本實(shí)用新型屬于電氣和機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種非機(jī)械接觸軸承，特指一種永磁偏置徑向混合磁軸承，作為飛輪系統(tǒng)、機(jī)床電主軸、離心機(jī)等高速傳動(dòng)部件的無(wú)接觸懸浮支承。

背景技術(shù)：

永磁偏置徑向混合磁軸承由永磁體提供靜態(tài)偏置磁磁通，由直流信號(hào)提供控制磁通，具有可以減小控制電流、降低損耗等優(yōu)點(diǎn)。但是該混合型磁軸承由于采用直流控制，而直流功率放大器價(jià)格高，體積大，一個(gè)徑向混合磁軸承通常需要四路單極性或兩路雙極性功率放大電路，從而使徑向磁軸承體積大，成本高，大大限制了其應(yīng)用?，F(xiàn)有的徑向二自由度磁軸承需要占用較大的軸向空間，不能滿足磁懸浮飛輪、陀螺等所要求的體積小、重量輕的要求，并且不利于轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的提高。為了減少磁軸承的體積，降低磁軸承功耗和生產(chǎn)成本，提高磁軸承的工作性能，擴(kuò)大磁軸承的應(yīng)用領(lǐng)域，需要有一種新的機(jī)械結(jié)構(gòu)和磁路結(jié)構(gòu)的永磁偏置徑向混合磁軸承。

中國(guó)專利公開號(hào)為CN201326646，名稱為“一種異極性永磁偏置軸向徑向磁軸承”的文獻(xiàn)中提出了一種徑向定子為對(duì)稱布置的八磁極結(jié)構(gòu)的直流式徑向二自由度外轉(zhuǎn)子混合磁軸承，采用雙片八極同極性磁軸承結(jié)構(gòu)來(lái)控制徑向2個(gè)自由度，需要4路單極性（或2路雙極型）直流功率放大電路驅(qū)動(dòng)控制8個(gè)徑向控制線圈，此結(jié)構(gòu)的磁軸承重量和體積相對(duì)較大，因此不能滿足磁懸浮飛輪等航天器所要求的體積小、重量輕的目的。中國(guó)專利公開號(hào)為CN1737388，名稱為“三自由度交直流徑向-軸向混合磁軸承及其控制方法”的文獻(xiàn)中提出的磁軸承采用單片式結(jié)構(gòu)的定子，定子分為軸向定子和徑向定子兩部分，磁極及轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是軸向控制線圈與徑向控制線圈所占的空間有限，導(dǎo)致磁軸承承載力下降、散熱性能差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提出一種結(jié)構(gòu)緊湊、功率放大電路體積小、效率高、軸承承載力大，同時(shí)可由三相逆變器控制的二自由度永磁偏置徑向混合磁軸承，能減小電主軸或各種需要懸浮支承旋轉(zhuǎn)主軸的軸向尺寸，以使得系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速得到進(jìn)一步提高。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：本實(shí)用新型包括轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子和定子鐵心，轉(zhuǎn)子同軸套在轉(zhuǎn)軸外，轉(zhuǎn)子外同軸套有圓環(huán)形的定子鐵心，在定子鐵心的圓環(huán)內(nèi)緣設(shè)有12個(gè)徑向凸出的定子磁極，12個(gè)定子磁極沿圓周方向均勻布置，在其中兩兩不相鄰的6個(gè)定子磁極的每個(gè)定子磁極中間各開有徑向槽，每個(gè)徑向槽中放置一塊永磁體，未放置有永磁體的6個(gè)定子磁極上均繞制控制線圈，6個(gè)控制線圈都通過(guò)一個(gè)三相逆變器與交流電源相連；定子磁極和轉(zhuǎn)子之間留有徑向氣隙；所有永磁體均徑向充磁，N極在外側(cè)，S極在內(nèi)側(cè)。

進(jìn)一步地，6個(gè)控制線圈沿順時(shí)針方向依次是第一、第二、第三、第四、第五、第六控制線圈，第一控制線圈與三相逆變器的-A相連接，第二控制線圈與三相逆變器的+B相連接，第三控制線圈與三相逆變器的-C相連接，相對(duì)的第四、第五、第六控制線圈分別與三相逆變器的+A相、-B相、+C一一對(duì)應(yīng)地相連接。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

1、本實(shí)用新型通過(guò)構(gòu)造一種全新的磁路與機(jī)械結(jié)構(gòu)，縮短了轉(zhuǎn)子的軸向長(zhǎng)度和磁軸承的體積，相比于普通的二自由度磁軸承和單自由度磁軸承，大大減小了磁軸承的空間尺寸；本實(shí)用新型采用6個(gè)徑向充磁的方型永磁體來(lái)提供靜態(tài)偏置磁場(chǎng)，在徑向定子、轉(zhuǎn)子之間形成閉合回路，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，使整個(gè)軸承體積更小，重量更輕，提高了懸浮轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。在相同功率或支承力下，大大縮小了軸向的長(zhǎng)度；或使得相同體積下系統(tǒng)功率可以做的更高，懸浮力可以做得更大，特別適合用在磁懸浮飛輪等航空航天及軍事設(shè)施等領(lǐng)域。

2、本實(shí)用新型由永磁體提供徑向靜態(tài)偏置磁通來(lái)產(chǎn)生靜態(tài)承載力，由徑向控制線圈所提供的控制磁通來(lái)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)懸浮力并克服外界擾動(dòng)力和負(fù)載力，使轉(zhuǎn)子在徑向二自由度懸浮并處于平衡狀態(tài)。本實(shí)用新型的徑向二自由度不使用直流功率放大器而只采用一個(gè)三相功率逆變器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，相比于常規(guī)的徑向二自由度磁軸承需4路功率放大電路，大大減小功率放大器的體積與成本，降低了功率損耗，并且控制更加簡(jiǎn)化。三相逆變器采用DSP處理器進(jìn)行控制，使得只需要通過(guò)軟件的編程就可以輕松地將工業(yè)上通用變頻器用于磁軸承功率放大器，簡(jiǎn)單可靠，降低了制造與運(yùn)行成本。

3、本實(shí)用新型將方形的永磁體放置在定子磁極中，提供的偏置磁場(chǎng)上下對(duì)稱，左右相等，當(dāng)轉(zhuǎn)子處于中間位置時(shí)，在偏置磁場(chǎng)的作用下，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的懸浮。

4、本實(shí)用新型將控制線圈置于定子圓盤中，而軸承的其他部件不占用其所屬空間，可為控制線圈提供足夠的空間，因此可增大承載力，散熱性能好。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型一種二自由度永磁偏置徑向混合磁軸承的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2為圖1所示本實(shí)用新型的磁通示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型包括轉(zhuǎn)軸8、轉(zhuǎn)子4和定子鐵心5，最中間是轉(zhuǎn)軸8，轉(zhuǎn)子4同軸套在轉(zhuǎn)軸8外，與轉(zhuǎn)軸8固定一起。轉(zhuǎn)子4由硅鋼片疊壓而成，在轉(zhuǎn)子4外同軸套有圓環(huán)形的定子鐵心5，定子鐵心5采用電工純鐵加工而成。定子鐵心5與轉(zhuǎn)子4的軸向長(zhǎng)度相等。在定子鐵心5的圓環(huán)內(nèi)緣設(shè)有12個(gè)徑向凸出的定子磁極，12個(gè)定子磁極沿圓周方向均勻布置，在其中兩兩不相鄰的6個(gè)定子磁極的每個(gè)定子磁極中間各開有徑向槽，每個(gè)徑向槽中放置一塊永磁體1，使永磁體1固定鑲嵌在對(duì)應(yīng)的定子磁極的徑向槽中?？偣卜胖?個(gè)永磁體1，每?jī)蓚€(gè)永磁體1之間間隔一個(gè)未放置有永磁體1的定子磁極。6個(gè)永磁體1沿順時(shí)針方向依次是永磁體11、12、13、14、15、16。在未放置有永磁體1的6個(gè)定子磁極上均繞制控制線圈2，6個(gè)控制線圈2沿順時(shí)針方向依次是控制線圈21、22、23、24、24、25、26，其中，第一個(gè)永磁體11和第二個(gè)永磁體12之間是第一個(gè)控制線圈21。

永磁體1的內(nèi)緣與定子磁極的內(nèi)緣相同，弧度貼合，兩者的內(nèi)緣相平齊，永磁體1的外緣與定子鐵心5的內(nèi)緣相平齊。定子磁極和轉(zhuǎn)子4之間留有徑向氣隙3，徑向氣隙3的大小為0.3mm-0.5mm。

永磁體1采用稀土釹鐵硼制成，提供靜態(tài)偏置磁通。所有永磁體1的軸向長(zhǎng)度與定子鐵心5的軸向長(zhǎng)度相等，所有永磁體1均徑向充磁，N極在外側(cè)，靠近定子鐵心5；S極在內(nèi)側(cè)，靠近轉(zhuǎn)子4。

6個(gè)控制線圈2都連接一個(gè)三相逆變器，通過(guò)一個(gè)三相逆變器與交流電源相連，用以產(chǎn)生控制磁通。其中，控制線圈21與三相逆變器的-A相連接，控制線圈22與三相逆變器的+B相連接，控制線圈23與-C相連接，相對(duì)的控制線圈24、25、26分別與三相逆變器的+A相、-B相、+C一一對(duì)應(yīng)地相連接。

如圖2所示，以轉(zhuǎn)子4的中心為原點(diǎn)，以第一個(gè)永磁體11的中心方向?yàn)閅軸正方向，X軸正方向與Y軸X軸正方向相垂直。通過(guò)三相逆變器給控制線圈2通電，靜態(tài)偏置磁通6從永磁體11的N極出發(fā)，分為兩路，一路經(jīng)定子鐵心5、繞制控制線圈21的定子磁極、徑向氣隙3、永磁體11的S極、永磁體11的N極，形成一個(gè)閉合回路；另一路經(jīng)定子鐵心5、繞制控制線圈26的定子磁極、徑向氣隙3、永磁體11的S極、永磁體11的N極，形成一個(gè)閉合回路，兩路磁通構(gòu)成閉合回路?？刂拼磐?經(jīng)定子鐵心5、相鄰兩個(gè)繞制有控制線圈兩個(gè)定子磁極、徑向氣隙3，形成一個(gè)閉合回路。在某一時(shí)刻下，B相通入電流所產(chǎn)生的控制磁通7與永磁體1所提供的靜態(tài)偏置磁通6相疊加，而-B相通入電流所產(chǎn)生的控制磁通7與永磁體1提供的靜態(tài)偏置磁通6相抵消，因此可產(chǎn)生沿B相磁極方向的懸浮力，同理可知，A、C相也可產(chǎn)生沿A、C相磁極方向的懸浮力，并由X、Y方向分解可得出X、Y方向的懸浮力。本實(shí)用新型采用三相逆變器為控制線圈21、22、23、24、25、26提供控制電流，隨時(shí)調(diào)整承載力的大小。通過(guò)改變控制線圈21、22、23、24、25、26中的電流大小，調(diào)整氣隙3處磁通密度的大小，就可進(jìn)而調(diào)節(jié)徑向懸浮力的大小和方向，克服外界擾動(dòng)或負(fù)載，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子4的穩(wěn)定懸浮。