專利名稱：一種永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，特別是一種永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，可作為電機(jī)、機(jī)床等機(jī)械設(shè)備中旋轉(zhuǎn)部件的無(wú)接觸支撐。
背景技術(shù)：
磁懸浮軸承分純電磁式和永磁偏置加電磁控制的混合式磁懸浮軸承，前者使用電流大、功耗大，永磁偏置加電磁控制的混合式磁懸浮軸承，永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)承擔(dān)主要的承載力，電磁磁場(chǎng)提供輔助的調(diào)節(jié)承載力，因而這種軸承可大大減小控制電流，降低損耗。但目前的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承結(jié)構(gòu)主要有以下幾種其一是在普通徑向電磁軸承的基礎(chǔ)上，在電磁磁路上放置永磁體，這樣控制線圈所產(chǎn)生的磁通要穿過(guò)永磁體內(nèi)部，由于永磁體磁阻很大，因而控制線圈要產(chǎn)生一定的電磁磁通需要較大的激磁電流，其二是將永磁體直接與定子疊片鐵心相連，這樣永磁磁路在穿過(guò)定子鐵心時(shí)會(huì)損失過(guò)多的磁動(dòng)勢(shì)，因而會(huì)大大削弱永磁體對(duì)轉(zhuǎn)子軸的吸力，其三是定子鐵心橫跨于磁軸承左右兩端，定子磁極之間為極間隔磁，每個(gè)定子鐵心上繞制有線圈，永磁體通過(guò)導(dǎo)磁環(huán)與轉(zhuǎn)子鐵心相連，這種結(jié)構(gòu)可以使得電勵(lì)磁磁路不經(jīng)過(guò)永磁體，并且還可以使永磁體不直接與疊片鐵心相連，但是電勵(lì)磁磁路在X方向和Y方向上存在嚴(yán)重的耦合，因而會(huì)使磁軸承的控制難度加大，其四是一個(gè)定子鐵心組成4個(gè)磁極，2個(gè)定子鐵心組成磁軸承左右兩端8個(gè)磁極，永磁體通過(guò)外導(dǎo)磁環(huán)與定子鐵心相連，每個(gè)定子鐵心上繞制有線圈，這種結(jié)構(gòu)同樣可以使得電勵(lì)磁磁路不經(jīng)過(guò)永磁體，而且避免了永磁體直接與疊片的定子鐵心相連，但是由于電勵(lì)磁磁路在X方向和Y方向上仍然存在著嚴(yán)重的耦合，故同樣會(huì)使磁軸承的控制難度增大。鑒于上述原因，現(xiàn)有的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承存在X方向和Y方向耦合嚴(yán)重的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種X方向和Y方向耦合小、易于控制、性能可靠的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案之一為永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，由外導(dǎo)磁體、永磁體、定子鐵心、激磁線圈、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、轉(zhuǎn)子鐵心、外隔磁體組成，其特征在于4個(gè)定子鐵心組成了X、Y正負(fù)方向上的4個(gè)定子磁極，它們之間通過(guò)外隔磁體連接，8個(gè)定子鐵心組成磁軸承左右兩端8個(gè)磁極，每個(gè)定子磁極繞制有激磁線圈，定子鐵心外部為外導(dǎo)磁體，永磁體位于兩個(gè)外導(dǎo)磁體之間，外導(dǎo)磁體與永磁體之間形成第二氣隙，用以構(gòu)成電勵(lì)磁磁通路。定子鐵心內(nèi)部為轉(zhuǎn)子鐵心，定子鐵心內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子鐵心外表面留有一定的間隙，形成空氣隙，內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)安裝在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部，并將左右兩端轉(zhuǎn)子鐵心連接起來(lái)，形成磁通路。此外，上述第二氣隙的長(zhǎng)度應(yīng)大于2倍空氣隙的長(zhǎng)度。
上述方案的原理是永磁體通過(guò)定子鐵心、氣隙、轉(zhuǎn)子鐵心、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、外導(dǎo)磁體構(gòu)成磁路，用以給磁軸承提供永磁偏置磁場(chǎng)，承擔(dān)磁軸承所受的徑向力；由于第二氣隙的存在，可以使得電勵(lì)磁磁路通過(guò)定子鐵心、氣隙、轉(zhuǎn)子鐵心、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、外導(dǎo)磁體和第二氣隙構(gòu)成回路；其中第二氣隙的長(zhǎng)度要大于2倍空氣隙的長(zhǎng)度，這是為了減少永磁體通過(guò)第二氣隙構(gòu)成磁路產(chǎn)生的磁通損失。由于定子鐵心之間用外隔磁體隔開(kāi)，可以使得電勵(lì)磁磁路不會(huì)在X方向和Y方向上產(chǎn)生耦合，使得對(duì)磁軸承的控制更加容易。以Y軸正向磁路為例，本發(fā)明的永磁磁路為磁通從永磁體N極出發(fā)，通過(guò)一端外導(dǎo)磁體、定子鐵心、氣隙、轉(zhuǎn)子鐵心、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)到另一端的轉(zhuǎn)子鐵心、氣隙、定子鐵心、外導(dǎo)磁體回到永磁體S極，形成磁懸浮軸承的主磁路，如圖1實(shí)線所示。電磁磁路為一端的定子鐵心、氣隙、轉(zhuǎn)子鐵心、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、另一端的轉(zhuǎn)子鐵心、氣隙、定子鐵心、外導(dǎo)磁體以及第二氣隙構(gòu)成閉合回路，如圖1虛線所示。這種結(jié)構(gòu)不僅保證了電勵(lì)磁磁路不通過(guò)永磁體內(nèi)部，減小了電勵(lì)磁磁路的磁阻，降低了勵(lì)磁電流，同時(shí)又保證了永磁體磁路不直接通過(guò)疊片的定子鐵心，減小了永磁磁動(dòng)勢(shì)的損失，又由于外隔磁體將各個(gè)定子磁極隔開(kāi)，因而消除了電勵(lì)磁磁路X方向和Y方向的耦合，這樣可以使得控制更加簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案之二為永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，由外導(dǎo)磁體、永磁體、定子鐵心、激磁線圈、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、轉(zhuǎn)子鐵心組成，其特征在于4個(gè)定子鐵心組成了X、Y方向上的4個(gè)定子磁極，它們之間通過(guò)外隔磁體連接，8個(gè)定子鐵心組成磁軸承左右兩端8個(gè)磁極，左右兩端的定子鐵心通過(guò)外導(dǎo)磁體相連，每個(gè)定子磁極繞制有激磁線圈，定子鐵心內(nèi)部為轉(zhuǎn)子鐵心，定子鐵心內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子鐵心外表面留有一定的間隙，形成空氣隙，內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)安裝在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部，永磁體位于兩個(gè)內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)之間，永磁體與內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)之間形成第二氣隙，用以構(gòu)成電勵(lì)磁磁路。另外，上述第二氣隙的長(zhǎng)度應(yīng)大于2倍空氣隙的長(zhǎng)度。
上述方案的原理是永磁體通過(guò)定子鐵心、氣隙、轉(zhuǎn)子鐵心、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、外導(dǎo)磁體構(gòu)成回路，用以給磁軸承提供永磁偏置磁場(chǎng)，承擔(dān)磁軸承所受的徑向力；由于第二氣隙的存在，可以使得電勵(lì)磁磁路通過(guò)定子鐵心、氣隙、轉(zhuǎn)子鐵心、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、第二氣隙和外導(dǎo)磁體構(gòu)成回路；其中第二氣隙的長(zhǎng)度要大于2倍空氣隙的長(zhǎng)度，這是為了減少永磁體通過(guò)第二氣隙構(gòu)成磁路產(chǎn)生的磁通損失。由于定子鐵心之間用外隔磁體隔開(kāi)，可以使得電勵(lì)磁磁路不會(huì)在X方向和Y方向上產(chǎn)生耦合，使得對(duì)磁軸承的控制更加容易。以Y軸正向磁路為例，本發(fā)明的永磁磁路為磁通從永磁體N極出發(fā)，通過(guò)一端內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、轉(zhuǎn)子鐵心、氣隙、定子鐵心、外導(dǎo)磁體到另一端的定子鐵心、氣隙、轉(zhuǎn)子鐵心、另一端的內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)回到永磁體S極，形成磁懸浮軸承的主磁路，如圖3實(shí)線所示。電磁磁路為一端的轉(zhuǎn)子鐵心、氣隙、定子鐵心、外導(dǎo)磁體、另一端的定子鐵心、氣隙、轉(zhuǎn)子鐵心、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)以及第二氣隙構(gòu)成閉合回路，如圖3虛線所示。這種結(jié)構(gòu)不僅保證了電勵(lì)磁磁路不通過(guò)永磁體內(nèi)部，減小了電勵(lì)磁磁路的磁阻，降低了勵(lì)磁電流，同時(shí)又保證了永磁體磁路不直接通過(guò)疊片的定子鐵心，減小了永磁磁動(dòng)勢(shì)的損失，又由于外隔磁體將各個(gè)定子磁極隔開(kāi)，因而消除了電勵(lì)磁磁路X方向和Y方向的耦合，這樣可以使得控制更加簡(jiǎn)單。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明由于利用外導(dǎo)磁體和永磁體之間的第二氣隙，使得電勵(lì)磁磁路通過(guò)定子鐵心、氣隙、轉(zhuǎn)子鐵心、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、第二氣隙和外導(dǎo)磁體閉合，從而避免電勵(lì)磁磁路經(jīng)過(guò)永磁體內(nèi)部，由于該結(jié)構(gòu)使得永磁磁路不直接穿過(guò)疊片的定子鐵心，因而不會(huì)在定子鐵心中損失永磁磁動(dòng)勢(shì)，又由于外隔磁體將各個(gè)定子鐵心隔開(kāi)，從而消除了電勵(lì)磁磁路X方向和Y方向的耦合，這可以使得控制更加簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在一個(gè)機(jī)械設(shè)備中，如果軸向長(zhǎng)度較短，為適應(yīng)安裝尺寸的要求，所述的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承兩端的激磁線圈可單獨(dú)控制，這樣本發(fā)明可作為兩個(gè)軸承使用，以減小軸向尺寸；如果設(shè)備的軸向長(zhǎng)度較長(zhǎng)，為更好的保證設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，可成對(duì)使用所述的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，并使兩軸承的距離盡量拉大，這時(shí)一個(gè)軸承左右兩端的激磁線圈可進(jìn)行串、并聯(lián)聯(lián)結(jié)，節(jié)省控制電路。


圖1為本發(fā)明技術(shù)解決方案之一的外磁鋼、外激磁線圈永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承軸向截面圖；圖2為本發(fā)明技術(shù)解決方案之一的外磁鋼、外激磁線圈永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承軸向端面圖；圖3為本發(fā)明技術(shù)解決方案之二的內(nèi)磁鋼、外激磁線圈永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承軸向截面圖；圖4為本發(fā)明技術(shù)解決方案之二的內(nèi)磁鋼、外激磁線圈永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承軸向端面圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1、2所示，為本發(fā)明技術(shù)解決方案之一的外磁鋼、外激磁線圈永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，即本發(fā)明的基本形式，它由2個(gè)外導(dǎo)磁體1、1個(gè)永磁體2、8個(gè)定子鐵心3、8個(gè)外隔磁體9、8個(gè)激磁線圈4、1個(gè)內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)5、2個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心6組成，4個(gè)定子鐵心3組成了X、Y方向上的4個(gè)定子磁極，8個(gè)定子鐵心3組成了磁軸承左右兩端X、Y方向上的定子磁極，8個(gè)外隔磁體9連接磁軸承左右兩端X、Y方向上的定子鐵心3，每個(gè)定子磁極繞制有激磁線圈4，定子鐵心3外部為外導(dǎo)磁體1，永磁體2位于兩個(gè)外導(dǎo)磁體1之間，外導(dǎo)磁體1與永磁體2之間形成第二氣隙8，用以構(gòu)成電勵(lì)磁磁通路。定子鐵心3內(nèi)部為轉(zhuǎn)子鐵心6，定子鐵心3內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子鐵心6外表面留有一定的間隙，形成空氣隙7，內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)5安裝在轉(zhuǎn)子鐵心6內(nèi)部，并將左右兩端轉(zhuǎn)子鐵心6連接起來(lái)，形成磁通路。
如圖3、4所示，本發(fā)明技術(shù)解決方案之二的內(nèi)磁鋼、外激磁線圈永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承軸，它由1個(gè)外導(dǎo)磁體1、1個(gè)永磁體2、8個(gè)定子鐵心3、8個(gè)激磁線圈4、2個(gè)內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)5、2個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心6組成，4個(gè)定子鐵心3組成了X、Y方向上的4個(gè)定子磁極，8個(gè)定子鐵心3組成了磁軸承左右兩端X、Y方向上的定子磁極，8個(gè)外隔磁體9連接磁軸承左右兩端X、Y方向上的定子鐵心3，每個(gè)定子磁極繞制有激磁線圈4，定子鐵心3外部為外導(dǎo)磁體1，外導(dǎo)磁體1與定子鐵心3相連，定子鐵心3內(nèi)部為轉(zhuǎn)子鐵心6，定子鐵心3內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子鐵心6外表面留有一定的間隙，形成空氣隙7，內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)5安裝在轉(zhuǎn)子鐵心6內(nèi)部，永磁體2位于兩個(gè)內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)5之間，永磁體2與內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)5之間形成第二氣隙8，用以構(gòu)成電勵(lì)磁磁路。
上述本發(fā)明各技術(shù)方案所用的外導(dǎo)磁體1、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)5均用導(dǎo)磁性能良好的材料制成，如電工純鐵、各種碳鋼、鑄鐵、鑄鋼、合金鋼、1J50和1J79等磁性材料等。定子鐵心3、轉(zhuǎn)子鐵心6可用導(dǎo)磁性能良好的電工薄鋼板如電工純鐵、電工硅鋼板DR510、DR470、DW350、1J50和1J79等磁性材料沖壓迭制而成。永磁體2的材料為磁性能良好的稀土永磁體或鐵氧體永磁體，永磁體2為一軸向圓環(huán)，沿軸向充磁。外隔磁體9的材料為銅、鋁、鈦合金等金屬。激磁線圈4用導(dǎo)電良好的電磁線繞制后浸漆烘干而成。
權(quán)利要求
1.永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，由外導(dǎo)磁體(1)、永磁體(2)、定子鐵心(3)、激磁線圈(4)、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)(5)、轉(zhuǎn)子鐵心(6)組成，其特征在于4個(gè)定子鐵心(3)組成了X、Y正負(fù)方向上的4個(gè)定子磁極，它們之間通過(guò)外隔磁體(9)連接，8個(gè)定子鐵心(3)組成磁軸承左右兩端8個(gè)磁極，每個(gè)定子磁極繞制有激磁線圈(4)，定子鐵心(3)外部為外導(dǎo)磁體(1)，永磁體(2)位于兩個(gè)外導(dǎo)磁體(1)之間，外導(dǎo)磁體(1)與永磁體(2)之間形成第二氣隙(8)，用以構(gòu)成電勵(lì)磁磁路，定子鐵心(3)內(nèi)部為轉(zhuǎn)子鐵心(6)，定子鐵心(3)內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子鐵心(6)外表面留有一定的間隙，形成空氣隙(7)，內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)(5)安裝在轉(zhuǎn)子鐵心(6)內(nèi)部，并將左右兩端轉(zhuǎn)子鐵心(6)連接起來(lái)，形成磁通路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于所述的第二氣隙(8)的長(zhǎng)度應(yīng)大于2倍空氣隙(7)的長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于所述的外隔磁體(9)的材料為銅、鋁、鈦合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于所述的永磁體(2)采用稀土永磁材料或鐵氧體永磁材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于所述的外導(dǎo)磁體(1)、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)(5)均采用導(dǎo)磁性能良好的材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于所述的永磁體(2)為一軸向圓環(huán)，沿軸向充磁。
7.永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，由外導(dǎo)磁體(1)、永磁體(2)、定子鐵心(3)、激磁線圈(4)、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)(5)、轉(zhuǎn)子鐵心(6)組成，其特征在于4個(gè)定子鐵心(3)組成了X、Y正負(fù)方向上的4個(gè)定子磁極，它們之間通過(guò)外隔磁體(9)連接，8個(gè)定子鐵心(3)組成磁軸承左右兩端8個(gè)磁極，每個(gè)定子磁極繞制有激磁線圈(4)，定子鐵心(3)外部為外導(dǎo)磁體(1)，外導(dǎo)磁體(1)與定子鐵心(3)相連，定子鐵心(3)內(nèi)部為轉(zhuǎn)子鐵心(6)，定子鐵心(3)內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子鐵心(6)外表面留有一定的間隙，形成空氣隙(7)，內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)(5)安裝在轉(zhuǎn)子鐵心(6)內(nèi)部，永磁體(2)位于兩個(gè)內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)(5)之間，永磁體(2)與內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)(5)之間形成第二氣隙(8)，用以構(gòu)成電勵(lì)磁磁路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于所述的第二氣隙(8)的長(zhǎng)度應(yīng)大于2倍空氣隙(7)的長(zhǎng)度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于所述的外隔磁體的材料為銅、鋁、鈦合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于所述的永磁體(2)采用稀土永磁材料或鐵氧體永磁材料制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于所述的外導(dǎo)磁體(1)、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)(5)均采用導(dǎo)磁性能良好的材料制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于所述的永磁體(2)為一軸向圓環(huán)，沿軸向充磁。
全文摘要
永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承由外導(dǎo)磁體、永磁體、定子鐵心、外隔磁體、激磁線圈、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、轉(zhuǎn)子鐵心組成，4個(gè)定子鐵心組成了X、Y正負(fù)方向上的4個(gè)定子磁極，它們之間通過(guò)外隔磁體連接，8個(gè)定子鐵心組成磁軸承左右兩端8個(gè)磁極，每個(gè)定子磁極繞制有激磁線圈，定子鐵心外面是外導(dǎo)磁體，外導(dǎo)磁體與定子鐵心相連，永磁體位于兩個(gè)外導(dǎo)磁體之間，定子鐵心內(nèi)部是轉(zhuǎn)子鐵心，定子鐵心內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子鐵心外表面留有一定的間隙，形成空氣隙，外導(dǎo)磁體與永磁體之間形成第二氣隙，用以構(gòu)成電勵(lì)磁磁路，內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)安裝在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部，并將左右兩端轉(zhuǎn)子鐵心連接起來(lái)，形成磁通路。本發(fā)明解決了現(xiàn)有永磁偏置混合磁軸承X、Y方向耦合嚴(yán)重的缺點(diǎn)，具有性能可靠、利于控制的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16C32/04GK1667286SQ200510011530
公開(kāi)日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2005年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月6日
發(fā)明者房建成, 孫津濟(jì), 馬善振 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)