CN101368595A - 一种具有大轴向承载能力的永磁轴承结构 - Google Patents

一种具有大轴向承载能力的永磁轴承结构 Download PDF

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Abstract

具有大承载能力的永磁轴承结构包括轴承定子与轴承转子(5)，轴承定子由软磁环(1)、定位环(2)、外永磁环(3)和内永磁环(4)组成；在轴承定子中，定位环(2)的外圆周上设置外永磁环(3)，在定位环(2)的内圆周上设置内永磁环(4)，在定位环(2)的上部设置软磁环(1)，软磁环(1)的外圆与外永磁环(3)的外圆相等，软磁环(1)的内圆与内永磁环(4)的内圆相等，轴承定子与轴承转子(5)之间有轴向气隙，二者位于同一条轴线上，内外永磁环均采用轴向充磁，为形成封闭磁路，内外永磁环磁极反向放置。通过此种新型永磁轴承结构，有效地减少了磁路磁漏及降低磁路磁阻。与同材料同体积的传统永磁轴承结构相比轴承定子与转子间的轴向吸力更大。

Description

一种具有大轴向承载能力的永磁轴承结构
技术领域
本发明涉及一种用于储能飞轮中的轴向承载永磁轴承，此类永磁轴承也能用于机械仪表等机构中。属于磁悬浮轴承的技术领域。
背景技术
磁轴承是利用磁场力将转轴悬浮起来的一类轴承。目前有超导磁悬浮、电磁悬浮、永磁悬浮等悬浮方式，也有的是两种的组合。由于高转速、无机械磨损、可靠性高、动态特性可调等优点，磁悬浮轴承非常适用于飞轮储能***及机械仪表等机构中。超导磁悬浮轴承的效率很高，但技术要求及成本高；电磁悬浮需要激磁电流，消耗电力，效率相比较低，且电磁轴承***体积较大也限制其应用；相对于超导磁悬浮与电磁悬浮，永磁轴承具有结构紧凑简单、体积小、无功耗等优势，越来越多地在储能飞轮中得到使用，为飞轮提供轴向卸载，永磁轴承还有一定的径向刚度，保证径向的稳定性。
目前储能飞轮的发展趋势是大储能量、大功率，飞轮的体积与质量随之变大，所以为飞轮提供轴向卸载的永磁轴承要求有大承载能力，且飞轮***内体积有限，则提高永磁轴承在有限体积内的轴向承载能力很有意义。
发明内容
技术问题：针对传统双环永磁轴承的轴向承载能力不足，本发明提供一种大轴向承载能力的永磁轴承。该永磁轴承结构磁路中绝大部分磁力线经过轴承定子与轴承转子间的轴向气隙，有效地降低磁路磁漏与磁阻，增强了轴向气隙磁感应强度。使得轴承定子对转子的轴向吸引力得以较大提高。
技术方案：本发明具有大承载能力的永磁轴承结构包括轴承定子与轴承转子，轴承定子由软磁环、定位环、外永磁环和内永磁环组成；在轴承定子中，定位环的外圆周上设置外永磁环，在定位环的内圆周上设置内永磁环，在定位环的上部设置软磁环，软磁环的外圆与外永磁环的外圆相等，软磁环的内圆与内永磁环的内圆相等，轴承定子与轴承转子之间有轴向气隙，二者位于同一条轴线上，内外永磁环均采用轴向充磁，为形成封闭磁路，内外永磁环磁极反向放置。
轴承定子与轴承转子间轴向气隙可调节。
有益效果：通过此种新型永磁轴承结构，有效地减少了磁路磁漏及降低磁路磁阻。与同材料同体积的传统永磁轴承结构相比轴承定子与转子间的轴向吸力更大。可用于大储能、大功率的储能飞轮的轴向卸载，也可以促进机械仪表的微型化。以φ30×φ84×12的新型永磁轴承为例，轴向气隙在8mm之内，轴向吸力相对于同体积同材料的传统永磁轴承平均提高了45.8％。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的大轴向承载能力的永磁轴承(简称新型结构)与同体积单环永磁轴承(简称传统结构)承载能力对比图。
图中包括：轴承定子、轴承转子，轴承定子由软磁环1、定位环2、外永磁环3和内永磁环4组合而成。图中箭头代表磁化方向。
具体实施方式
这种永磁轴承由轴承定子、轴承转子组成，轴承定子由一个软磁环、一个定位环与二个永磁环组合，永磁环均为轴向磁化，且内外永磁环磁化方向相反。永磁环材料是Nd-Fe-B系永磁材料，此材料具有较大的矫顽力与剩磁感应强度；软磁环材料采用导磁性能较好的40Cr(调质处理)；定位环选用不导磁的硬铝材料。
轴承定子与轴承转子形成闭合磁路，二者之间的作用力为轴向吸力。通过轴承定子与轴承转子间的吸力将飞轮转子悬浮起来，从而实现轴向卸载。永磁轴承的轴向力与径向刚度的大小可以通过调整轴向气隙来调节。当两磁环间轴向位移减小时，轴向吸力与径向刚度均增大；反之，轴向力与径向刚度均减小。
如附图所示，本发明中组成轴承定子的主要部件有：
软磁环1的材料采用调质处理40Cr；
定位环2的材料采用不导磁材料硬铝(牌号为2A13)；
外永磁环3与内永磁环4的材料均是Nd-Fe-B系烧结永磁体，材料牌号是N40，这种永磁环可以在专业的磁产品厂家定做；
轴承转子5与飞轮转子一体，材料为调质处理40Cr；
轴承定子结构中内外永磁环的磁化方向相反，轴承定子与轴承转子间有轴向气隙，永磁轴承的轴向吸力及径向刚度大小可通过改变轴向气隙来调节。
在轴承定子中，定位环2的外圆周上设置外永磁环3，在定位环2的内圆周上设置内永磁环4，在定位环2的上部设置软磁环1，软磁环1的外圆与外永磁环3的外圆相等，软磁环1的内圆与内永磁环4的内圆相等，轴承定子与轴承转子5之间有轴向气隙，二者位于同一条轴线上，内外永磁环均采用轴向充磁，为形成封闭磁路，内外永磁环磁极反向放置。轴承定子与轴承转子5间轴向气隙可调节。

Claims (2)

1.一种具有大承载能力的永磁轴承结构，其特征在于该结构包括轴承定子与轴承转子(5)，轴承定子由软磁环(1)、定位环(2)、外永磁环(3)和内永磁环(4)组成；在轴承定子中，定位环(2)的外圆周上设置外永磁环(3)，在定位环(2)的内圆周上设置内永磁环(4)，在定位环(2)的上部设置软磁环(1)，软磁环(1)的外圆与外永磁环(3)的外圆相等，软磁环(1)的内圆与内永磁环(4)的内圆相等，轴承定子与轴承转子(5)之间有轴向气隙，二者位于同一条轴线上，内外永磁环均采用轴向充磁，为形成封闭磁路，内外永磁环磁极反向放置。
2.根据权利要求1所述的具有大承载能力的永磁轴承结构，其特征在于轴承定子与轴承转子(5)间轴向气隙可调节。
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