉子和氣隙，轉子包括轉子導磁軛筒和轉子永磁體，所述轉子導磁軛筒為圓筒形，兩個圓環(huán)形的轉子永磁體沿軸向分布套在轉子導磁軛筒的外表面，每個圓環(huán)形的轉子永磁體的充磁方向為徑向充磁，且兩個圓環(huán)形的轉子永磁體的充磁方向相反；所述定子包括定子鐵心、徑向力控制繞組和定子永磁體，定子鐵心為圓筒形，在圓筒形定子鐵心的內表面沿軸向開槽，在定子鐵心的內側形
成4η個定子齒，其中η為大于1的自然數，在第1、3........(4η-1)個定子齒的內表面，沿
軸向分布粘貼固定有兩塊瓦片形的定子永磁體，每塊定子永磁體與一個圓環(huán)形的轉子永磁體的位置相對應，并且所述定子永磁體的充磁方向與其相對的圓環(huán)形的轉子永磁體的充磁
方向相反；所述第2、4........4η個定子齒為電樞齒，每個電樞齒為雙齒結構，所述雙齒結
構是在所述電樞齒的軸向中間位置沿圓周方向開槽獲得，所述雙齒結構中的每個齒上均纏繞有一個線圈，所有電樞齒上的線圈組串聯(lián)連接形成徑向力控制繞組；在圓周上呈180° 相對的兩個齒上的兩個線圈反向串聯(lián)連接形成一套繞組。本發(fā)明所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承，還可以由多個主動與被動混合型磁懸浮軸承單元組成，每個主動與被動混合型磁懸浮軸承單元的結構相同，多個主動與被動混合型磁懸浮軸承單元同軸設置，并且所有主動與被動混合型磁懸浮軸承單元的定子的位置相對固定。
本發(fā)明所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承，通過將高性能的稀土永磁體利用于磁懸浮軸承中，在軸承的磁路中產生直流磁通偏置，可以有效地減少電勵磁的安匝數，減小軸承的體積、重量，降低軸承的損耗和溫升，提高軸承的動態(tài)響應和控制精度。
圖1是具體實施方式
一中所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承的結構示意圖； 圖2是圖1的A-A剖面圖3是圖1的B-B剖面圖4是具體實施方式
三所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承結構對應的圖1的A-A剖面圖5是具體實施方式
三所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承結構對應的圖1的B-B剖面圖6是具體實施方式
五所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承對應的圖1的A-A剖面圖； 圖7是具體實施方式
三所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承對應的圖1的B-B剖面圖； 圖8是具體實施方式
六中所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承的結構示意圖； 圖9是圖8的C-C剖面圖； 圖10是圖8的D-D剖面圖11是具體實施方式
二所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承的結構示意圖； 圖12是傳統(tǒng)的磁懸浮軸承的基本結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、本實施方式所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承包括定子、轉子和氣隙，轉子包括轉子導磁軛筒7和轉子永磁體6，所述轉子導磁軛筒7為圓筒形，兩個圓環(huán)形的轉子永磁體6沿軸向分布套在轉子導磁軛筒7的外表面，每個圓環(huán)形的轉子永磁體 6的充磁方向為徑向充磁，且兩個圓環(huán)形的轉子永磁體6的充磁方向相反；所述定子包括定子鐵心1、徑向力控制繞組和定子永磁體3，定子鐵心1為圓筒形， 在圓筒形定子鐵心1的內表面沿軸向開槽，在定子鐵心1的內側形成如個定子齒，其中η
為大于1的自然數，在第1、3........(4η-1)個定子齒的內表面，沿軸向分布粘貼固定有兩
塊瓦片形的定子永磁體3，每塊定子永磁體3與一個圓環(huán)形的轉子永磁體6的位置相對應， 并且所述定子永磁體3的充磁方向與其相對的圓環(huán)形的轉子永磁體6的充磁方向相反；所
述第2、4........4η個定子齒為電樞齒2，每個電樞齒2為雙齒結構，所述雙齒結構是在所
述電樞齒2的軸向中間位置沿圓周方向開槽獲得，所述雙齒結構中的每個齒上均纏繞有一個線圈，所有電樞齒2上的線圈組串聯(lián)連接形成徑向力控制繞組；在圓周上呈180°相對的兩個齒上的兩個線圈反向串聯(lián)連接，形成一套繞組。當η = 2時，本實施方式所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承的結構參見圖1、2 和3所示，該主動與被動混合型磁懸浮軸承的定子鐵心1內側有8個齒，在第1、3、5、7個齒的內表面，沿軸向粘貼固定有兩塊瓦片形的定子永磁體3，兩塊永磁體的充磁方向相反，所述定子永磁體3為徑向充磁或徑向平行充磁，位于軸向同一側的所有定子永磁體3的充磁
5方向均同時向內或向外；在第2、4、6、8個齒為雙齒結構，該雙齒結構是在每個齒的軸向中間位置沿圓周方向開槽獲得，這兩個齒上都繞有一個線圈，兩個線圈繞向相反，且兩個線圈串聯(lián)。以軸線為對稱，在圓周上呈180°相對的兩個或四個齒上的兩個線圈反向串聯(lián)。
具體實施方式
二、本實施方式是對具體實施方式
一所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承的進一步限定，本實施方式所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承中的轉子還包括轉子保護套9，參見圖11所示，所述轉子保護套9為筒形，并且固定套接在轉子永磁體6的外表面。本實施方式中增加的轉子保護套9采用高強度材料制作，起到保護轉子的作用。 所述轉子保護套9為薄壁圓筒，所述圓通的壁厚根據轉子的直徑以及轉速確定，一般為 0. 5-4mm。
具體實施方式
三、本實施方式是對具體實施方式
一或二所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承的進一步限定，本實施方式所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承的轉子中，在兩個圓環(huán)形的轉子永磁體6之間的轉子導磁軛筒7的外表面上，還固定有軸向充磁的圓環(huán)形轉子永磁體4，該軸向充磁的圓環(huán)形永磁體的充磁方向為由向內充磁的圓環(huán)形的轉子永磁體6指向向外充磁的圓環(huán)形的轉子永磁體6，參見圖4和圖5所示。本實施方式中，在轉子中增加了一個軸向充磁的圓環(huán)形轉子永磁體4，增加了，該軸向充磁的圓環(huán)形轉子永磁體4為軸向充磁，與原有的兩個徑向充磁的圓環(huán)形的轉子永磁體6相配合，增強了轉子所產生的磁場強度。
具體實施方式
四、本實施方式是對具體實施方式
一或二所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承的進一步限定，本實施方式所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承的定子中，位于同一個定子齒上的兩塊定子永磁體3之間的定子齒內表面上，還固定有軸向充磁的瓦片形的定子永磁體5，該軸向充磁的瓦片形的定子永磁體5的充磁方向為由向外充磁的瓦片形的定子永磁體3指向向內充磁的瓦片形的定子永磁體3，參見圖4所示。本實施方式在定子的第1、3........(4n-l)個定子齒的內表面增加了軸向充磁
的瓦片形的定子永磁體5，該軸向充磁的瓦片形的定子永磁體5與原有的兩塊徑向充磁瓦片形的定子永磁體3相組合，增加了所在定子齒端面所產生的磁場強度。
具體實施方式
五、本實施方式是對具體實施方式
一或二所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承的進一步限定，本實施方式所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承，在同一個定子齒上的兩塊定子永磁體3之間的定子鐵心1上，沿圓周方向開槽，槽中嵌放有軸向充磁的平板形定子永磁體8，該平板形定子永磁體8的充磁方向為由向外充磁的瓦片形的定子永磁體3指向向內充磁的瓦片形的定子永磁體3。參見圖6和7所示，本實施方式在定子的第1、3........(4n-l)個定子齒內表面
的兩塊定子永磁體3之間的定子鐵心1中增加了軸向充磁的平板形定子永磁體8，該平板形定子永磁體8能夠增強對應定子齒上的兩塊瓦片形的定子永磁體3所形成的磁場強度。
具體實施方式
六、本實施方式是對具體實施方式
一或二所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承的進一步限定，本實施方式所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承，在第1、
3........(4n-l)個粘有永磁體的定子齒上，還繞有軸向力控制線圈，所有的軸向力控制線
圈串聯(lián)在一起。本實施方式增加了軸向力控制線圈，通過控制軸向力控制線圈中的電流大小，進而實現控制轉子和定子之間的軸向力的大小。當η = 2時，參見圖8、9和10所示，本實施方式所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承的第1、3、5、7定子齒上粘有永磁體，還繞有軸向力控制線圈，所有的軸向力控制線圈串聯(lián)在一起。通過控制該線圈中的電流，可以控制轉子的軸向位置。本實施方式在粘有永磁體的定子齒上增加了軸向力控制線圈，通過控制該軸向力控制線圈中的電流，可以實現軸向力的控制。
具體實施方式
七、本實施方式所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承由多個主動與被動混合型磁懸浮軸承單元組成，每個主動與被動混合型磁懸浮軸承單元的結構相同，每個主動與被動混合型磁懸浮軸承單元的結構為具體實施方式
一、二、三、四、五或六所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承，多個主動與被動混合型磁懸浮軸承單元同軸設置，并且所有主動與被動混合型磁懸浮軸承單元的定子的位置相對固定。本實施方式所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承由多磁懸浮軸承單元并聯(lián)組成， 增大懸浮力，更適合于需要大懸浮力的場合。本發(fā)明所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承的結構不局限于上述各實施方式所述的結構，還可以是上述各實施方式所述技術特征的合理組合。
權利要求
1.主動與被動混合型磁懸浮軸承，它包括定子、轉子和氣隙，其特征在于，轉子包括轉子導磁軛筒(7)和轉子永磁體(6)，所述轉子導磁軛筒(7)為圓筒形，兩個圓環(huán)形的轉子永磁體(6)沿軸向分布套在轉子導磁軛筒(7)的外表面，每個圓環(huán)形的轉子永磁體(6)的充磁方向為徑向充磁，且兩個圓環(huán)形的轉子永磁體(6)的充磁方向相反；所述定子包括定子鐵心(1)、徑向力控制繞組和定子永磁體(3)，定子鐵心(1)為圓筒形，在圓筒形定子鐵心(1)的內表面沿軸向開槽，在定子鐵心(1)的內側形成如個定子齒，其中η為大于1的自然數，在第1、3........(4η-1)個定子齒的內表面，沿軸向分布粘貼固定有兩塊瓦片形的定子永磁體(3)，每塊定子永磁體C3)與一個圓環(huán)形的轉子永磁體(6) 的位置相對應，并且所述定子永磁體(3)的充磁方向與其相對的圓環(huán)形的轉子永磁體(6)的充磁方向相反；所述第2、4........如個定子齒為電樞齒0)，每個電樞齒O)為雙齒結構，所述雙齒結構是在所述電樞齒O)的軸向中間位置沿圓周方向開槽獲得，所述雙齒結構中的每個齒上均纏繞有一個線圈，所有電樞齒(2)上的線圈組串聯(lián)連接形成徑向力控制繞組；在圓周上呈180°相對的兩個齒上的兩個線圈反向串聯(lián)連接形成一套繞組。
2.根據權利要求1所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承，其特征在于，它還包括轉子保護套(9)，所述轉子保護套(9)為筒形，并且固定套接在轉子永磁體(6)的外表面。
3.根據權利要求1所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承，其特征在于所述轉子中，在兩個圓環(huán)形的轉子永磁體(6)之間的轉子導磁軛筒(7)的外表面上，還固定有軸向充磁的圓環(huán)形轉子永磁體G)，該軸向充磁的圓環(huán)形轉子永磁體的充磁方向為由向內充磁的圓環(huán)形的轉子永磁體(6)指向向外充磁的圓環(huán)形的轉子永磁體(6)。
4.根據權利要求1所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承，其特征在于所述定子中，位于同一個定子齒上的兩塊定子永磁體C3)之間的定子齒內表面上，還固定有軸向充磁的瓦片形的定子永磁體(5)，該軸向充磁的瓦片形的定子永磁體(5)的充磁方向為由向外充磁的瓦片形的定子永磁體(3)指向向內充磁的瓦片形的定子永磁體(3)。
5.根據權利要求1所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承，其特征在于，在同一個定子齒上的兩塊定子永磁體C3)之間的定子鐵心(1)上，沿圓周方向開槽，槽中嵌放有軸向充磁的平板形定子永磁體(8)，該平板形定子永磁體(8)的充磁方向為由向外充磁的瓦片形的定子永磁體C3)指向向內充磁的瓦片形的定子永磁體(3)。
6.根據權利要求1所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承，其特征在于在第1、3........(4η-1)個粘有永磁體的定子齒上，還繞有軸向力控制線圈，所有的軸向力控制線圈串聯(lián)在一起。
7.主動與被動混合型磁懸浮軸承，其特征在于，它由多個主動與被動混合型磁懸浮軸承單元組成，每個主動與被動混合型磁懸浮軸承單元的結構相同，多個主動與被動混合型磁懸浮軸承單元同軸設置，并且所有主動與被動混合型磁懸浮軸承單元的定子的位置相對固定。
8.根據權利要求7所述的主動與被動混合型磁懸浮軸承，其特征在于，所述主動與被動混合型磁懸浮軸承單元包括定子、轉子和氣隙，其特征在于，轉子包括轉子導磁軛筒(7) 和轉子永磁體(6)，所述轉子導磁軛筒(7)為圓筒形，兩個圓環(huán)形的轉子永磁體(6)沿軸向分布套在轉子導磁軛筒(7)的外表面，每個圓環(huán)形的轉子永磁體(6)的充磁方向為徑向充磁，且兩個圓環(huán)形的轉子永磁體(6)的充磁方向相反；所述定子包括定子鐵心(1)、徑向力控制繞組和定子永磁體(3)，定子鐵心(1)為圓筒形，在圓筒形定子鐵心(1)的內表面沿軸向開槽，在定子鐵心(1)的內側形成如個定子齒，其中η為大于1的自然數，在第1、3........(4η-1)個定子齒的內表面，沿軸向分布粘貼固定有兩塊瓦片形的定子永磁體(3)，每塊定子永磁體(3)與一個圓環(huán)形的轉子永磁體(6)的位置相對應，并且所述定子永磁體(3)的充磁方向與其相對的圓環(huán)形的轉子永磁體(6)的充磁方向相反；所述第2、4........如個定子齒為電樞齒O)，每個電樞齒O)為雙齒結構，所述雙齒結構是在所述電樞齒O)的軸向中間位置沿圓周方向開槽獲得，所述雙齒結構中的每個齒上均纏繞有一個線圈，所有電樞齒( 上的線圈組串聯(lián)連接形成徑向力控制繞組；在圓周上呈180°相對的兩個齒上的兩個線圈反向串聯(lián)連接形成一套繞組。
全文摘要
主動與被動混合型磁懸浮軸承，涉及一種主動與被動混合型磁懸浮軸承，它解決了現有磁懸浮軸承存在的體積大、重量高、溫升大的問題。本發(fā)明的兩個圓環(huán)形的轉子永磁體沿軸向分布套在轉子導磁軛筒的外表面，定子鐵心的內表面沿軸向開槽形成4n個定子齒，在第1、3、......、(4n-1)個定子齒的內表面沿軸向分布粘貼固定有兩塊瓦片形的定子永磁體，每塊定子永磁體與一個圓環(huán)形的轉子永磁體的位置相對應；所述第2、4、......、4n個定子齒為雙齒結構的電樞齒，所述雙齒結構中的每個齒上均纏繞有一個線圈，所有電樞齒上的線圈組串聯(lián)連接形成徑向力控制繞組；在圓周上呈180°相對的兩個齒上的兩個線圈反向串聯(lián)連接形成一套繞組。本發(fā)明提高了軸承的動態(tài)響應。
文檔編號F16C32/04GK102155492SQ20111012981
公開日2011年8月17日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權日2011年5月18日
發(fā)明者吳太箭, 周一恒, 寇寶泉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學