專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低功耗大承載力永磁偏置混合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，特別是一種低功耗大承載力永磁偏置混合徑 向磁軸承，可作為風(fēng)機(jī)、機(jī)床、車(chē)床等軸承位置與設(shè)備位置相對(duì)固定且某特定方向需提供大 承載力的機(jī)械設(shè)備中的無(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磁懸浮軸承，前者使用電流大、功耗大，永磁偏 置磁懸浮軸承利用永磁體產(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)力，因 而這種軸承可大大減小控制電流，降低損耗。但目前的永磁偏置徑向磁軸承結(jié)構(gòu)，諸如專(zhuān)利 ZL2005100112718實(shí)現(xiàn)了低功耗、專(zhuān)利ZL2005100115307實(shí)現(xiàn)了徑向磁軸承徑向水平通道 與垂直通道的解耦，但現(xiàn)有結(jié)構(gòu)采用的定子鐵心均為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，即定子鐵心的磁極為對(duì)稱(chēng) 分布在水平(X)方向和垂直(Y)方向，在X方向和Y方向可以產(chǎn)生同等大小的偏置力，且轉(zhuǎn) 子不發(fā)生偏移時(shí)，永磁體在各個(gè)氣隙下產(chǎn)生的磁密大小相等，這樣當(dāng)某一方向需要提供一 定承載力時(shí)，需要在這個(gè)方向的兩個(gè)線圈中通電流，使一邊氣隙磁場(chǎng)增強(qiáng)，另一邊氣隙磁場(chǎng) 減弱，依靠?jī)蓚€(gè)氣隙中定子對(duì)轉(zhuǎn)子的吸力差來(lái)產(chǎn)生向外輸出的合力。而將磁懸浮軸承應(yīng)用 在風(fēng)機(jī)、機(jī)床等機(jī)械設(shè)備中時(shí)，由于Y方向的轉(zhuǎn)子重量很大，若使磁軸承提供足夠的力來(lái)克 服轉(zhuǎn)子重力，就需要使Y方向上下兩個(gè)氣隙的磁密絕對(duì)值相差較大，而定子磁極對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu) 的磁軸承中永磁磁路在各氣隙中提供的磁密值大小相等，要輸出所需承載力，就要依靠電 磁磁場(chǎng)來(lái)對(duì)永磁磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就會(huì)使得Y方向的線圈中電流很大。由于存在上述缺 陷，故現(xiàn)有的永磁偏置磁軸承在輸出大的承載力時(shí)存在功耗大、體積大、重量大的缺點(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，提供一種大承載力、體積小、重 量輕、功耗小的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在 于由定子部分和轉(zhuǎn)子部分組成，其中轉(zhuǎn)子部分包括轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)和轉(zhuǎn)子鐵心，定子部分為不 對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，由線圈、定子鐵心、定子導(dǎo)磁環(huán)、永磁體和不導(dǎo)磁定子齒組成，每個(gè)定子鐵心有3 個(gè)磁極，每個(gè)定子磁極繞有線圈，兩個(gè)定子鐵心組成磁軸承左右兩端3對(duì)磁極，分別組成X 軸正負(fù)方向及Y正方向的磁極，不導(dǎo)磁定子齒位于Y軸負(fù)方向，與Y軸正方向的磁極關(guān)于X 軸對(duì)稱(chēng)，定子鐵心的徑向外側(cè)為定子導(dǎo)磁環(huán)，兩個(gè)定子導(dǎo)磁環(huán)之間為永磁體，定子鐵心的徑 向內(nèi)側(cè)為轉(zhuǎn)子鐵心，定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心之間為氣隙，轉(zhuǎn)子導(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。
不導(dǎo)磁定子齒對(duì)磁軸承轉(zhuǎn)子可起到保護(hù)支撐的作用，當(dāng)線圈不通電時(shí)可使轉(zhuǎn)子落 在上面，且不導(dǎo)磁定子齒由不銹鋼、銅、鋁、鈦合金或塑料膠木中的任意一種制成。
定轉(zhuǎn)子鐵心和定轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)均采用導(dǎo)磁性能良好的材料，如1J50、1J79、1J22、硅 鋼或非晶中的任意一種疊壓制成。
永磁體為釹鐵硼或其它稀土永磁材料。
氣隙為0. 15mm 0. 32mm，轉(zhuǎn)子鐵心的軸向長(zhǎng)度比定子鐵心的軸向長(zhǎng)度長(zhǎng)2mm 4mm ο
本發(fā)明的原理是永磁體置于定子中，將定子磁極設(shè)計(jì)成不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，-Y方向定 子齒不導(dǎo)磁，這樣永磁磁通通過(guò)外導(dǎo)磁環(huán)、定子鐵心、士X和+Y方向的定子磁極、磁氣隙、轉(zhuǎn) 子鐵心、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)到另一端的轉(zhuǎn)子鐵心、磁氣隙、士X和+Y方向的定子磁極、定子鐵心，形成 回路。采用非對(duì)稱(chēng)定子磁極結(jié)構(gòu)后，當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子中心位置且線圈不通電時(shí)，永磁磁路在水 平X方向的兩個(gè)定子磁極下產(chǎn)生相同的氣隙磁密，這樣X(jué)方向兩個(gè)定子磁極對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心產(chǎn) 生大小相同、方向相反的吸力，使軸承在X方向表現(xiàn)出的承載力為零，而永磁磁路在Y方向 僅在+Y磁極下產(chǎn)生氣隙磁密，在-Y方向定子齒下產(chǎn)生的氣隙磁密為零，這樣Y方向只有+Y 磁極對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)+Y方向的吸力，從而使軸承在Y方向表現(xiàn)出一個(gè)向上的承載力。采取 不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的定子磁極，永磁磁通可用來(lái)提供所需的大部分承載力，而線圈電流只是用來(lái) 對(duì)承載力進(jìn)行調(diào)節(jié)，而不是提供承載力的主要因素，這樣可以使軸承的承載力變大，線圈電 流減小，從而使損耗減小，軸承體積減小，質(zhì)量減輕。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明由于采用不對(duì)稱(chēng)的定子磁極結(jié)構(gòu)，垂 直Y方向只有+Y方向有定子磁極，使得永磁磁路分布不再對(duì)稱(chēng)，在Y方向永磁磁路僅在+Y 磁極下產(chǎn)生氣隙磁密，而-Y定子齒由于采用不導(dǎo)磁材料，使得永磁磁路在-Y下產(chǎn)生的氣隙 磁密為零，這樣當(dāng)轉(zhuǎn)子位于定子中心位置時(shí)，永磁產(chǎn)生的合力總為一個(gè)向上的力，可以承擔(dān) 大部分所需承載力，而線圈電流只是用來(lái)對(duì)氣隙磁密進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證提供承載力的精度， 不需要靠線圈電流來(lái)提供大部分承載力。與傳統(tǒng)永磁偏置混合磁軸承相比，當(dāng)某個(gè)方向需 要提供較大承載力時(shí)，本發(fā)明由于上下兩個(gè)方向氣隙磁密已相差較大，可提供大的承載力， 且不需要在線圈中施加大電流，從而使軸承在輸出大的承載力時(shí)具有功耗小、體積小、重量 小的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的軸向截面圖2為本發(fā)明的端面具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明總體由定子和轉(zhuǎn)子部分組成，轉(zhuǎn)子部分由轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)1和轉(zhuǎn)子 鐵心2組成，定子部分由線圈3、定子鐵心4、定子導(dǎo)磁環(huán)5、永磁體6和不導(dǎo)磁定子齒7組成， 每個(gè)定子鐵心4有3個(gè)磁極，每個(gè)定子磁極由定子鐵心軛及其繞在上面的定子線圈3組成， 兩個(gè)定子鐵心組成磁軸承左右兩端3對(duì)磁極，分別組成X、Y軸正負(fù)方向的磁極，定子鐵心4 的徑向外側(cè)為定子導(dǎo)磁環(huán)5，定子鐵心4的徑向內(nèi)側(cè)為轉(zhuǎn)子鐵心3，定子鐵心4和轉(zhuǎn)子鐵心 2之間為氣隙8，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)1安裝在轉(zhuǎn)子鐵心2內(nèi)部，并將左右兩端轉(zhuǎn)子鐵心2連接起來(lái)， 形成磁通路，兩個(gè)定子導(dǎo)磁環(huán)5之間為永磁體6 ；不導(dǎo)磁定子齒7對(duì)磁軸承轉(zhuǎn)子可起到保護(hù) 支撐的作用，當(dāng)線圈不通電時(shí)可使轉(zhuǎn)子落在不導(dǎo)磁定子齒上，故安裝磁軸承時(shí)要使不導(dǎo)磁 定子齒位于垂直方向，且在轉(zhuǎn)子正下方；-Y方向不導(dǎo)磁定子齒7不發(fā)揮電磁性能方面的作 用，由不銹鋼、銅、鋁、鈦合金或塑料膠木中的任意一種制成；氣隙8為0. 15mm 0. 32mm ；轉(zhuǎn)4子鐵心2和定子鐵心4均采用導(dǎo)磁性能良好的材料，如1J50、1J79、1J22、硅鋼或非晶中的任 意一種制成，且必須是疊層疊壓而成，以減小鐵耗；轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)1和定子導(dǎo)磁環(huán)5均采用導(dǎo) 磁性能良好的材料，如1J50、1J79、1J22或電工純鐵中的任意一種制成，可以采用實(shí)心的導(dǎo) 體；永磁體(6)為釹鐵硼或其他稀土永磁材料；轉(zhuǎn)子鐵心2的軸向長(zhǎng)度比定子鐵心4的軸向 長(zhǎng)度長(zhǎng)2mm 4mmο
權(quán)利要求
1.低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于由定子部分和轉(zhuǎn)子部分 組成，其中轉(zhuǎn)子部分包括轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(1)和轉(zhuǎn)子鐵心O)，定子部分為不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，由線圈(3)、定子鐵心G)、定子導(dǎo)磁環(huán)(5)、永磁體(6)和不導(dǎo)磁定子齒(7)組成，每個(gè)定子鐵心(4)有3個(gè)磁極，每個(gè)定子磁極由定子鐵心軛及其繞在上面的定子線圈C3)組成，兩個(gè)定子 鐵心組成磁軸承左右兩端3對(duì)磁極，分別組成X軸正負(fù)方向及Y正方向的磁極，不導(dǎo)磁定子 齒(7)位于Y軸負(fù)方向，與Y軸正方向的磁極關(guān)于X軸對(duì)稱(chēng)，定子鐵心的徑向外側(cè)為定 子導(dǎo)磁環(huán)(5)，定子鐵心的徑向內(nèi)側(cè)為轉(zhuǎn)子鐵心O)，定子鐵心(4)和轉(zhuǎn)子鐵心(2)之 間為氣隙(8)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(1)安裝在轉(zhuǎn)子鐵心O)內(nèi)部，并將左右兩端轉(zhuǎn)子鐵心( 連接 起來(lái)，形成磁通路，兩個(gè)定子導(dǎo)磁環(huán)( 之間為永磁體(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于所 述的不導(dǎo)磁定子齒(7)對(duì)磁軸承轉(zhuǎn)子可起到保護(hù)支撐的作用，當(dāng)線圈不通電時(shí)可使轉(zhuǎn)子落 在不導(dǎo)磁定子齒上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其 特征在于所述的-Y方向不導(dǎo)磁定子齒(7)由不銹鋼、銅、鋁、鈦合金或塑料膠木中的任意 一種制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于所 述的氣隙(8)為0. 15謹(jǐn) 0. 32謹(jǐn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于所 述的轉(zhuǎn)子鐵心(2)和定子鐵心(4)均采用導(dǎo)磁性能良好的材料，如1J50、1J79、1J22、硅鋼或 非晶中的任意一種疊壓制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于所 述的轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(1)和定子導(dǎo)磁環(huán)( 均采用導(dǎo)磁性能良好的材料，如1J50、1J79、1J22或 電工純鐵中的任意一種制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于所 述的永磁體(6)為釹鐵硼或其它稀土永磁材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于所 述的轉(zhuǎn)子鐵心⑵的軸向長(zhǎng)度比定子鐵心⑷的軸向長(zhǎng)度長(zhǎng)2 4mm。
全文摘要
一種低功耗大承載力永磁偏置混合徑向磁軸承，其特征在于由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子鐵心采取不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，由非對(duì)稱(chēng)定子磁極組成；定子共有8個(gè)定子齒，分布在左右兩端，分別組成X、Y軸正負(fù)方向的定子齒部分，其中各端Y軸負(fù)方向的定子齒采用不導(dǎo)磁材料，其它定子齒采用導(dǎo)磁材料，這樣永磁磁路僅經(jīng)過(guò)±X和+Y方向的磁極閉合，定子鐵心的外面為兩個(gè)導(dǎo)磁環(huán)，兩個(gè)導(dǎo)磁環(huán)沿軸向?qū)⒂来朋w夾在中間。本發(fā)明使永磁磁路結(jié)構(gòu)不再對(duì)稱(chēng)，Y方向只有+Y磁極可以導(dǎo)磁，當(dāng)Y方向提供承載力時(shí)，-Y的定子齒對(duì)轉(zhuǎn)子吸力為零，從而不需要+Y定子齒提供更多的力去抵消-Y的吸力，減小了Y方向的線圈電流，降低功耗，且可以在Y方向提供大的承載力。
文檔編號(hào)F16C32/04GK102042327SQ20101061085
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者蔣濤 申請(qǐng)人:北京奇峰聚能科技有限公司