本發(fā)明涉及了一種磁懸浮軸承，尤其是涉及了一種徑向兩自由度混合磁懸浮軸承。

背景技術(shù)：

與滾珠軸承、滑動(dòng)軸承等傳統(tǒng)軸承相比，磁懸浮軸承定轉(zhuǎn)子之間不存在機(jī)械接觸，因而轉(zhuǎn)子可以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速，并且具有能耗低、無(wú)需潤(rùn)滑、壽命長(zhǎng)和無(wú)污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)應(yīng)用中具有廣泛的前景。

磁懸浮軸承一般可以分為三類：純電磁式的主動(dòng)磁軸承、純永磁式的被動(dòng)磁軸承和混合磁懸浮軸承?；旌洗艖腋≥S承利用永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)作為靜態(tài)偏置磁場(chǎng)，線圈電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作為控制磁場(chǎng)，又稱為永磁偏置磁懸浮軸承。能夠降低線圈中的電流、降低功率放大器的功耗，減小軸承體積，是目前磁懸浮軸承主要的研究方向。但是現(xiàn)有的徑向兩自由度混合磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在一些不足：部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料加工難度大；在部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，控制電流產(chǎn)生的控制磁場(chǎng)會(huì)穿過(guò)永磁體，因而需要較大的控制電流，功耗變大，同時(shí)也會(huì)對(duì)永磁體反復(fù)進(jìn)行充磁和退磁，影響永磁體的性能和可靠性；部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不同方向的控制磁場(chǎng)之間存在耦合現(xiàn)象，增加控制系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低了軸承整體的可靠性；部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鐵芯硅鋼片的疊壓方向和磁場(chǎng)的方向相同，會(huì)增加磁路中鐵芯的磁阻，進(jìn)而需要更多的永磁體和更大的控制電流，同時(shí)也會(huì)增加設(shè)計(jì)優(yōu)化的難度；部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，異極型磁懸浮軸承的直徑較大，不便于安裝，同極型磁懸浮軸承的軸向長(zhǎng)度較長(zhǎng)，占據(jù)了較長(zhǎng)的一段轉(zhuǎn)子，影響系統(tǒng)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供了一種徑向兩自由度混合磁懸浮軸承，能夠克服上述背景技術(shù)中的一些現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的不足。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明包括兩個(gè)定子鐵芯、轉(zhuǎn)子鐵芯、控制線圈和定子永磁體，兩個(gè)定子鐵芯相交叉垂直安裝，兩個(gè)定子鐵芯之間連接有永磁體，轉(zhuǎn)子鐵芯安裝在兩個(gè)定子鐵芯一端的中間并留有工作氣隙，兩個(gè)定子鐵芯均繞有控制線圈，轉(zhuǎn)子鐵芯同軸安裝在轉(zhuǎn)軸上。

所述的兩個(gè)定子鐵芯均呈c字形，形成中間部和經(jīng)磁極臂連接在中間部?jī)啥说膬蓚€(gè)磁極，兩個(gè)定子鐵芯相交叉垂直放置，在兩個(gè)定子鐵芯的中間部之間通過(guò)永磁體連接，轉(zhuǎn)子鐵芯安裝在兩個(gè)定子鐵芯的磁極端處，轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯磁極端的磁極之間留有工作氣隙，定子鐵芯兩磁極臂上均各繞有一組控制線圈。

同一個(gè)所述定子鐵芯中，兩磁極臂上的兩個(gè)控制線圈串聯(lián)相接，并各自磁極臂通入電流后產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，從而使得定子鐵芯具有環(huán)形的控制磁場(chǎng)磁路。

所述的永磁體的磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)子鐵芯的旋轉(zhuǎn)軸向平行。

所述的轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯均由硅鋼片疊壓而成，硅鋼片的疊壓方向均垂直于磁場(chǎng)方向，轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯硅鋼片的疊壓方向相垂直。

所述的永磁體為軸向充磁，充磁方向沿兩個(gè)定子鐵芯中間部之間連接方向。

通過(guò)永磁體的充磁和兩個(gè)定子鐵芯通入電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的配合控制磁場(chǎng)和永磁偏置磁場(chǎng)在氣隙中抵消或疊加，產(chǎn)生承載力。

兩個(gè)所述定子鐵芯通電電流產(chǎn)生的控制磁場(chǎng)磁路不會(huì)通過(guò)永磁體，并且兩個(gè)定子鐵芯的控制磁場(chǎng)磁路所在平面相垂直，如圖2所示的x、y兩個(gè)方向的控制磁場(chǎng)磁路只通過(guò)對(duì)應(yīng)方向的定子鐵芯，磁路相互解耦。

本發(fā)明的永磁體產(chǎn)生永磁偏置磁場(chǎng)，其磁通從永磁體n極出發(fā)，通過(guò)y軸方向的定子鐵芯、y軸方向氣隙、轉(zhuǎn)子鐵芯、x軸方向氣隙、x軸方向的定子鐵芯，回到永磁體的s極?？刂凭€圈產(chǎn)生控制磁場(chǎng)，y方向控制磁通通過(guò)y方向的定子鐵芯、y軸方向氣隙、轉(zhuǎn)子鐵芯、y軸方向氣隙，回到y(tǒng)方向的定子鐵芯。通過(guò)控制系統(tǒng)向y軸方向的控制線圈中通入控制電流，其產(chǎn)生的控制磁場(chǎng)在y軸方向的一個(gè)氣隙中和永磁體產(chǎn)生的偏置磁場(chǎng)抵消，在另一個(gè)氣隙中疊加，從而在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個(gè)y軸方向的承載力。x方向的控制原理相同，不再贅述。

本發(fā)明的有益效果是：

1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料加工容易；

2、控制電流產(chǎn)生的控制磁場(chǎng)不會(huì)通過(guò)永磁體，需要的控制電流較小，永磁體也不會(huì)出現(xiàn)反復(fù)充磁退磁的現(xiàn)象，保持永磁體性能的穩(wěn)定；

3、兩個(gè)方向的控制磁場(chǎng)通過(guò)不同的定子鐵芯，因而其磁路相互解耦，便于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；

4、定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯中的磁場(chǎng)方向都與硅鋼片的疊壓方向垂直，既能減小磁路中鐵芯部分的磁阻，減小永磁體用量和控制電流大小，也能減小渦流損耗。

5、磁懸浮軸承安裝在轉(zhuǎn)軸末端，轉(zhuǎn)子鐵芯在轉(zhuǎn)軸上所占的長(zhǎng)度較小，而且徑向的尺寸也較小?？梢詽M足多種應(yīng)用場(chǎng)合的工程要求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的永磁體產(chǎn)生的偏置磁路和控制電流產(chǎn)生的控制磁路整體示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的永磁體產(chǎn)生的偏置磁路和控制電流產(chǎn)生的控制磁路截面示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯的疊片方式示意圖。

圖中：1、定子鐵芯，2、轉(zhuǎn)子鐵芯，3、轉(zhuǎn)軸，4、控制線圈，5、永磁體，6、永磁偏置磁場(chǎng)磁路，7、控制磁場(chǎng)磁路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明由定子鐵芯1、轉(zhuǎn)子鐵芯2、定子永磁體5、控制線圈4組成。其中轉(zhuǎn)子鐵芯2安裝在轉(zhuǎn)軸3末端，兩個(gè)c字形狀的定子鐵芯1交叉垂直放置，形成四個(gè)磁極，磁極和轉(zhuǎn)子之間留有工作氣隙，兩個(gè)定子鐵芯1之間安裝有永磁體5，定子鐵芯1上繞有四組控制線圈4。本發(fā)明的磁懸浮軸承安裝在轉(zhuǎn)軸3的末端，轉(zhuǎn)子鐵芯2在轉(zhuǎn)軸3上所占的長(zhǎng)度較小，而且徑向的尺寸也較小，可以滿足多種應(yīng)用場(chǎng)合的工程要求。

兩個(gè)定子鐵芯1均呈c字形，形成中間部和經(jīng)磁極臂連接在中間部?jī)啥说膬蓚€(gè)磁極，但大小不同，兩個(gè)定子鐵芯1相交叉垂直放置，在兩個(gè)定子鐵芯1的中間部之間通過(guò)永磁體5連接，兩個(gè)定子鐵芯1磁極端的磁極在同一平面上相對(duì)齊，轉(zhuǎn)子鐵芯2安裝在兩個(gè)定子鐵芯1的磁極端處，轉(zhuǎn)子鐵芯2和定子鐵芯1磁極端的磁極之間留有工作氣隙，定子鐵芯1兩磁極臂上均各繞有一組控制線圈4。

本發(fā)明的具體實(shí)施原理如下：

如圖2和圖3所示，其xyz坐標(biāo)系中的x和y方向是沿垂直轉(zhuǎn)軸3軸向的兩個(gè)相垂直方向，分別位于在定子鐵芯1所在平面上，z方向是沿轉(zhuǎn)軸3軸向。

在本實(shí)施例中，永磁體5的充磁方式為軸向充磁，產(chǎn)生永磁偏置磁場(chǎng)，永磁偏置磁場(chǎng)磁路6如圖2和圖3中的實(shí)線所示，其磁通從永磁體5一端的n極出發(fā)，通過(guò)y軸方向的外圈的定子鐵芯1后經(jīng)過(guò)兩臂到兩端磁極，再由y軸方向氣隙進(jìn)入轉(zhuǎn)子鐵芯2，接著由x軸方向氣隙進(jìn)入x軸方向的內(nèi)圈的定子鐵芯1，然后通過(guò)兩臂經(jīng)過(guò)內(nèi)圈的定子鐵芯1回到永磁體5另一端的s極。

控制線圈4產(chǎn)生控制磁場(chǎng)，控制磁場(chǎng)磁路7如圖2和圖3中的虛線所示，在同一個(gè)定子鐵芯上的兩個(gè)控制線圈串聯(lián)相接，通入電流后產(chǎn)生的磁場(chǎng)在控制磁路上方向一致。在本實(shí)施例中，對(duì)于中間部磁場(chǎng)方向沿y軸方向的外圈定子鐵芯1，y方向控制磁通通過(guò)其定子鐵芯1一端磁極經(jīng)y軸方向氣隙進(jìn)入轉(zhuǎn)子鐵芯2，再由y軸方向氣隙回到其定子鐵芯1另一端磁極，形成環(huán)路；對(duì)于中間部磁場(chǎng)方向沿x軸方向的外圈定子鐵芯1，x方向控制磁通通過(guò)其定子鐵芯1一端磁極經(jīng)x軸方向氣隙進(jìn)入轉(zhuǎn)子鐵芯2，再由x軸方向氣隙回到其定子鐵芯1另一端磁極，形成環(huán)路。

向y軸方向的控制線圈4中通入控制電流，其產(chǎn)生的控制磁場(chǎng)磁路7在y軸正方向的氣隙中和永磁體5產(chǎn)生的偏置磁場(chǎng)磁路6方向相同，磁場(chǎng)相互疊加，在y軸負(fù)方向的氣隙中方向相反，磁場(chǎng)相互抵消，從而在轉(zhuǎn)子鐵芯2上產(chǎn)生一個(gè)y軸正方向的承載力。對(duì)于x軸方向，原理與上述相同。

控制電流產(chǎn)生的控制磁場(chǎng)磁路7不會(huì)通過(guò)永磁體5，因而需要的控制電流較小，永磁體5也不會(huì)出現(xiàn)反復(fù)充磁退磁的現(xiàn)象，能保持性能的穩(wěn)定。因此，x、y兩個(gè)方向的控制磁場(chǎng)只通過(guò)對(duì)應(yīng)方向的定子鐵芯，因而其磁路相互解耦，便于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子鐵芯2和定子鐵芯1均由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子鐵芯2的疊壓方向?yàn)閦向，定子鐵芯1的疊壓方向?yàn)閤向，兩者的疊壓方向都與鐵芯中的磁場(chǎng)方向垂直，既能減小磁路中鐵芯部分的磁阻，減小永磁體用量和控制電流大小，也能減小渦流損耗。硅鋼片的形狀也很簡(jiǎn)單，加工難度較低。

本說(shuō)明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明的解釋說(shuō)明，并不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所述的具體內(nèi)容，在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、替換和改變等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。