專利名稱：永磁偏置軸向磁軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種磁軸承技術(shù)領(lǐng)域的混合磁軸承，尤其涉及的是一種永磁偏置 軸向磁軸承。
背景技術(shù)：
磁懸浮軸承又簡(jiǎn)稱為磁軸承，是利用定子和轉(zhuǎn)子之間的磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空 間，使定子和轉(zhuǎn)子之間沒有機(jī)械接觸的一種新型高性能軸承。由于定、轉(zhuǎn)子之間不存在機(jī)械 上的接觸，所以磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)子可達(dá)到很高的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，并且具有機(jī)械磨損小、能耗低、 壽命長(zhǎng)、無潤(rùn)滑、無污染等優(yōu)點(diǎn)，特別適合高速、真空和超潔凈等特殊的應(yīng)用場(chǎng)合。目前，磁軸承按照磁力提供的方式分為以下幾種第一種是主動(dòng)磁軸承，這種磁 軸承線圈中存在偏置電流，以提供偏置磁場(chǎng)，由控制電流流經(jīng)控制繞組產(chǎn)生的控制磁通與 偏置磁通進(jìn)行疊加，從而產(chǎn)生可控的懸浮力，體積、重量和功耗都比較大。第二種是被動(dòng)磁 軸承，這種磁軸承的懸浮力完全由永磁體提供，其所需的控制器簡(jiǎn)單，懸浮功耗小，但是剛 度和阻尼都較小，一般運(yùn)用于僅在一個(gè)方向上支撐物體或者是減輕作用在傳統(tǒng)軸承上的負(fù) 荷。第三種是混合磁軸承，這種磁軸承采用永磁材料替代主動(dòng)磁軸承中的電磁鐵來產(chǎn)生偏 置磁場(chǎng)，電磁鐵提供的只是平衡負(fù)載或干擾的控制磁場(chǎng)，大大降低了因偏置電流產(chǎn)生的功 率損耗，電磁鐵所需的安匝數(shù)只是主動(dòng)磁軸承的一半，縮小了磁軸承的體積，減輕了其重 量，并提高了承載能力。目前國(guó)際上研究的永磁偏置軸向磁軸承結(jié)構(gòu)形式分為三種，一種是將永磁體置于 轉(zhuǎn)子中，使安裝難度增大，限制其高速運(yùn)行；第二種磁軸承將懸浮轉(zhuǎn)子置于定子的兩側(cè)，軸 向長(zhǎng)度長(zhǎng)，臨界轉(zhuǎn)速低；第三種磁軸承中軸向控制磁通穿過永磁體，對(duì)永磁體呈明顯的去磁 作用，漏磁較大，在高速、高效的應(yīng)用場(chǎng)合受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種永磁偏置軸向磁 軸承，其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，控制方便，通過將轉(zhuǎn)子鐵心設(shè)計(jì)為薄片狀圓盤形，臨界轉(zhuǎn)速高，可產(chǎn) 生一穩(wěn)定的被動(dòng)懸浮力，將其用于垂直放置的飛輪儲(chǔ)能裝置中，可大幅降低磁軸承的懸浮 功耗。技術(shù)方案本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件， 所述的定子組件包括軸向定子、軸向控制繞組、永磁體和徑向定子，所述的轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn) 軸和轉(zhuǎn)子鐵心，其中軸向控制繞組繞于軸向定子的磁極上，轉(zhuǎn)子鐵心套裝于轉(zhuǎn)軸上，徑向 定子設(shè)于軸向定子內(nèi)，永磁體貼附于徑向定子的外端且和軸向定子的內(nèi)端面相接觸，轉(zhuǎn)子 鐵心設(shè)于軸向定子和徑向定子的內(nèi)部；所述的轉(zhuǎn)子鐵心是圓盤形，圓盤的中心套接于轉(zhuǎn)軸 上，徑向定子設(shè)于圓盤的兩端，軸向定子設(shè)于圓盤的外端，所述的轉(zhuǎn)子鐵心套接于轉(zhuǎn)軸的部 分的長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)軸的長(zhǎng)度相同。所述的徑向定子只用于流以偏置磁通，為便于懸浮轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，所述的轉(zhuǎn)子鐵心和徑向定子是實(shí)心軟磁材料制成。本發(fā)明工作時(shí)本發(fā)明的永磁偏置軸向磁軸承，利用位于轉(zhuǎn)子鐵心兩側(cè)的兩個(gè)相 同的徑向充磁的環(huán)形永磁體來建立靜態(tài)偏置磁場(chǎng)，通過軸向定子、轉(zhuǎn)子鐵心和徑向定子來 形成閉合磁路，當(dāng)轉(zhuǎn)子鐵心位于軸向平衡位置時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，環(huán)形永磁體產(chǎn)生的磁 通在轉(zhuǎn)子鐵心的軸向端面的右面氣隙和左面氣隙處是相等的，此時(shí)左右吸力相等；假定此 時(shí)轉(zhuǎn)子受到一水平向左的擾動(dòng)力，則軸向控制繞組通以控制電流在軸向氣隙中產(chǎn)生控制磁 通與偏置磁通疊加，右氣隙中磁場(chǎng)增強(qiáng)，左氣隙中控制磁場(chǎng)與偏置磁場(chǎng)方向相反，磁場(chǎng)減 弱，在轉(zhuǎn)子鐵心上產(chǎn)生水平向右的懸浮力；若轉(zhuǎn)子受到向右的擾動(dòng)力，則控制電流反向，形 成的控制磁通反向與偏置磁通疊加，形成向左的懸浮力；如將其軸向氣隙設(shè)計(jì)為不對(duì)稱結(jié) 構(gòu)，則可產(chǎn)生一穩(wěn)定的靜態(tài)懸浮力，將其用于垂直放置的飛輪裝置中，可大幅降低軸承的功
^^ ο有益效果本發(fā)明中徑向定子只用于流以偏置磁通，為實(shí)心圓盤，大為簡(jiǎn)化了磁軸 承的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子鐵心主要用以流以偏置磁軸承，這種圓盤狀的轉(zhuǎn)子鐵心，不但大為縮短了磁 軸承的軸向長(zhǎng)度，提高了轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，同時(shí)，也縮短了軸向控制磁通的磁路，降低了軸 向勵(lì)磁磁通的損耗。軸向定子的磁極位于徑向定子之上，不僅縮短了整個(gè)軸承的軸向長(zhǎng)度， 而且使軸向控制磁通與徑向磁路互不干擾，不產(chǎn)生磁路耦合。同時(shí)，該磁軸承利用永磁體產(chǎn) 生偏置磁通，還具有功耗小，軸向長(zhǎng)度短的優(yōu)點(diǎn)，在飛輪儲(chǔ)能、空調(diào)壓縮機(jī)、渦輪分子泵等高 速應(yīng)用場(chǎng)合具有廣闊的應(yīng)用前景，將其利用于航空航天和艦艇等國(guó)防領(lǐng)域則更具有重要意 義。如將其軸向氣隙設(shè)計(jì)為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，則可產(chǎn)生一穩(wěn)定的靜態(tài)懸浮力，將其用于垂直放置 的飛輪裝置中，可大幅降低軸承的功耗。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的磁路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。如圖1所示，本實(shí)施例包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件，其中定子組件設(shè)于轉(zhuǎn)子組件的 外周。所述的定子組件包括軸向定子1、軸向控制繞組2、永磁體3和徑向定子4，所述的轉(zhuǎn) 子組件包括轉(zhuǎn)子鐵心5和轉(zhuǎn)軸6，其特征在于軸向控制繞組2繞于軸向定子1的磁極上， 轉(zhuǎn)子鐵心5套裝于轉(zhuǎn)軸6上，徑向定子4設(shè)于軸向定子1內(nèi)，永磁體3貼附于徑向定子4的 外端且和軸向定子1的內(nèi)端面相接觸，轉(zhuǎn)子鐵心5設(shè)于軸向定子1和徑向定子4的內(nèi)部；所 述的轉(zhuǎn)子鐵心5是圓盤形，圓盤的中心套接于轉(zhuǎn)軸6上，徑向定子4設(shè)于圓盤的兩端，軸向 定子1設(shè)于圓盤的外端，所述的轉(zhuǎn)子鐵心5套接于轉(zhuǎn)軸6的部分的長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)軸6的長(zhǎng)度相 同。所述的徑向定子4是兩個(gè)實(shí)心圓盤，分別設(shè)于轉(zhuǎn)子鐵心5的兩端，所述的軸向定子 1的內(nèi)端面和環(huán)形永磁體3相接觸，徑向充磁的環(huán)形永磁體3采用釹鐵硼制成，分別貼附于兩個(gè)徑向定子4的外端，兩個(gè)徑向定子4完全相同，只用于流以偏置磁通，也用實(shí)心軟磁材 料制成圓盤狀。為便于懸浮轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子鐵心5也采用實(shí)心軟磁材料制成，套裝在 轉(zhuǎn)軸6上，與軸向定子1形成軸向氣隙，與徑向定子4形成徑向氣隙，位于軸向定子1的磁 極中的轉(zhuǎn)子鐵心5主要用以流以偏置磁軸承，可制成薄片圓盤狀，這種圓盤狀的轉(zhuǎn)子鐵心 5，不但大為縮短了磁軸承的軸向長(zhǎng)度，提高了轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，同時(shí)，也縮短了軸向控制磁 通的磁路，降低了軸向勵(lì)磁磁通的損耗。軸向定子1的磁極位于徑向定子4之上，不僅縮短 了整個(gè)軸承的軸向長(zhǎng)度，而且使軸向控制磁通與徑向磁路互不干擾，不產(chǎn)生磁路耦合。如其 軸向氣隙為左右不對(duì)稱布置，則可產(chǎn)生一穩(wěn)定的被動(dòng)懸浮力。 如圖2中實(shí)線所示，環(huán)形永磁體3產(chǎn)生偏置磁通，經(jīng)軸向定子1的磁極、軸向氣隙、 轉(zhuǎn)子鐵心5、徑向氣隙和徑向定子4形成閉合磁路；如圖2中虛線所示，軸向控制磁通在軸 向定子1的磁極、軸向氣隙、轉(zhuǎn)子鐵心5形成閉合回路。
權(quán)利要求
一種永磁偏置軸向磁軸承，包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件，所述的定子組件包括軸向定子(1)、軸向控制繞組(2)、永磁體(3)和徑向定子(4)，所述的轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸(6)和轉(zhuǎn)子鐵心(5)，其特征在于軸向控制繞組(2)繞于軸向定子(1)的磁極上，轉(zhuǎn)子鐵心(5)套裝于轉(zhuǎn)軸(6)上，徑向定子(4)設(shè)于軸向定子(1)內(nèi)，永磁體(3)貼附于徑向定子(4)的外端且和軸向定子(1)的內(nèi)端面相接觸，轉(zhuǎn)子鐵心(5)設(shè)于軸向定子(1)和徑向定子(4)的內(nèi)部；所述的轉(zhuǎn)子鐵心(5)是圓盤形，圓盤的中心套裝于轉(zhuǎn)軸(6)上，徑向定子(4)設(shè)于圓盤的兩端，軸向定子(1)設(shè)于圓盤的外端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置軸向磁軸承，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子鐵心(5)和 徑向定子(4)是實(shí)心軟磁材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置軸向磁軸承，其特征在于所述的永磁體(3)是環(huán) 形，由釹鐵硼制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置軸向磁軸承，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子鐵心(5)套 裝于轉(zhuǎn)軸(6)的部分的長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)軸(6)的長(zhǎng)度相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁偏置軸向磁軸承，其特征在于所述的徑向定子(4)是 兩個(gè)實(shí)心圓盤，分別設(shè)于轉(zhuǎn)子鐵心(5)的兩端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁軸承技術(shù)領(lǐng)域的永磁偏置軸向磁軸承，包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件，所述的定子組件包括軸向定子、軸向控制繞組、永磁體和徑向定子，所述的轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子鐵心，其中軸向控制繞組繞于軸向定子的磁極上，轉(zhuǎn)子鐵心套裝于轉(zhuǎn)軸上，徑向定子設(shè)于軸向定子內(nèi)，永磁體貼附于徑向定子的外端且和軸向定子的內(nèi)端面相接觸，轉(zhuǎn)子鐵心設(shè)于軸向定子和徑向定子的內(nèi)部；所述的轉(zhuǎn)子鐵心是圓盤形，圓盤的中心套接于轉(zhuǎn)軸上，徑向定子設(shè)于圓盤的兩端，軸向定子設(shè)于圓盤的外端。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，臨界轉(zhuǎn)速高，功耗低，可將其軸向氣隙不對(duì)稱布置，則產(chǎn)生一穩(wěn)定的被動(dòng)懸浮力，將其用于垂直放置的飛輪儲(chǔ)能裝置中，可大幅降低磁軸承的懸浮功耗。
文檔編號(hào)F16C32/04GK101893038SQ201010244928
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者沈國(guó)良, 趙旭升 申請(qǐng)人:南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院