一種斥力型組合磁體徑向被動磁軸承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，特別是一種斥力型組合磁體徑向被動內(nèi)轉(zhuǎn)子磁軸承，可作為大體積的磁懸浮控制力矩陀螺、電機、機床等機械設(shè)備中旋轉(zhuǎn)部件的無接觸支撐。本發(fā)明的被動磁軸承具有定子部分和轉(zhuǎn)子部分，定子部分和轉(zhuǎn)子部分形成磁氣隙，其中定子部分由三個定子永磁體組成，均為燒結(jié)永磁體，轉(zhuǎn)子部分由五個轉(zhuǎn)子永磁體組成，其中分為三個燒結(jié)永磁體和兩個疊層永磁體，它們之間形成組合磁體。本發(fā)明節(jié)省了徑向傳感器、控制線圈以及控制線圈所需要的功放電路，特別地，本發(fā)明采用了組合磁體結(jié)構(gòu)，可有效平滑氣隙中的磁場波動，并大大減小了由于磁體尺寸大而采用分塊帶來的高速渦流損耗。
【專利說明】一種斥力型組合磁體徑向被動磁軸承
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，特別是一種斥力型組合磁體徑向被動式內(nèi)轉(zhuǎn)子磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)，可作為大體積磁懸浮控制力矩陀螺、電機、機床等機械設(shè)備中旋轉(zhuǎn)部件的無接觸支撐。
【背景技術(shù)】
[0002]磁懸浮軸承分為主動式和被動式，主動式磁懸浮軸承是在偏置磁場的基礎(chǔ)上疊加控制線圈所產(chǎn)生的磁場而成的磁懸浮軸承，被動式磁懸浮軸承是只有永磁磁場而成的磁懸浮軸承，現(xiàn)有的被動磁軸承分為吸力型和斥力型被動磁軸承，大多都是利用定子永磁體與轉(zhuǎn)子永磁體在氣隙中的相互作用產(chǎn)生穩(wěn)定時需要的作用力，由于在應(yīng)用于大尺寸的場合時，定子永磁體和轉(zhuǎn)子永磁體必須分塊進行拼接，這會導(dǎo)致定子永磁體和轉(zhuǎn)子永磁體在分塊拼接處產(chǎn)生磁場波動，從而導(dǎo)致氣隙中的磁場也存在波動，存在高速下渦流損耗很大的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供斥力型組合磁體徑向被動式磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)，這種軸承旋轉(zhuǎn)功耗低、加工制造方便、提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種斥力型組合磁體徑向被動磁軸承，由定子部分和轉(zhuǎn)子部分組成，定子部分由第一定子永磁體、第二定子永磁體和第三定子永磁體組成，沿軸向方向上依次放置為第一定子永磁體、第二定子永磁體和第三定子永磁體，第一定子永磁體沿徑向+y方向充磁，第二定子永磁體沿軸向+z方向充磁，第三定子永磁體沿徑向_y方向充磁；定子部分的內(nèi)側(cè)是轉(zhuǎn)子部分，轉(zhuǎn)子部分由第一轉(zhuǎn)子永磁體、第二轉(zhuǎn)子永磁體、第三轉(zhuǎn)子永磁體、第四轉(zhuǎn)子永磁體和第五轉(zhuǎn)子永磁體組成，第一轉(zhuǎn)子永磁體和第二轉(zhuǎn)子永磁體沿徑向-y方向充磁，第四轉(zhuǎn)子永磁體和第五轉(zhuǎn)子永磁體沿徑向+y方向充磁，第三轉(zhuǎn)子永磁體沿軸向+z方向充磁，第一定子永磁體和第一轉(zhuǎn)子永磁體之間形成磁氣隙，第三定子永磁體和第五轉(zhuǎn)子永磁體之間形成磁氣隙，其中第一轉(zhuǎn)子永磁體和第五轉(zhuǎn)子永磁體為疊層永磁體，其余永磁體均為燒結(jié)永磁體；
[0005]所述的第一轉(zhuǎn)子永磁體和第五轉(zhuǎn)子永磁體為疊層鋁鎳鈷AlNiCo永磁體或疊層鐵鉻鈷FeCrCo永磁體。
[0006]所述的第一定子永磁體、第二定子永磁體、第三定子永磁體、第二轉(zhuǎn)子永磁體、第三轉(zhuǎn)子永磁體和第四轉(zhuǎn)子永磁體為燒結(jié)釤鈷SmCo永磁體。
[0007]所述的第一轉(zhuǎn)子永磁體和第二轉(zhuǎn)子永磁體之間還可以放置第一轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)，第四轉(zhuǎn)子永磁體和第五轉(zhuǎn)子永磁體之間還可以放置第二轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)。
[0008]所述的第一定子永磁體和第三定子永磁體的徑向內(nèi)側(cè)還可以放置第四定子永磁體和第五定子永磁體，且第四定子永磁體和第五定子永磁體均為疊層永磁體。
[0009]所述的第一轉(zhuǎn)子永磁體和第二轉(zhuǎn)子永磁體之間還可以放置第一轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)，第四轉(zhuǎn)子永磁體和第五轉(zhuǎn)子永磁體之間還可以放置第二轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)；第一定子永磁體和第四定子永磁體之間放置第一定子導(dǎo)磁環(huán)，第三定子永磁體和第五定子永磁體之間放置第二定子導(dǎo)磁環(huán)。
[0010]本發(fā)明的原理是:永磁體根據(jù)矯頑力的不同可分為低矯頑力永磁體和高矯頑力永磁體，低矯頑力永磁包括碳鋼、鶴鋼等合金鋼、AlNiCo和FeCrCo等；高矯頑力永磁包括PtCo> MnAlC、鐵氧體永磁和稀土永磁等。自從70年代高性能的稀土永磁問世,稀土永磁成為永磁被動磁軸承的代名詞，幾乎沒有學(xué)者再研究低矯頑力永磁材料用于被動磁軸承。稀土永磁有粘結(jié)與燒結(jié)兩種工藝，前者磁性能低，且含有大量粘接劑，難以經(jīng)受空間熱真空等嚴(yán)酷環(huán)境；后者質(zhì)脆難于大尺寸成形或加工，對于大尺寸磁環(huán)，只能磁塊拼接成形，而拼塊永磁體接縫處磁密波動在高速應(yīng)用場合下，會帶來顯著旋轉(zhuǎn)損耗。
[0011]低矯頑力的FeCrCo力學(xué)性能及可加工性更優(yōu)，甚至可以對帶材沖片，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的異型永磁零件的制造。由于FeCrCo可軋制成最薄0.1mm的帶材，因而利用軟磁帶材制成疊層的工藝，將FeCrCo帶材制成“永磁疊層”,一方面是由于FeCrCo帶材經(jīng)軋制得到，相比棒料較容易得到大尺寸的帶材；另一方面，F(xiàn)eCrCo疊層沿軸向疊壓，片間膠層可有效抑制拼塊SmCo磁體不均勻磁場的軸向分量，同時顯著削弱不均勻磁場徑向分量、周向分量在疊層中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)損耗，一舉多得。但由于低矯頑力永磁的實際回復(fù)曲線與退磁曲線不重合，因此其工作點的磁性能較低。
[0012]本發(fā)明所述的組合式磁體是采用高矯頑力稀土永磁(如SmCo)作為穩(wěn)磁磁體，首先沿低矯頑力永磁磁環(huán)(如FeCrCo )的磁化方向與高矯頑力永磁磁環(huán)構(gòu)成組件,此時,相當(dāng)于利用高矯頑力永磁體的磁場對開路的低矯頑力永磁體進行磁化，低矯頑力永磁磁環(huán)的工作點在其回復(fù)曲線上(剩磁較低)，然后再將組件整體充磁，這樣低矯頑力永磁磁環(huán)的工作點就會變?yōu)槠渫舜徘€上(而非回復(fù)曲線上，剩磁變大)，充分發(fā)揮了材料的磁性能。另外，為了進一步減小分塊高矯頑力永磁體產(chǎn)生的磁密波動，可以在分塊高矯頑力永磁體與低矯頑力永磁疊層之間放置導(dǎo)磁環(huán)，起到進一步減小被動磁軸承高速下渦流損耗的作用。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:與現(xiàn)有主動式徑向磁懸浮軸承相比，節(jié)省徑向傳感器、控制線圈以及控制線圈所需要的控制器，縮小了體積、減輕了重量、消除了損耗、提高了系統(tǒng)的可靠性；與現(xiàn)有被動式徑向磁懸浮軸承相比，本發(fā)明采用了疊層永磁體與燒結(jié)永磁體相連接的組合磁體結(jié)構(gòu)，大大減小了被動磁軸承在磁氣隙中的磁場波動，進而減小了高速時的渦流損耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承的基本結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖2為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子部分放置有導(dǎo)磁環(huán)的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承的結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖3為本發(fā)明的定子部分也具有組合磁體的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承的結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖4為本發(fā)明的定子和轉(zhuǎn)子部分均具有組合磁體以及導(dǎo)磁環(huán)的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承的結(jié)構(gòu)圖?！揪唧w實施方式】
[0018]圖1為本發(fā)明的基本形式，由定子部分和轉(zhuǎn)子部分組成，定子部分由第一定子永磁體11、第二定子永磁體12和第三定子永磁體13組成，沿軸向方向上依次放置為第一定子永磁體U、第二定子永磁體12和第三定子永磁體13,第一定子永磁體11沿徑向+y方向充磁，第二定子永磁體12沿軸向+z方向充磁,第三定子永磁體13沿徑向_y方向充磁；定子部分的內(nèi)側(cè)是轉(zhuǎn)子部分，轉(zhuǎn)子部分由第一轉(zhuǎn)子永磁體21、第二轉(zhuǎn)子永磁體22、第三轉(zhuǎn)子永磁體23、第四轉(zhuǎn)子永磁體24和第五轉(zhuǎn)子永磁體25組成，第一轉(zhuǎn)子永磁體21和第二轉(zhuǎn)子永磁體22沿徑向_y方向充磁，第四轉(zhuǎn)子永磁體24和第五轉(zhuǎn)子永磁體25沿徑向+y方向充磁，第三轉(zhuǎn)子永磁體23沿軸向+z方向充磁,第一定子永磁體11和第一轉(zhuǎn)子永磁體21之間形成磁氣隙，第三定子永磁體13和第五轉(zhuǎn)子永磁體25之間形成磁氣隙,其中第一轉(zhuǎn)子永磁體21和第五轉(zhuǎn)子永磁體25為疊層永磁體，其余永磁體均為燒結(jié)永磁體；
[0019]所述的第一轉(zhuǎn)子永磁體21和第五轉(zhuǎn)子永磁體25為疊層招鎳鈷AlNiCo永磁體或疊層鐵鉻鈷FeCrCo永磁體。
[0020]所述的第一定子永磁體11、第二定子永磁體12、第三定子永磁體13、第二轉(zhuǎn)子永磁體22、第三轉(zhuǎn)子永磁體23和第四轉(zhuǎn)子永磁體24為燒結(jié)衫鈷SmCo永磁體,優(yōu)選Sm2Co17。
[0021]如圖2所示，在圖1所示的基本形式基礎(chǔ)上，可以在所述的第一轉(zhuǎn)子永磁體21和第二轉(zhuǎn)子永磁體22之間放置第一轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)26，在第四轉(zhuǎn)子永磁體24和第五轉(zhuǎn)子永磁體25之間放置第二轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)27，這樣可以減小大尺寸下拼塊的第二轉(zhuǎn)子永磁體22和第四轉(zhuǎn)子永磁體24在各個拼塊之間的磁場波動。
[0022]如圖3所示，在所述的第一定子永磁體11和第三定子永磁體13的徑向內(nèi)側(cè)還可以放置第四定子永磁體14和第五定子永磁體15，且兩者均為疊層永磁體，這種做法的目的是平滑第一定子永磁體11和第三定子永磁體13在拼接接縫中的磁場波動。
[0023]如圖4所示，為了使拼塊永磁體在氣隙中的磁場波動減為最小以及在各個拼塊永磁體之間的磁場波動減為最小，在圖3所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在疊層永磁體之間與燒結(jié)永磁體之間放置有導(dǎo)磁環(huán)，具體來說，在第一轉(zhuǎn)子永磁體21和第二轉(zhuǎn)子永磁體22之間可以放置第一轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)26，在第四轉(zhuǎn)子永磁體24和第五轉(zhuǎn)子永磁體25之間放置第二轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)27 ;在第一定子永磁體11和第四定子永磁體14之間放置第一定子導(dǎo)磁環(huán)16,在第三定子永磁體13和第五定子永磁體15之間放置第二定子導(dǎo)磁環(huán)17。
【權(quán)利要求】
1.一種斥力型組合磁體徑向被動磁軸承，其特征在于:由定子部分和轉(zhuǎn)子部分組成，定子部分由第一定子永磁體(11)、第二定子永磁體(12)和第三定子永磁體(13)組成，沿軸向方向上依次放置為第一定子永磁體(11)、第二定子永磁體(12)和第三定子永磁體(13)，第一定子永磁體(11)沿徑向+y方向充磁，第二定子永磁體(12)沿軸向+z方向充磁,第三定子永磁體(13)沿徑向-y方向充磁；定子部分的內(nèi)側(cè)是轉(zhuǎn)子部分，轉(zhuǎn)子部分由第一轉(zhuǎn)子永磁體(21)、第二轉(zhuǎn)子永磁體(22)、第三轉(zhuǎn)子永磁體(23)、第四轉(zhuǎn)子永磁體(24)和第五轉(zhuǎn)子永磁體(25)組成，第一轉(zhuǎn)子永磁體(21)和第二轉(zhuǎn)子永磁體(22)沿徑向-y方向充磁，第四轉(zhuǎn)子永磁體(24 )和第五轉(zhuǎn)子永磁體(25 )沿徑向+y方向充磁,第三轉(zhuǎn)子永磁體(23 )沿軸向+z方向充磁,第一定子永磁體(11)和第一轉(zhuǎn)子永磁體(21)之間形成磁氣隙,第三定子永磁體(13)和第五轉(zhuǎn)子永磁體(25)之間形成磁氣隙，其中第一轉(zhuǎn)子永磁體(21)和第五轉(zhuǎn)子永磁體(25 )為疊層永磁體，其余永磁體均為燒結(jié)永磁體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承，其特征在于:所述的第一轉(zhuǎn)子永磁體(21)和第五轉(zhuǎn)子永磁體(25)為疊層招鎳鈷AlNiCo永磁體或疊層鐵鉻鈷FeCrCo永磁體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承，其特征在于:所述的第一定子永磁體(11)、第二定子永磁體(12 )、第三定子永磁體(13 )、第二轉(zhuǎn)子永磁體(22 )、第三轉(zhuǎn)子永磁體(23)和第四轉(zhuǎn)子永磁體(24)為燒結(jié)釤鈷SmCo永磁體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承，其特征在于:所述的第一轉(zhuǎn)子永磁體(21)和第二轉(zhuǎn)子永磁體(22)之間還可以放置第一轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(26)，第四轉(zhuǎn)子永磁體(24)和第五轉(zhuǎn)子永磁體(25)之間還可以放置第二轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(27)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承，其特征在于:所述的第一定子永磁體(11)和第三定子永磁體(13)的徑向內(nèi)側(cè)還可以放置第四定子永磁體(14)和第五定子永磁體(15)，且第四定子永磁體(14)和第五定子永磁體(15)均為疊層永磁體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的斥力型組合磁體徑向被動磁軸承，其特征在于:所述的第一轉(zhuǎn)子永磁體(21)和第二轉(zhuǎn)子永磁體(22)之間還可以放置第一轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(26)，第四轉(zhuǎn)子永磁體(24)和第五轉(zhuǎn)子永磁體(25)之間還可以放置第二轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(27);第一定子永磁體(11)和第四定子永磁體(14)之間放置第一定子導(dǎo)磁環(huán)(16)，第三定子永磁體(13)和第五定子永磁體(15)之間放置第二定子導(dǎo)磁環(huán)(17)。
【文檔編號】F16C32/04GK103470630SQ201310429755
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】孫津濟, 樂韻, 許士磊 申請人:北京航空航天大學(xué)