一種低功耗軸向混合磁軸承的制作方法
【專利摘要】一種低功耗軸向混合磁軸承，其組成包括定子盤、吸力盤、永磁環(huán)、隔磁環(huán)、轉(zhuǎn)軸與控制線圈繞組。定子盤由電工鋼制成，永磁環(huán)貼裝在兩個定子盤外側(cè)軸向定子齒端面之間。兩個隔磁環(huán)分別貼裝在由永磁環(huán)和兩個定子盤外側(cè)軸向定子齒組合成整體的內(nèi)外兩側(cè)，控制線圈繞組分別繞制于由定子盤內(nèi)側(cè)軸向定子齒、徑向定子齒與吸力盤組成的環(huán)形凹槽中。吸力盤是圓盤形狀，也由電工鋼制成，置于兩個定子盤之間，圓盤中心套裝在轉(zhuǎn)軸上。永磁環(huán)、定子盤、軸向氣隙和吸力盤構成完整的軸、徑向靜態(tài)偏磁磁通回路；定子盤、軸向氣隙、徑向氣隙和吸力盤構成完整的控制磁通回路。本實用新型具有功耗低、體積小、重量輕、結構簡單、控制方便、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。
【專利說明】一種低功耗軸向混合磁軸承
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種無機械接觸磁軸承，特指一種新型低功耗軸向混合磁軸承，適用于高速飛輪儲能、高速電主軸、無軸承電機等高速傳動領域的軸向無接觸懸浮支承。
【背景技術】
[0002]磁懸浮軸承(磁軸承)是一種利用電磁力實現(xiàn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)無機械接觸穩(wěn)定懸浮運行的軸承。相對于傳統(tǒng)機械軸承，磁軸承具有無摩擦、無磨損、高速度、噪音小及壽命長等優(yōu)點。由于定轉(zhuǎn)子之間沒有機械接觸，磁軸承的轉(zhuǎn)子可達到很高的轉(zhuǎn)速，所以在高速飛輪儲能、高速電主軸、無軸承電機等高速傳動領域具有廣泛的應用前景。
[0003]按照勵磁方式的不同，磁軸承可以分為主動磁軸承、被動磁軸承和混合磁軸承(永磁偏置混合磁軸承)。由于混合磁軸承使用永磁體產(chǎn)生的磁場作為靜態(tài)偏置磁場，不僅使得電磁鐵的安匝數(shù)減少，大大降低了功率放大器的功耗，而且還縮小了磁軸承的體積，減輕了其重量。
[0004]目前國內(nèi)外研究的永磁偏置軸向磁軸承在結構形式上大致可分為三種:一種是將永磁體置于轉(zhuǎn)子中，但其安裝難度增大，限制了其高速運行；第二種磁軸承將懸浮轉(zhuǎn)子(一般是吸力盤)置于定子的兩側(cè)，軸向長度增加，臨界轉(zhuǎn)速低；第三種磁軸承中軸向控制磁通穿過永磁體，但對永磁體呈明顯的去磁作用，漏磁較大，在高速、高效的應用場合受到限制。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是:克服現(xiàn)有技術的不足，提出一種新型低功耗軸向混合磁軸承。該磁軸承具有功耗低、體積小、重量輕、結構簡單、控制方便、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。
[0006]本實用新型的技術解決方案是:
[0007]一種低功耗軸向混合磁軸承，包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件；
[0008]所述定子組件包括兩個定子盤、一個永磁環(huán)、兩個隔磁環(huán)、兩套控制線圈繞組；
[0009]所述定子盤一側(cè)軸向截面為“F”型，所述定子盤分為第一定子盤、第二定子盤，所述第一定子盤具有第一外側(cè)軸向定子齒、第一內(nèi)側(cè)軸向定子齒、第一徑向定子齒，所述第二定子盤具有第二外側(cè)軸向定子齒、第二內(nèi)側(cè)軸向定子齒、第二徑向定子齒；所述永磁環(huán)分別與所述第一外側(cè)軸向定子齒和所述第二外側(cè)軸向定子齒的端面貼裝在一起；所述隔磁環(huán)分為第一隔磁環(huán)、第二隔磁環(huán)，所述第一隔磁環(huán)、所述第二隔磁環(huán)分別貼裝在由所述永磁環(huán)、第一外側(cè)軸向定子齒、第二外側(cè)軸向定子齒組合成整體的內(nèi)外兩側(cè)；所述控制線圈繞組分為第一控制線圈繞組、第二控制線圈繞組，所述控制線圈繞組分別繞制于由所述第一內(nèi)側(cè)軸向定子齒、第二內(nèi)側(cè)軸向定子齒、第一徑向定子齒、第二徑向定子齒、吸力盤組成的環(huán)形凹槽內(nèi)，用以產(chǎn)生控制磁通；
[0010]所述轉(zhuǎn)子組件包括吸力盤和轉(zhuǎn)軸，所述吸力盤為圓盤形狀，置于所述第一內(nèi)側(cè)軸向定子齒和第二內(nèi)側(cè)軸向定子齒之間，圓盤中心套裝在轉(zhuǎn)軸上；
[0011]所述第一內(nèi)側(cè)軸向定子齒、第二內(nèi)側(cè)軸向定子齒與所述吸力盤之間形成軸向氣隙；所述第一徑向定子齒、第二徑向定子齒與所述吸力盤之間形成徑向氣隙；所述永磁環(huán)、定子盤、軸向氣隙、吸力盤構成完整的軸、徑向靜態(tài)偏置磁通回路，所述吸力盤將軸、徑向偏置磁路中間相連；所述定子盤、軸向氣隙、徑向氣隙、吸力盤構成完整的控制磁通回路。
[0012]進一步，所述永磁環(huán)是圓環(huán)形的且軸向充磁，由稀土材料釹鐵硼構成。
[0013]進一步，所述第一隔磁環(huán)、所述第二隔磁環(huán)大小相同，且為非導磁材料。
[0014]進一步，所述第一隔磁環(huán)、所述第二隔磁環(huán)均由鋁、環(huán)氧樹脂材料構成。
[0015]進一步，所述第一定子盤、所述第二定子盤外表面是圓盤形狀，均由電工鋼制成，結構相同。
[0016]進一步，所述第一控制線圈繞組、第二控制線圈繞組可以串聯(lián)連接，也可以分為兩個獨立繞組分別控制。
[0017]本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有的優(yōu)點是:
[0018]有效降低了永磁體不可逆退磁的可能性，并方便主動懸浮的控制；利用永磁磁場代替電磁鐵產(chǎn)生的磁場來作為靜態(tài)偏置磁場，減少了電磁鐵安匝數(shù)，縮小磁軸承體積，降低功率放大器功耗，提高磁軸承承載能力；將永磁體置于轉(zhuǎn)子中，不僅安裝難度大，而且使得轉(zhuǎn)子的剛度降低，并減小了轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。本實用新型將永磁體嵌入在定子圓盤中，提高了轉(zhuǎn)子的剛度與臨界轉(zhuǎn)速，并且有效地避免了控制磁通對永磁體的去磁；由于隔磁環(huán)的使用，大大地降低了永磁體的漏磁，提高了混合磁軸承的穩(wěn)定性；結構簡單、控制方便且易于實現(xiàn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為新型低功耗軸向混合磁軸承的軸向截面與磁通回路示意圖。
[0020]圖2為新型低功耗軸向混合磁軸承定子盤的徑向截面俯視示意圖。
[0021]圖中:1_第一定子盤；2_第二定子盤；3_第一隔磁環(huán)；4_第二隔磁環(huán)；5_永磁環(huán)；6_吸力盤；7_第一軸、徑向靜態(tài)偏置磁通回路；8_軸向氣隙；9_第一控制線圈繞組；10_第二控制線圈繞組；11_第一控制磁通回路；12_第二控制磁通回路；13_徑向氣隙；14_第二軸、徑向靜態(tài)偏置磁通回路；15-轉(zhuǎn)軸；16_第一外側(cè)軸向定子齒；17_第二外側(cè)軸向定子齒；18_第一內(nèi)側(cè)軸向定子齒；19_第二內(nèi)側(cè)軸向定子齒；20_第一徑向定子齒；21_第二徑向定子齒。
【具體實施方式】
[0022]圖1為新型低功耗軸向混合磁軸承的軸向截面與磁通回路示意圖，圖2是新型低功耗軸向混合磁軸承定子盤的徑向截面俯視示意圖。第一定子盤1、第二定子盤2軸向截面為“F”型，由電工鋼制成，圓環(huán)形永磁環(huán)5采用稀土材料釹鐵硼制成且軸向充磁，分別與第一定子盤1、第二定子盤2的第一外側(cè)軸向定子齒16、第二外側(cè)軸向定子齒17端面貼裝在一起，由非導磁材料構成的第一隔磁環(huán)3、第二隔磁環(huán)4分別貼裝在由永磁環(huán)5和第一外側(cè)軸向定子齒16和所述第二外側(cè)軸向定子齒17組合成整體的內(nèi)外兩側(cè)，以有效降低永磁體的漏磁，第一控制線圈繞組9、第二控制線圈繞組10分別繞制于由內(nèi)側(cè)軸向定子齒、徑向定子齒與吸力盤組成的環(huán)形凹槽內(nèi)，用以產(chǎn)生控制磁通。吸力盤6是圓盤形狀，也由電工鋼制成，置于第一內(nèi)側(cè)軸向定子齒18、第二內(nèi)側(cè)軸向定子齒19之間，圓盤中心套裝在轉(zhuǎn)軸15上。第一定子盤1、第二定子盤2的第一內(nèi)側(cè)軸向定子齒18、第二內(nèi)側(cè)軸向定子齒19與吸力盤6之間形成軸向氣隙8，第一徑向定子齒20、第二徑向定子齒21與吸力盤6之間形成徑向氣隙13。永磁環(huán)5、定子盤、軸向氣隙8和吸力盤6構成完整的軸、徑向靜態(tài)偏磁磁通回路，如圖1中帶箭頭的實線所示，吸力盤6將軸、徑向偏置磁路中間相連；定子盤、軸向氣隙8、徑向氣隙13和吸力盤6構成完整的控制磁通回路，如圖1中帶箭頭的虛線所示。
[0023]所述定子盤的徑向定子齒只作為偏置磁通與控制磁通的磁路，而不產(chǎn)生懸浮力。
[0024]其基本工作原理--當吸力盤6處于中間位置，即平衡位置時，由于其結構的對稱性，永磁環(huán)5產(chǎn)生的磁通在吸力盤6左邊的氣隙與右邊的氣隙處是相等的，此時，吸力盤6左邊與右邊受到的吸力相等；吸力盤6與左右定子盤內(nèi)側(cè)軸向定子齒之間的氣隙相等，SP左右氣隙長度均為gQ，假設此時吸力盤受到一個向右的擾動力，吸力盤6向右運動，造成左邊的氣隙變大，右邊的氣隙變小，徑向偏置磁路中有磁通流入軸向偏置磁路，造成左邊氣隙處的磁通小于右邊氣隙處的磁通。根據(jù)在磁極面積一定時磁場吸力與磁場磁通量的平方成正比，所以，向右的吸力大于向左的吸力，在沒有外界的幫助下，吸力盤6是無法回到平衡位置的。此時，位移傳感器檢測到吸力盤6偏離參考位置向右的位移量，控制器將這一位移信號轉(zhuǎn)換成控制電流，這個電流流入控制繞組，在鐵芯和氣隙中建立一個控制磁場。右邊氣隙中的偏置磁通與控制磁通相減，使得右邊氣隙中的磁通量減??；而左邊氣隙中的偏置磁通與控制磁通相加，使得左邊氣隙中的磁通量增加。這樣，產(chǎn)生一個向左的吸力，將吸力盤拉回平衡位置。同理，當吸力盤6受到一個向左的擾動力時，分析過程與此相類似，只是軸向偏置磁路中有磁通流入徑向偏置磁路，造成左邊氣隙處的磁通大于右邊氣隙處的磁通。這樣，新型低功耗軸向混合磁軸承通過帶有位移負反饋的控制器來調(diào)節(jié)控制繞組中電流的大小，可以將吸力盤6始終保持在平衡位置。
[0025]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種低功耗軸向混合磁軸承，其特征在于:包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件；所述定子組件包括兩個定子盤、一個永磁環(huán)(5)、兩個隔磁環(huán)、兩套控制線圈繞組；所述定子盤一側(cè)軸向截面為“F”型，所述定子盤分為第一定子盤(I)、第二定子盤(2)，所述第一定子盤(I)具有第一外側(cè)軸向定子齒(16)、第一內(nèi)側(cè)軸向定子齒(18)、第一徑向定子齒(20)，所述第二定子盤(2)具有第二外側(cè)軸向定子齒(17)、第二內(nèi)側(cè)軸向定子齒(19)、第二徑向定子齒(21)； 所述永磁環(huán)(5)分別與所述第一外側(cè)軸向定子齒(16)和所述第二外側(cè)軸向定子齒(17)的端面貼裝在一起； 所述隔磁環(huán)分為第一隔磁環(huán)(3)、第二隔磁環(huán)(4)，所述第一隔磁環(huán)(3)、所述第二隔磁環(huán)(4)分別貼裝在由所述永磁環(huán)(5)、第一外側(cè)軸向定子齒(16)、第二外側(cè)軸向定子齒(17)組合成整體的內(nèi)外兩側(cè)； 所述控制線圈繞組分為第一控制線圈繞組(9)、第二控制線圈繞組(10)，所述控制線圈繞組分別繞制于由所述第一內(nèi)側(cè)軸向定子齒(18)、第二內(nèi)側(cè)軸向定子齒(19)、第一徑向定子齒(20)、第二徑向定子齒(21)、吸力盤(6)組成的環(huán)形凹槽內(nèi)，用以產(chǎn)生控制磁通；所述轉(zhuǎn)子組件包括吸力盤(6)和轉(zhuǎn)軸(15)，所述吸力盤(6)為圓盤形狀，置于所述第一內(nèi)側(cè)軸向定子齒(18)和第二內(nèi)側(cè)軸向定子齒(19)之間，圓盤中心套裝在轉(zhuǎn)軸(15)上；所述第一內(nèi)側(cè)軸向定子齒(18)、第二內(nèi)側(cè)軸向定子齒(19)與所述吸力盤(6)之間形成軸向氣隙(8);所述第一徑向定子齒(20)、第二徑向定子齒(21)與所述吸力盤(6)之間形成徑向氣隙(13);所述永磁環(huán)(5)、定子盤、軸向氣隙(8)、吸力盤(6)構成完整的軸、徑向靜態(tài)偏置磁通回路，所述吸力盤(6)將軸、徑向偏置磁路中間相連；所述定子盤、軸向氣隙(8)、徑向氣隙(13)、吸力盤(6)構成完整的控制磁通回路。
2.根據(jù)權利要求1所述的軸向混合磁軸承，其特征在于:所述永磁環(huán)(5)是圓環(huán)形的且軸向充磁，由稀土材料釹鐵硼構成。
3.根據(jù)權利要求1所述的軸向混合磁軸承，其特征在于:所述第一隔磁環(huán)(3)、所述第二隔磁環(huán)(4)大小相同，且為非導磁材料。
4.根據(jù)權利要求3所述的軸向混合磁軸承，其特征在于:所述第一隔磁環(huán)(3)、所述第二隔磁環(huán)(4)均由鋁、環(huán)氧樹脂材料構成。
5.根據(jù)權利要求1所述的軸向混合磁軸承，其特征在于:所述第一定子盤(I)、所述第二定子盤(2)外表面是圓盤形狀，均由電工鋼制成，結構相同。
6.根據(jù)權利要求1所述的軸向混合磁軸承，其特征在于:所述第一控制線圈繞組(9)、第二控制線圈繞組(10)可以串聯(lián)連接，也可以分為兩個獨立繞組分別控制。
【文檔編號】F16C32/04GK204186801SQ201420501257
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權日:2014年9月1日
【發(fā)明者】劉賢興, 董今越, 杜懌 申請人:江蘇大學