專利名稱：一種安培力徑向電磁軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種電磁軸承，特別是ー種利用載流導(dǎo)體在磁場中受到的安培カ來對轉(zhuǎn)子或非轉(zhuǎn)動部件無接觸磁力支撐的主動電磁軸承。
現(xiàn)有技術(shù)電磁軸承廣義上，包括電磁軸承執(zhí)行器、傳感器和控制器三部分，它由外界輸入電能量并產(chǎn)生控制力，常稱主動磁軸承，習(xí)慣上只將該電磁軸承執(zhí)行器稱為電磁軸承，它們通常是以磁鐵磁極對鐵磁材料產(chǎn)生吸力的原理來實現(xiàn)懸浮。比如中國專利號200710135188. O永磁偏置軸向徑向磁軸承、200510040267. 4永磁偏置徑向磁軸承，均為吸カ電磁軸承?，F(xiàn)有 技術(shù)的電磁軸承在其平衡位附近其執(zhí)行カΛ Fy并不僅僅是控制電流iy的單調(diào)函數(shù)，它同時與轉(zhuǎn)子所處的位置I有關(guān)AFy ^ kyyy+kyiiy，式中kyy為電磁軸承的位移剛度恒小于零；kyi為電磁軸承的電流剛度。參見《可控磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)》虞烈著，科學(xué)出版社2003年第一版，第38頁第16行至19行。使用吸力型電磁軸承懸浮的轉(zhuǎn)子，當(dāng)轉(zhuǎn)子的位移擾動過大時，其執(zhí)行カ必須考慮轉(zhuǎn)子位置的影響，否則控制將失穩(wěn)?！犊煽卮艖腋∞D(zhuǎn)子系統(tǒng)》虞烈著，科學(xué)出版社2003年第一版，第252頁，9.3節(jié)，記載了轉(zhuǎn)子運動的自動平衡現(xiàn)象?！墩駝恿W(xué)》劉延柱等編著，高等教育出版社1998年第I版，第38頁至40頁，第二章第2. 2節(jié)3，論述了過臨界轉(zhuǎn)速之后，高速撓性軸轉(zhuǎn)子的自動定心現(xiàn)象。使用吸力型電磁軸承懸浮的轉(zhuǎn)子，由于在控制電流為零時徑向為負(fù)位移剛度，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的自動定心即自動平衡時難度較高。美國專利，US6304015magneto-dynamic bearing公開了一種被動式徑向磁軸承，它不用附加的電子電路和電源，短接的導(dǎo)體環(huán)裝在轉(zhuǎn)子上，永磁體裝在定子上，當(dāng)轉(zhuǎn)子有晃動時，導(dǎo)體環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電渦流并在磁場中產(chǎn)生反作用力，其力的大小有限且不可調(diào)整。美國專利，US5469006lorentzforce magnetic bearing utilizing closedconductive loops and selectively controlled electromagnets 公開 Ji 與上一專利失似的短接的導(dǎo)體環(huán)在轉(zhuǎn)子上，有偏移時在磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電渦流并在磁場中產(chǎn)生反作用力的磁懸浮系統(tǒng)，不同的是它的磁場強度可控，由于產(chǎn)生作用力的能量主要還是來自轉(zhuǎn)子自身，所以還是屬被動式磁軸承，在有大擾動時有執(zhí)行力不夠強的問題。美國專利，US4700094magnetic suspension system公開了一種洛倫茨力磁懸浮系統(tǒng)，設(shè)置了一個圓套筒狀的多層線圈，將它固定井置于永磁徑向磁場的氣隙中，軸向電流和周向電流產(chǎn)生軸向和x、y向的洛倫茨力實現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁懸浮。缺點是為容納集成線圈其周向氣隙較大，要使氣隙磁場磁通密度較高必須使永磁體體積很大，否則執(zhí)行カ較小。美國專利，US75374371inearactuator,and valve device and pump device usedsame公開了ー種線性軸向執(zhí)行器，永磁體在運動體上,線圈在靜止體上,線圈有電流時運動體可被軸向驅(qū)動，它沒有徑向驅(qū)動的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種主動式電磁軸承，它由外界輸入電能并產(chǎn)生控制用執(zhí)行力，其執(zhí)行カ是控制電流的單調(diào)函數(shù)，與轉(zhuǎn)子所處的位置無關(guān)。給定了控制電流，在一定的位移范圍內(nèi)，對于徑向電磁軸承，即便轉(zhuǎn)子幾何中心不在定子中心，或者轉(zhuǎn)子存在不平衡質(zhì)點趨向自動平衡時，轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心不在其幾何中心，其執(zhí)行カ一電流的特性也不受影響。使得構(gòu)造磁浮系統(tǒng)只需確定傳感器的位置中心，不要求對執(zhí)行器即電磁軸承的位置中心精密對中，使安裝簡化，轉(zhuǎn)子動平衡精度的要求降低。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基本構(gòu)思是設(shè)計ー種非吸力型電磁軸承，應(yīng)用通電導(dǎo)體在磁場中受到安培力即洛倫茨力作用原理，在定子上設(shè)規(guī)定的導(dǎo)線繞組，在轉(zhuǎn)子上設(shè)置永磁體建立氣隙基礎(chǔ)磁場，其磁極的極面方向為軸向即氣隙為軸向厚度，規(guī)定的導(dǎo)線繞組處在基礎(chǔ)磁場中，當(dāng)導(dǎo)線繞組流過控制電流時，便在徑向產(chǎn)生安培力實現(xiàn)可控制懸浮。
由安培力定律，其執(zhí)行カ為F = iLXB ;B為導(dǎo)線處磁場磁通密度，L導(dǎo)線繞組總長，i為導(dǎo)線控制電流。通電導(dǎo)線繞組所受的安培力方向和磁場B的方向、電流方向之間的關(guān)系，可以用左手定則來判定。結(jié)構(gòu)固定后，在磁極磁場有效范圍內(nèi)，執(zhí)行カ僅是控制電流的單調(diào)函數(shù)，與轉(zhuǎn)子的所處的位置無關(guān)，控制電流為零時カ也為零，即這時徑向的位移剛度為零。磁場方向與導(dǎo)線方向垂直。徑向電磁軸承磁極磁場方向為軸向，這與吸力型徑向電磁軸承的永磁偏置磁極磁場為徑向有明顯區(qū)別。線圈，組成導(dǎo)線繞組。在電磁軸承的定子中心沿徑向定出x、y直角坐標(biāo)系，當(dāng)傳感器感應(yīng)出位移，控制器給出控制電流時，X方向的線圈或線圈組，產(chǎn)生X向執(zhí)行カ；y方向的線圈或線圈組，產(chǎn)生y向執(zhí)行力。為實現(xiàn)本發(fā)明基本構(gòu)思的技術(shù)方案是一種安培カ徑向電磁軸承，包括永磁體、圓環(huán)磁極、線圈、轉(zhuǎn)子、定子鐵芯、工作氣隙，永磁體和圓環(huán)磁極在轉(zhuǎn)子上，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子和定子鐵芯為軸向并列，圓環(huán)磁極的環(huán)心在轉(zhuǎn)子幾何中心上，圓環(huán)磁極的極面朝向為軸向，定子鐵芯上開設(shè)線槽，線槽內(nèi)嵌卡線圈，在定子鐵芯中心沿徑向建立x、y軸直角坐標(biāo)系，線圈和線槽按X、y軸分組來設(shè)置，并且其位置偏離定子鐵芯中心，所述的線槽還具有圓弧窄槽ロ，圓弧窄槽ロ的圓弧圓心在定子鐵芯中心上，其半徑與圓環(huán)磁極相同，圓弧窄槽ロ開ロ方向也為軸向，它與圓環(huán)磁極的極面間隔工作氣隙并對齊，使線圈處在圓環(huán)磁極的磁場中，構(gòu)成了安培カ徑向電磁軸承，線圈流過控制電流吋，X方向的線圈或線圈組，給轉(zhuǎn)子產(chǎn)生X向執(zhí)行カ；y方向的線圈或線圈組，給轉(zhuǎn)子產(chǎn)生y向執(zhí)行力。本發(fā)明圓環(huán)磁極是指顯圓環(huán)狀，面對工作氣隙的磁極，以這個定義將它與個數(shù)必然是對偶數(shù)的一般意義的磁極作區(qū)分。工作氣隙是指它不僅是磁場的通路，還為實現(xiàn)本發(fā)明的意圖，將所需要的磁力在定子和轉(zhuǎn)子間通過磁場進(jìn)行傳遞。它可以為兩個圓環(huán)磁極面對工作氣隙，比如ー個是N極另ー個是S扱，半徑一大一小。兩個圓弧窄槽ロ也半徑一大一小與兩個圓環(huán)磁極的極面對齊，也就是它們的大小半徑對應(yīng)相同。當(dāng)線圈流過電流時，兩個不同半徑圓弧窄槽口下的槽內(nèi)導(dǎo)線電流流向相反，并且處在不同方向的磁場中，故它們的安培カ為合力相加。圓環(huán)磁極也可以是ー個或更多個，相同半徑的圓弧窄槽ロ與其相配，設(shè)置好圓環(huán)磁極極性和線圈電流流向，使安培力同向相加。本發(fā)明的定子鐵芯和線圈屬于定子，也可以認(rèn)為定子鐵芯或者定子鐵芯和線圈就是定子。本發(fā)明可以是兩個定子和ー個在中間的轉(zhuǎn)子顯兩側(cè)対稱的軸向排列。也可以是兩個轉(zhuǎn)子和ー個在中間的定子顯兩側(cè)對稱的軸向排列。也可以是ー個定子和ー個轉(zhuǎn)子并列。本發(fā)明的線圈和線槽還可以按各坐標(biāo)設(shè)在兩對邊，線圈匝數(shù)和尺寸相同呈完全對稱，也可以不完全相同，設(shè)計好線圈中電流的流向，使兩對邊產(chǎn)生的安培カ為合力相加。兩對邊是指位置，在坐標(biāo)的正方為ー邊，負(fù)方為另ー邊。在每個坐標(biāo)軸的位置，也可以只有一組線圈和線槽。為了線圈的安裝方便，每個定子鐵芯被按坐標(biāo)軸的位置分割，當(dāng)線圈兩對邊設(shè)置時分割成四塊。定子鐵芯的塊與塊之間，還可以設(shè)定子鐵芯搭橋，以使轉(zhuǎn)子上的圓環(huán)磁極在掠過定子鐵芯分割塊之間的空檔時，磁路磁阻不至于變化過大而影響永磁體工作點的穩(wěn)定。本發(fā)明的圓弧窄槽ロ的圓弧半徑與圓環(huán)磁極相同是指圓環(huán)磁極極面可以覆蓋圓弧窄槽ロ，兩者的中心線的半徑并不要求必須精確相同，有些差距是允許的，當(dāng)然精確相同最好。圓弧窄槽ロ的圓弧可以是拼接成整圈的圓弧也可以是分段的圓弧，圓環(huán)磁極也可以是分段的圓弧磁極拼接而成。圓弧窄槽ロ隔著氣隙與圓環(huán)磁極的磁極面對齊是指在初始，定子鐵芯中心與轉(zhuǎn)子幾何圓心處在同一軸線，有位移擾動或者執(zhí)行カ進(jìn)行控制工作吋，不 代表它們必須完全分毫不差地對準(zhǔn)齊，但圓環(huán)磁極的極面仍然覆蓋圓弧窄槽ロ。線槽的形狀構(gòu)造不作規(guī)定，只要在其ロ部包括圓弧窄槽ロ即可。本發(fā)明的圓環(huán)磁極的極面朝向為軸向和圓弧窄槽ロ開ロ方向也為軸向，并不必須是嚴(yán)格地要求與X、y平面垂直，為其它因素考慮有一些小偏角也是允許的，但該偏角應(yīng)小于45度，由此所產(chǎn)生的少許徑向負(fù)位移剛度可設(shè)永磁徑向斥力軸承來平衡，由恩紹定理可知實際上是將徑向負(fù)位移剛度轉(zhuǎn)移至軸向負(fù)位移剛度。本發(fā)明永磁體可吸合在轉(zhuǎn)子鐵芯上。永磁體、線圈個數(shù)可以是單個也可以是多個。轉(zhuǎn)子鐵芯、永磁塊或者永磁塊和轉(zhuǎn)子鐵芯的組合附屬于轉(zhuǎn)子也可以認(rèn)為它們構(gòu)成了轉(zhuǎn)子。本發(fā)明設(shè)置圓弧窄槽ロ的目的是為了流過電流時線圈產(chǎn)生的磁通設(shè)置高磁阻隔離，使該載流線圈產(chǎn)生的磁動勢在規(guī)定的區(qū)域進(jìn)入氣隙，與永磁基礎(chǔ)磁場相作用產(chǎn)生安培力。該槽ロ可以是敞開槽ロ或封閉槽ロ，以極薄的導(dǎo)磁或其它材料以高磁阻的形式使圓弧窄槽ロ呈閉ロ狀，也是圓弧窄槽ロ的范疇。本發(fā)明的圓環(huán)磁極可以就是永磁體自身的磁極，也可以是轉(zhuǎn)子鐵芯吸附在永磁體上而形成圓環(huán)磁扱。本發(fā)明安培力徑向電磁軸承的工作氣隙具有軸向基礎(chǔ)磁場，該磁場也可被用作吸力型軸向電磁軸承的偏置磁場，在定子鐵芯適當(dāng)位置開設(shè)軸控線槽，設(shè)置吸力型的軸控線圈，便可使安培力徑向電磁軸承附帶有吸力型軸向電磁軸承，兩種軸承不僅共用永磁體，而且還共用氣隙、定子鐵芯和磁極。該徑向、軸向混合電磁軸承幾乎不增加原有的單個體積，合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計可使軸向徑向之間無交互耦合影響。該徑向、軸向混合電磁軸承一般以兩個定子、兩工作氣隙和ー個在中間的轉(zhuǎn)子顯兩側(cè)対稱的軸向排列，也可以是兩個轉(zhuǎn)子、兩エ作氣隙和ー個在中間的定子顯兩側(cè)対稱的軸向排列。當(dāng)軸控線圈中有控制電流時，ー側(cè)的氣隙基礎(chǔ)磁場磁通密度變小另ー側(cè)的等量變大形成吸力差，產(chǎn)生軸向控制力。由于兩側(cè)エ作氣隙的磁通密度等量增減，所以當(dāng)有徑向擾動需徑向控制時，其徑向執(zhí)行力的合力不受影響。若先有徑向控制后有軸向控制或者兩者同時出現(xiàn)其結(jié)果也類同。徑向、軸向混合電磁軸承時，轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子鐵芯和永磁體的排布和構(gòu)造適合徑向、軸向不同性質(zhì)的電磁軸承共同使用，它們以工作時永磁體的工作點不變?yōu)樽罴?；而對于靠ー側(cè)的永磁體發(fā)出的磁通變大另一側(cè)的變小來實現(xiàn)軸向控制カ的，即永磁體的工作點可變，只要將該工作點變化限制在一定的范圍內(nèi)，永磁體不退磁也是可行的。本發(fā)明的技術(shù)方案列出了為解決本案技術(shù)問題相關(guān)的各必要技術(shù)特征及其主題名稱，作為主題一種安培カ徑向電磁軸承，本發(fā)明的技術(shù)方案在用于具體產(chǎn)品中實施吋，所需的現(xiàn)有技術(shù)可自行加入。本發(fā)明的有益效果基于安培力的徑向電磁軸承其執(zhí)行カ是控制電流的單調(diào)函數(shù)，為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡離心力所產(chǎn)生的位移振動進(jìn)行釋放不控，控制器一般內(nèi)嵌陷波器，安培力徑向電磁軸承無需像以往的吸力型徑向電磁軸承那樣必須對負(fù)位移剛度進(jìn)行歸正補償。它從本體結(jié)構(gòu)上創(chuàng)造了簡化控制器的條件，減少了控制運算時間，減少了時滯，保證高控制精度，使磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)易于實現(xiàn)自動平衡。確定了傳感器的位置中心，不要求對該電磁軸承的位置中心精密對中，簡化安裝程序，降低了轉(zhuǎn)子懸浮系統(tǒng)精度的要求。它的單位體積的有效出力大，空間利用率高，電流--カ的線性度很好，在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子應(yīng)用比如 儲能飛輪的穩(wěn)定控制中效果較好。


下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。圖I轉(zhuǎn)子的永磁體和圓環(huán)磁極的ー種構(gòu)造圖2轉(zhuǎn)子的永磁體和圓環(huán)磁極的另一種構(gòu)造圖3轉(zhuǎn)子的永磁體和圓環(huán)磁極的第三種構(gòu)造圖4轉(zhuǎn)子的永磁體和圓環(huán)磁極的第四種構(gòu)造圖5定子的一種構(gòu)造圖6定子鐵芯的一種構(gòu)造圖7定子鐵芯的另ー種構(gòu)造圖8本發(fā)明具一個圓環(huán)磁極的示意9本發(fā)明具多個圓環(huán)磁極的實施10為圖9實施例的永磁基礎(chǔ)磁通沿磁路的磁力線不意11為圖9實施例的永磁基礎(chǔ)磁通受線圈繞組磁動勢驅(qū)動后沿磁路的磁力線示意12本發(fā)明圖9實施例的力一電流關(guān)系實測曲線圖13本發(fā)明多個圓環(huán)磁極的另ー實施圖
圖14本發(fā)明徑向、軸向混合電磁軸承實施15本發(fā)明徑向、軸向混合電磁軸承另ー種實施圖
具體實施例方式圖I是轉(zhuǎn)子的永磁體和圓環(huán)磁極的ー種構(gòu)造剖面，圖示的永磁體3是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的里外兩個圓環(huán)，永磁體3自身形成了圓環(huán)磁極2，它們安裝在轉(zhuǎn)子I上，共有N、S四個圓環(huán)磁極2。圖2是轉(zhuǎn)子的永磁體和圓環(huán)磁極的另一種構(gòu)造剖面，圖示的永磁體3是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的圓環(huán)，永磁體3自身形成了ー個圓環(huán)磁極2，它安裝在轉(zhuǎn)子I上，轉(zhuǎn)子鐵芯4吸合在永磁體3上用作磁路的通道。圖3是轉(zhuǎn)子的永磁體和圓環(huán)磁極的第三種構(gòu)造剖面，圖示的永磁體3在轉(zhuǎn)子I的中間，轉(zhuǎn)子鐵芯4里外兩個圓環(huán)形成了四個圓環(huán)磁極2，它們是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的圓環(huán)。這個結(jié)構(gòu)用于本發(fā)明附設(shè)有吸カ型軸向磁軸承時永磁的工作點基本不變。圖4轉(zhuǎn)子的永磁體和圓環(huán)磁極的第四種構(gòu)造剖面，圖示的永磁體3是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的里外兩個圓環(huán)，永磁體3自身形成了兩個圓環(huán)磁極2，它們安裝在轉(zhuǎn)子I上，轉(zhuǎn)子鐵芯4吸合在永磁體3上作磁路的通道。圖5是定子的ー種構(gòu)造圖，定子6上，裝有定子鐵芯7，定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，定子鐵芯中心7-1沿徑向建立x、y軸直角坐標(biāo)系，線圈5和線槽9設(shè)置在坐標(biāo)軸上偏離定子鐵芯中心7-1的位置，每個坐標(biāo)軸有兩組線圈5和線槽9，分別設(shè)在坐標(biāo)軸的兩個對邊，兩對邊的線圈4匝數(shù)和尺寸相同呈完全對稱設(shè)置。線槽9還具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向。 為了線圈4的安裝方便，定子鐵芯7被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊。圖6是定子鐵芯的ー種構(gòu)造圖，以X、y在徑向，定子鐵芯中心7-1建立X、γ、z軸直角坐標(biāo)系，定子鐵芯7只畫出y坐標(biāo)軸上被分割的其中ー塊。定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，線槽9具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向。它還開有軸控線槽11，內(nèi)嵌軸控線圈10，該軸控線圈10的環(huán)邊跨過定子鐵芯中心7-1，該環(huán)面朝軸向即z向。圖7是定子鐵芯的另一種構(gòu)造圖，以X、y坐標(biāo)在徑向，定子鐵芯中心7-1建立X、y、z軸直角坐標(biāo)系，定子鐵芯7只畫出X坐標(biāo)軸上被分割的的其中ー塊。定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，線槽9具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向。它還開有軸控線槽11，內(nèi)嵌軸控線圈10，該軸控線圈10的環(huán)邊不跨過定子鐵芯中心7-1，環(huán)面朝徑向，在這里是面朝X向。圖8是本發(fā)明具ー個圓環(huán)磁極的剖面示意圖，包括永磁體3、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子I、定子鐵芯7、工作氣隙12，安裝在轉(zhuǎn)子I上的永磁體3是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的圓環(huán)，永磁體3自身形成了ー個圓環(huán)磁極2,所以圓環(huán)磁極2的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4吸合在永磁體3上用作磁路的通道，圓環(huán)磁極2的極面朝向為軸向。定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，這里只顯示了某一徑向軸X或y軸的線圈5和線槽9組，它們在偏離定子鐵芯中心7-1 —定距離的位置，線槽9具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環(huán)磁極2相同，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向，它與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊，使線圈5處在圓環(huán)磁極2產(chǎn)生的磁場中，構(gòu)成了安培力電磁軸承，當(dāng)線圈5中電流的流向和圓環(huán)磁極2的極性如圖所示時，圖中表示了磁路及轉(zhuǎn)子I所受的カF。在磁路中有一個大面積磁極面,面朝徑向，由此所產(chǎn)生的少許徑向負(fù)位移剛度可另設(shè)永磁徑向斥力軸承來平衡。圖9是本發(fā)明具多個圓環(huán)磁極的實施圖，它包括永磁體3、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子I、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個定子鐵芯7和一個中間的轉(zhuǎn)子I顯兩側(cè)対稱的軸向排列，安裝在轉(zhuǎn)子I上的永磁體3是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的圓環(huán)，永磁體3自身形成了圓環(huán)磁極2，所以圓環(huán)磁極2的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4吸合在永磁體3上作磁路的通道，圓環(huán)磁極2的極面朝向為軸向。兩側(cè)的定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立x、y軸直角坐標(biāo)系，為了線圈4的安裝方便，每側(cè)的定子鐵芯7被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)的線圈5和線槽9按坐標(biāo)軸分組，設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1 —定距離的位置，兩側(cè)的定子鐵芯7按每個坐標(biāo)軸各有兩組線圈5和線槽9，分別設(shè)在坐標(biāo)軸的兩個對邊，兩對邊的線圈5匝數(shù)和尺寸相同呈完全對稱設(shè)置。兩側(cè)的線槽9還具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環(huán)磁極2相同，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向，它與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊，使兩側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2的磁場中，構(gòu)成了安培カ徑向電磁軸承。圖10為圖9實施例的永磁基礎(chǔ)磁通沿磁路的磁力線示意圖，在剖面圖上，它包括永磁體3、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子I、定子鐵芯7、工作氣隙12,兩永 磁體3圓環(huán)形成圓環(huán)磁極2，它的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4吸合在永磁體3上作磁路的通道。定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)各有一組徑向的X或y軸的線圈5和線槽9設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1位置上，圓弧窄槽ロ 8與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊。磁力線從左側(cè)外N圓環(huán)磁極2出發(fā)一經(jīng)左工作氣隙12—至左側(cè)外圓弧窄槽ロ 8邊的左側(cè)定子鐵芯7—繞左側(cè)兩線槽9—至左側(cè)內(nèi)圓弧窄槽ロ 8邊一使左側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2的磁場中一再經(jīng)左工作氣隙12—至左側(cè)內(nèi)S圓環(huán)磁極2—至左側(cè)內(nèi)永磁體3—經(jīng)內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯4—至右側(cè)內(nèi)永磁體3—至右側(cè)內(nèi)N圓環(huán)磁極2—右工作氣隙12—至右側(cè)內(nèi)圓弧窄槽ロ 8邊的右側(cè)定子鐵芯7—繞右側(cè)兩線槽9—至右側(cè)外圓弧窄槽ロ 8邊一使右側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2的磁場中一再經(jīng)右工作氣隙12—至右側(cè)外S圓環(huán)磁極2—至右側(cè)外永磁體3—經(jīng)外轉(zhuǎn)子鐵芯4—至左側(cè)外永磁體3,形成永磁基礎(chǔ)磁場磁路。圖11為圖9實施例的永磁基礎(chǔ)磁通受繞組磁動勢驅(qū)動后沿磁路的磁力線示意圖，在剖面圖上，它包括永磁體3、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子I、定子鐵芯7、工作氣隙12，兩永磁體3圓環(huán)形成的圓環(huán)磁極2,它的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上,轉(zhuǎn)子鐵芯4吸合在永磁體3上作磁路的通道。定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)各有一組徑向的X或Y軸的線圈5和線槽9設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1位置上，圓弧窄槽ロ 8與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊。兩側(cè)線圈5的電流流向見圖中標(biāo)注，兩側(cè)線圈5產(chǎn)生的磁動勢將磁基礎(chǔ)磁場的磁力線推向線圈5導(dǎo)線的下方，使工作氣隙12磁場磁力線單方向彎曲，在轉(zhuǎn)子I上產(chǎn)生徑向安培反作用力F。圖12為本發(fā)明圖9實施例的力一電流關(guān)系實際曲線，在電流起始至實際最大使用電流為直線段，電流増大后由于定子鐵芯的磁飽和而漸變彎曲。在轉(zhuǎn)子晃動在圓環(huán)磁極極寬的范圍內(nèi)關(guān)系曲線為同一根線，與轉(zhuǎn)子所處的位置無關(guān)。圖13為本發(fā)明多個圓環(huán)磁極的另ー實施圖，它包括永磁體3、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子I、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個轉(zhuǎn)子和ー個在中間的定子顯兩側(cè)対稱的軸向排列。安裝在兩側(cè)轉(zhuǎn)子I上的永磁體3是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的圓環(huán)，永磁體3自身形成了圓環(huán)磁極2，所以圓環(huán)磁極2的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4吸合在永磁體3上作磁路的通道，兩側(cè)圓環(huán)磁極2的極面朝向為軸向。中間定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立X、y軸直角坐標(biāo)系，為了線圈4的安裝方便，中間的定子鐵芯7被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，線圈5和線槽9以坐標(biāo)軸分組，設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1 —定距離的位置，中間定子鐵芯7沿每個坐標(biāo)軸有兩組線圈5和線槽9，分別設(shè)在坐標(biāo)軸的兩個對邊，兩對邊的線圈5匝數(shù)和尺寸相同呈完全對稱設(shè)置。線槽9的左右兩側(cè)還具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與兩側(cè)的圓環(huán)磁極2相同，兩側(cè)圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向，它與兩側(cè)的圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊，使線圈5處在圓環(huán)磁極2的磁場中，構(gòu)成了安培力徑向電磁軸承。圓弧窄槽ロ 8可以用高磁阻的非金屬材料必如環(huán)氧等使圓弧窄槽ロ呈閉ロ狀，以使中間定子鐵芯7穩(wěn)固。圖14為本發(fā)明徑向、軸向混合電磁軸承實施圖，是立體剖面圖，它可以結(jié)合圖6 —起理解。它包括永磁體3、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子I、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個定子鐵芯7和一個中間的轉(zhuǎn)子I顯兩側(cè)対稱的軸向排列，安裝在轉(zhuǎn)子I上的永磁體3是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的圓環(huán)，永磁體3自身形成了圓環(huán)磁極2,所以圓環(huán)磁極2的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4吸合在永磁體3上作磁路的通道，圓環(huán)磁極2的極面朝向為軸向。兩側(cè)的定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立x、y軸直角坐標(biāo)系，為了線圈4的安裝方便，每側(cè)的定子鐵芯7被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊，線·槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)的線圈5和線槽9以坐標(biāo)軸分組，設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1的位置，兩側(cè)的定子鐵芯7按每個坐標(biāo)軸各有兩組線圈5和線槽9，分別設(shè)在坐標(biāo)軸的兩個對邊，兩對邊的線圈5匝數(shù)和尺寸相同呈完全對稱設(shè)置。兩側(cè)的線槽9還具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環(huán)磁極2相同，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向，它與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊，使兩側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2的磁場中。定子鐵芯7上還建立了與X、y坐標(biāo)軸相垂直的z坐標(biāo)軸，它還開有軸控線槽11內(nèi)嵌軸控線圈10，該軸控線圈10環(huán)邊跨過定子鐵芯中心7-1，該環(huán)面朝軸向即z向，構(gòu)成了安培カ徑向、吸力軸向的混合電磁軸承。當(dāng)線圈5和軸控線圈10流過如圖示方向的電流時，軸控線圈10的磁動勢迫使永磁體3的磁通偏向于ー側(cè),使ー側(cè)的工作氣隙12磁通密度增強另ー側(cè)減少，兩側(cè)產(chǎn)生吸力差形成軸向執(zhí)行力Fz ;線圈5的磁動勢將磁基礎(chǔ)磁場的磁力線推向線圈5導(dǎo)線的下方，使工作氣隙12磁場磁力線單方向彎曲，在轉(zhuǎn)子I上產(chǎn)生徑向安培反作用力Fy。圖15為本發(fā)明徑向、軸向混合電磁軸承另ー種實施圖，是立體剖面圖，可以結(jié)合圖7—起理解。它包括永磁體3、圓環(huán)磁極2、線圈5、轉(zhuǎn)子I、定子鐵芯7、工作氣隙12，該實施是兩個定子鐵芯7和一個中間的轉(zhuǎn)子I顯兩側(cè)対稱的軸向排列，安裝在轉(zhuǎn)子I上的永磁體3是以轉(zhuǎn)子幾何中心1-1線為中心的圓環(huán)，永磁體3自身形成了圓環(huán)磁極2,所以圓環(huán)磁極2的中心在轉(zhuǎn)子幾何中心1-1上，轉(zhuǎn)子鐵芯4吸合在永磁體3上作磁路的通道，圓環(huán)磁極2的極面朝向為軸向。兩側(cè)的定子鐵芯7上開設(shè)線槽9，在定子鐵芯中心7-1沿徑向建立X、y軸直角坐標(biāo)系，為了線圈4的安裝方便，兩側(cè)的定子鐵芯7被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊，線槽9內(nèi)嵌卡線圈5，兩側(cè)的線圈5和線槽9按坐標(biāo)軸分組，設(shè)在偏離定子鐵芯中心7-1的位置，兩側(cè)的定子鐵芯7按每個坐標(biāo)軸各有兩組線圈5和線槽9，分別設(shè)在坐標(biāo)軸的兩個對邊，兩對邊的線圈5匝數(shù)和尺寸相同呈完全對稱設(shè)置。兩側(cè)的線槽9還具有圓弧窄槽ロ 8，圓弧窄槽ロ 8的圓弧圓心在定子鐵芯中心7-1上，其半徑與圓環(huán)磁極2相同，圓弧窄槽ロ 8開ロ方向為軸向，它與圓環(huán)磁極2的極面間隔工作氣隙12并對齊，使兩側(cè)的線圈5處在圓環(huán)磁極2的磁場中。定子鐵芯7上建立了與X、y坐標(biāo)軸相垂直的z坐標(biāo)軸，它還開有軸控線槽11內(nèi)嵌軸控線圈10，該軸控線圈10的環(huán)邊不跨過定子鐵芯中心7-1，該換面朝徑向，即面朝X向、或y向，這個軸控線槽11可以很淺，只要指示軸控線圈10的方位即可。它還設(shè)了定子鐵芯搭橋7-2，以使轉(zhuǎn)子I上的圓環(huán)磁極2在掠過定子鐵芯7被分割成的四塊之間的空檔時，磁阻不致于變化過大而影響永磁體3工作點的穩(wěn)定。如此，構(gòu)成了安培カ徑向、吸力軸向的混合電磁軸承。當(dāng)線圈5和軸控線圈10流過如圖示方向的電流時,軸控線圈10的磁動勢迫使永磁體3的磁通偏向于ー側(cè),使ー側(cè)的工作氣隙12磁通密度增強另一側(cè)減少，兩側(cè)產(chǎn)生吸力差形成軸向執(zhí)行力Fz ;線圈5的磁動勢將磁基礎(chǔ)磁場的磁力線推向線圈5導(dǎo)線的下方，使工作氣隙12磁場磁力線單方向彎曲，在轉(zhuǎn)子I上產(chǎn)生徑向安培反作用力Fy。本發(fā)明并不僅僅局限于上述的實施方式。與本發(fā)明屬同一基本構(gòu)思的其它形式，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明所述的技術(shù)方案是為解決本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題而設(shè)，相對于所要解決的技術(shù)問題，它建立了其技術(shù)內(nèi)容的完整性。將它實施于具體的安培力徑向電磁軸承或 其它產(chǎn)品中時，實現(xiàn)該產(chǎn)品所必需的技術(shù)特征可以多于本發(fā)明技術(shù)方案用于解決技術(shù)問題的必要技術(shù)特征的總和。本發(fā)明各技術(shù)特征的含義按照說明書中各專有名詞的定義；沒有專門定義的，弓丨入本技術(shù)領(lǐng)域的公知常識和技術(shù)，但該知識的范疇受限于本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、基本構(gòu)思、技術(shù)方案，結(jié)合它在本發(fā)明所具備的功能、所起的作用和產(chǎn)生的效果，即參考說明書及其附圖的內(nèi)容進(jìn)行理解，該特征名稱的文字措辭不是其含義的限制，以免產(chǎn)生對本發(fā)明的歧義。本發(fā)明進(jìn)一步作說明，本發(fā)明的說明書及其附圖所表達(dá)的所有內(nèi)容僅用作權(quán)利要求的解釋和理解，它不得積極、主動地介入確定權(quán)利要求保護(hù)范圍，即不可作為限制，尤其是跟本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題無關(guān)聯(lián)的內(nèi)容部分，更是如此。本條為說明書之內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種安培カ徑向電磁軸承，包括永磁體(3)、圓環(huán)磁極(2)、線圈(5)、轉(zhuǎn)子(I)、定子鐵芯(7)、工作氣隙(12)，永磁體(3)和圓環(huán)磁極(2)在轉(zhuǎn)子(I)上，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子⑴和定子鐵芯(7)為軸向井列，圓環(huán)磁極(2)的環(huán)心在轉(zhuǎn)子幾何中心(1-1)上，圓環(huán)磁極(2)的極面朝向為軸向，定子鐵芯(7)上開設(shè)線槽(9)，線槽(9)內(nèi)嵌卡線圈(5)，在定子鐵芯中心(7-1)沿徑向建立x、y軸直角坐標(biāo)系，線圈(5)和線槽(9)按x、y軸分組來設(shè)置，并且其位置偏離定子鐵芯中心(7-1)，所述的線槽(9)還具有圓弧窄槽ロ(8)，圓弧窄槽ロ(8)的圓弧圓心在定子鐵芯中心(7-1)上，其半徑與圓環(huán)磁極⑵相同，圓弧窄槽ロ⑶開ロ方向也為軸向，它與圓環(huán)磁極(2)的極面間隔工作氣隙(12)并對齊，使線圈(5)處在圓環(huán)磁極(2)的磁場中。
2.如權(quán)利要求I所述的安培カ徑向電磁軸承，其特征還在于所述的轉(zhuǎn)子(I)和定子鐵芯(7)軸向并列是，兩個定子鐵芯(7)和ー個在中間的轉(zhuǎn)子(I)顯兩側(cè)対稱的軸向排列，或者兩個轉(zhuǎn)子(I)和ー個在中間的定子鐵芯(7)顯兩側(cè)対稱的軸向排列。
3.如權(quán)利要求I所述的安培カ徑向電磁軸承，其特征還在于所述的定子鐵芯(7)按每個坐標(biāo)軸各有兩組線圈(5)和線槽(9)，分別設(shè)在坐標(biāo)軸的兩個對邊位置，兩對邊的線圈(5)匝數(shù)和尺寸相同或者不相同。
4.如權(quán)利要求3所述的安培カ徑向電磁軸承，其特征還在干所述的定子鐵芯(7)按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊。
5.如權(quán)利要求2所述的安培カ徑向電磁軸承，其特征還在干所述的在轉(zhuǎn)子(I)上的永磁體(3)是以轉(zhuǎn)子幾何中心(1-1)為中心的內(nèi)外兩個圓環(huán)，永磁體(3)自身形成了圓環(huán)磁極⑵。
6.如權(quán)利要求2所述的安培カ徑向電磁軸承，其特征還在干所述的轉(zhuǎn)子(I)上還設(shè)有轉(zhuǎn)子鐵芯(4)，它吸合在永磁體(3)上構(gòu)成磁路的通道。
7.如權(quán)利要求2所述的安培カ徑向電磁軸承，其特征還在干所述的定子鐵芯(7)上建立與x、y坐標(biāo)軸相垂直的z坐標(biāo)軸，定子鐵芯(7)還開有軸控線槽(11)，它內(nèi)嵌軸控線圈(10)，該軸控線圈(10)的環(huán)邊跨過定子鐵芯中心(7-1)，環(huán)面朝軸向即z向，附設(shè)了的吸力型軸向電磁軸承。
8.如權(quán)利要求2所述的安培カ徑向電磁軸承，其特征還在干所述的定子鐵芯(7)上建立與x、y坐標(biāo)軸相垂直的z坐標(biāo)軸，定子鐵芯(7)還開有軸控線槽(11)，它內(nèi)嵌軸控線圈(10)，該軸控線圈(10)的環(huán)邊不跨過定子鐵芯中心(7-1)，環(huán)面朝X向、或y向，附設(shè)了的吸力型軸向電磁軸承。
9.如權(quán)利要求2所述的安培カ徑向電磁軸承，其特征還在于所述的每個定子鐵芯(7)按每個坐標(biāo)軸各有兩組線圈(5)和線槽(9)，分別設(shè)在坐標(biāo)軸的兩個對邊，兩對邊的線圈(5)匝數(shù)和尺寸相同或者不相同。
10.如權(quán)利要求9所述的安培カ徑向電磁軸承，其特征還在于所述的定子鐵芯(7)被按坐標(biāo)軸的位置分割成四塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種安培力徑向電磁軸承，為實現(xiàn)執(zhí)行力是控制電流的單調(diào)函數(shù)，它的圓環(huán)磁極(2)在轉(zhuǎn)子(1)上，轉(zhuǎn)子(1)和定子鐵芯(7)為軸向并列，圓環(huán)磁極(2)的環(huán)心在轉(zhuǎn)子幾何中心(1-1)上，圓環(huán)磁極(2)的極面朝向為軸向，定子鐵芯(7)上開設(shè)線槽(9)，線槽(9)內(nèi)嵌卡線圈(5)，線圈(5)和線槽(9)按x、y軸分組來設(shè)置，并且其位置偏離定子鐵芯中心(7-1)，所述的線槽(9)還具有圓弧窄槽口(8)，開口方向也為軸向，它與圓環(huán)磁極(2)的極面間隔工作氣隙(12)并對齊，使線圈(5)處在圓環(huán)磁極(2)的磁場中，它可用與物體的磁懸浮支撐。
文檔編號F16C32/04GK102678746SQ20121009584
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者劉延風(fēng) 申請人:劉延風(fēng)