專利名稱：一種兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非接觸混合式磁懸浮軸承，特別是涉及一種兩氣隙混合式內(nèi)轉(zhuǎn)子 徑向磁軸承。
背景技術(shù)：
當(dāng)前磁懸浮軸承分為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，電磁磁場提供輔助的調(diào)節(jié) 承載力，永磁體產(chǎn)生的磁場承擔(dān)主要的承載力，因而這種承載可減小控制電流，降低損耗。 目前在混合式磁懸浮軸承領(lǐng)域，有以下幾種結(jié)構(gòu)其一，在電磁磁路上放置永磁體，這樣控制線圈所產(chǎn)生的磁通要穿過永磁體，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，這將會增加 軸承的功耗；其二，如圖1所示，將永磁體直接與定子疊片鐵芯相連，這樣永磁磁路在垂直穿過 定子鐵芯時會損失過多的磁動勢，因而會大大削減永磁體對轉(zhuǎn)子的吸力；其三，將永磁體通過導(dǎo)磁環(huán)與疊片鐵芯相連，電磁磁路經(jīng)過疊片鐵芯形成回路，這 樣永磁磁動勢不會再疊片鐵芯中產(chǎn)生損失，同時電磁磁路也不會經(jīng)過永磁體本身，但是這 種結(jié)構(gòu)的徑向磁軸承其永磁磁路所在平面與電勵磁磁路所在平面相互垂直，因而會導(dǎo)致軸 向長度較長，故不能滿足要求小體積、輕重量的應(yīng)用場合。其四，如圖2所示的永磁偏置徑向磁軸承結(jié)構(gòu)(中國專利申請?zhí)?2005100862233. 5)，其永磁磁路與電磁磁路互相平行，可以做到軸向長度短，但是由于8個 定子磁極依次相隔45度，因而在+X、-X、+Y和-Y方向上產(chǎn)生一定的承載力，就需要每個定 子磁極線圈中通入較大的電流才可實(shí)現(xiàn)，因而造成功耗增加。專利一種低功耗永磁偏置外 轉(zhuǎn)子徑向磁軸承(中國專利申請?zhí)?200510086832. 0)，所述結(jié)構(gòu)雖然可以實(shí)現(xiàn)體積小的目 的，但是由于其氣隙磁場在圓周方向上存在磁密大小的波動，因此會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn) 時產(chǎn)生較大的渦流損耗，難以滿足航天對功耗的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn) 子徑向磁軸承，體積小、重量輕且功耗低，易控制等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供的一種兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸 承，包括左定子鐵芯、右定子鐵芯、永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯、激磁線圈以及隔磁體組成，4個左定子 鐵芯和4個右定子鐵芯組成8個定子鐵芯磁極，組成X、Y正負(fù)方向上的四對磁極，每個定子 鐵芯磁極為極靴形式，每對磁極之間采用隔磁體相連；4個永磁體鑲嵌于左定子鐵芯和右 定子鐵芯之間，且在定子圓周上呈90度放置；8個定子鐵芯磁極周圍繞制激磁線圈，定子鐵 芯徑向內(nèi)側(cè)為轉(zhuǎn)子鐵芯，定子鐵芯磁極外表面與轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)表面留有間隙，形成第一類氣 隙，永磁體與左定子鐵芯和右定子鐵芯之間形成第二類氣隙。
所述相鄰每對定子鐵芯磁極的極靴在圓周方向上的距離為定轉(zhuǎn)子之間第一類氣 隙的5倍 10倍，其極尖角為15 30度；且第二類氣隙的長度在其截面積與第一類氣隙 截面積相等時為第一類氣隙的兩倍；所述的永磁體采用稀土永磁材料或鐵氧體永磁材料或 釹鐵硼永磁材料制成；所述的轉(zhuǎn)子鐵芯、左定子鐵芯和右定子鐵芯均采用導(dǎo)磁性能良好的 材料沿軸向沖壓迭制而成。本發(fā)明提供的一種兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，永磁體給磁軸承提供的永 磁偏置磁場，承擔(dān)磁軸承所受的徑向力，電磁線圈所產(chǎn)生的磁場起調(diào)節(jié)作用，用來改變相鄰 兩個定子鐵芯磁極方向上磁場的強(qiáng)弱，保持第一類氣隙的均勻，并使得轉(zhuǎn)子得到無接觸支 撐。如圖3所示，虛線表示永磁磁路磁通從永磁體N極出發(fā)，通過左定子鐵芯，經(jīng)第一類 氣隙，沿轉(zhuǎn)子鐵芯，再經(jīng)第一類氣隙到右定子鐵芯，回到永磁體S極，形成磁懸浮軸承的主 磁路。實(shí)線表示電磁磁路電磁磁通從左定子鐵芯磁極出發(fā)，經(jīng)第一類氣隙，沿轉(zhuǎn)子鐵芯，再 經(jīng)第一類氣隙，到右定子鐵芯，分兩路經(jīng)第二類氣隙，回到左定子鐵芯磁極，構(gòu)成閉合的電 磁磁路。從電磁磁路可以看出，電磁磁路不通過永磁體內(nèi)部，減小了電磁磁路的磁阻，降低 了激磁電流，從而降低了軸承的功耗，同時又使得永磁磁路任一徑向截面內(nèi)與電磁磁路共 面，減小了軸向尺寸，因而大大減小了磁軸承的重量和體積，8個定子鐵芯磁極在+X、_X、+Y 和-Y方向上分布緊湊，使得產(chǎn)生同樣大小承載力所需的電流更小。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明提供的一種兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁 軸承，采用永磁磁場作為偏置磁場，相比傳統(tǒng)的電磁軸承，消除了線圈中的偏置電流，降低 了繞組的銅耗，因此軸承的功耗低。其永磁磁路與電磁磁路在任一徑向截面內(nèi)共面，相比圖 1和圖2的永磁偏置磁軸承，有效減小了磁軸承的軸向尺寸，同時由于定子鐵心采用極靴形 式，因此可以降低徑向磁軸承定轉(zhuǎn)子之間氣隙中的磁密波動，從而降低磁軸承的旋轉(zhuǎn)功耗; 另外，永磁體與左定子鐵芯和右定子鐵芯之間的徑向兩側(cè)均形成第二類氣隙，因而更易于 定子的加工。


圖1 一種現(xiàn)有定子鐵芯損耗較大的混合徑向磁軸承截面2 —種現(xiàn)有永磁偏置外轉(zhuǎn)子徑向磁軸承截面3本發(fā)明一種兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明一種兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，包括左定子鐵芯301、右定子鐵芯302、 永磁體303、轉(zhuǎn)子鐵芯304、激磁線圈305以及隔磁體308組成，4個左定子鐵芯301和4個 右定子鐵芯302組成8個定子鐵芯磁極，組成X、Y正負(fù)方向上的四對磁極，每個定子鐵芯磁 均為極靴形式，每對磁極之間采用隔磁體308相連；4個永磁體303鑲嵌于左定子鐵芯301 和右定子鐵芯302之間，且在定子圓周上呈90度放置；8個定子鐵芯磁極周圍繞制激磁線 圈，定子鐵芯徑向內(nèi)側(cè)為轉(zhuǎn)子鐵芯304，定子鐵芯磁極外表面與轉(zhuǎn)子鐵芯304內(nèi)表面留有間 隙，形成第一類氣隙306，永磁體303與左定子鐵芯和右定子鐵芯的兩側(cè)之間形成第二類氣 隙307。如圖3中標(biāo)注a所示部分，每對定子鐵芯磁極的極靴在圓周方向上的距離為定轉(zhuǎn)子之間第一類氣隙的5倍 10倍以減小磁極之間的相互影響，一般第一類氣隙為0. 3mm 0. 5mm，所以定子鐵芯極靴之間的距離為1. 5 5mm，其極尖角0 :考慮磁飽和以及線圈305 的下線取15 30度，極尖角太小容易引起極靴部分的磁飽和，太大容易引起下線困難，另 外，定子磁極之間拐角的角度e 2為90 110度以保證鐵芯中的磁密分布均勻不致于產(chǎn)生 磁密集中現(xiàn)象；第二類氣隙307的長度在其截面積與第一類氣隙306截面積相等時大于或 等于第一類氣隙的兩倍，一般為0. 6 1mm。本發(fā)明提供的一種兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，所用的左定子鐵芯301和 右定子鐵芯302采用高飽和磁密、高電阻率、疊片厚度更小的軟磁材料，如硅鋼片等疊壓制 成；轉(zhuǎn)子鐵芯304應(yīng)用導(dǎo)磁性能良好的電工薄片鋼板，如電工純鐵、電工硅鋼板或硅鋼薄帶 等磁性材料沖壓迭制而成；永磁體303可采用磁性能良好的稀土永磁體或鐵氧體永磁體或 釹鐵硼永磁體，永磁體為平行充磁，勵磁線圈305用導(dǎo)電良好的電磁線繞制后浸漆烘干而 成，所述隔磁體308的材料為銅、鋁、鈦合金的任意一種。本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
一種兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于包括左定子鐵芯(301)、右定子鐵芯(302)、永磁體(303)、轉(zhuǎn)子鐵芯(304)、激磁線圈(305)以及隔磁體(308)組成，4個左定子鐵芯(301)和4個右定子鐵芯(302)組成8個定子鐵芯磁極，組成X、Y正負(fù)方向上的四對磁極，每個定子鐵芯磁極為極靴形式，每對磁極之間通過隔磁體(308)相連；4個永磁體(303)鑲嵌于左定子鐵芯(301)和右定子鐵芯(302)之間，且在定子圓周上呈90度放置；8個定子鐵芯磁極周圍繞制激磁線圈，定子鐵芯徑向內(nèi)側(cè)為轉(zhuǎn)子鐵芯(304)，定子鐵芯磁極表面與轉(zhuǎn)子鐵芯(304)內(nèi)表面留有間隙，形成第一類氣隙(306)，永磁體(303)與左定子鐵芯(301)和右定子鐵芯(302)之間形成第二類氣隙(307)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于所述相鄰 每對定子鐵芯磁極的極靴在圓周方向上的距離為定轉(zhuǎn)子之間第一類氣隙(306)的5倍 10 倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于所述定子 鐵芯磁極極靴的極尖角為15 30度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于第二類氣 隙(307)的長度在其截面積與第一類氣隙(306)截面積相等時為第一類氣隙的兩倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于所述的永 磁體(303)采用稀土永磁材料或鐵氧體永磁材料或釹鐵硼永磁材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其特征在于所述的轉(zhuǎn) 子鐵芯(304)、左定子鐵芯(301)和右定子鐵芯(302)均采用導(dǎo)磁性能良好的材料沿軸向沖 壓迭制而成。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種兩氣隙永磁偏置內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，包括左定子鐵芯、右定子鐵芯、永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯與激磁線圈，8個定子鐵芯組成X、Y方向磁極，4個定子帶有極靴，并均勻分布在圓周上，其中4個永磁體鑲嵌于左定子鐵芯和右定子鐵芯之間，且在定子圓周上呈90度放置。定子鐵芯磁極外表面與轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)表面留有間隙，形成第一類氣隙，永磁體與定子鐵芯兩側(cè)留有間隙，形成第二類氣隙。
文檔編號F16C32/04GK101907130SQ20101022632
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者蔣濤 申請人:北京奇峰聚能科技有限公司