CN111022499A - 径向大承载力混合磁轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及非机械接触磁轴承，公开一种径向大承载力混合磁轴承，包括定子和位于定子内圈的转子，定子包括左径向定子铁心、四个等距离分布于圆周边的尺寸相同的轴向铁心，右径向定子铁心和非导磁外壳。转子包括左转子铁心、轴向磁化的永磁环、右转子铁心与转轴。本发明由一个轴向磁化的转子永磁环提供静态偏置磁通，径向控制绕组通电产生的径向控制磁通调节相应的偏置磁通；该结构的混合磁轴承径向磁极无绕组，磁极面积可以设计到最大，有效增大了径向承载力和降低轴向长度，体积小，结构紧凑，临界转速高，悬浮力密度大。

Description

径向大承载力混合磁轴承
技术领域
本发明涉及非机械接触磁轴承技术领域，特别涉及一种轴向绕组混合磁轴承，可作为飞轮***、机床电主轴、离心机等高速传动部件的无接触悬浮支承。
背景技术
磁轴承是利用定子和转子之间的电磁力将转子悬浮于空间，使定、转子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承。目前，磁轴承按照控制电流类型分为交流式与直流式。交流式磁轴承采用三相逆变器驱动的三极磁轴承，减小了功率放大器体积和磁轴承的成本，但是三极结构在空间上不对称，并且要求三相逆变器三相电流和为零，使悬浮力在径向两自由度的最大悬浮力不等；此外，三极交流式磁轴承悬浮力与电流、位移之间的非线性严重，径向两个自由度存在耦合。直流式磁轴承一般为八极或者四极结构，该结构的磁轴承径向二自由度需要四路单极性或两路双极性直流功率，性能优越。
现有的四极混合磁轴承结构共性都是径向定子磁极绕制控制绕组产生径向控制磁通，径向控制磁通经过径向工作气隙，与相应的偏置磁通相互作用产生径向悬浮力。该结构的混合磁轴承径向控制绕组占用径向空间，径向磁极面积无法做到最大，且还需设置位于两侧的外壳来保护绕组，导致径向承载力小，轴向长度较长、临界转速低。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种径向大承载力混合磁轴承，径向磁极无绕组，磁极面积可以设计到最大，有效增大了径向承载力和降低轴向长度，体积小，结构紧凑，临界转速高，悬浮力密度大。
技术方案：本发明提供了一种径向大承载力混合磁轴承，包括定子和位于定子内圈的转子，所述定子包括从左到右依次排列的左径向定子铁心、4个等距离分布于圆周边的尺寸相同的轴向铁心、右径向定子铁心以及非导磁外壳；所述左、右径向定子铁心分别由4个隔磁铝块沿圆周均匀的分成四块；每个轴向铁心均位于左侧径向相邻的两个隔磁铝块和右侧径向相邻的两个隔磁铝块之间且其上均绕制集中式径向控制绕组；所述非导磁外壳设置在左、右径向定子铁心外侧；
所述转子包括从左到右依次排列的左转子铁心、轴向磁化的永磁环、右转子铁心以及转轴；所述左、右转子铁心分别与所述左、右径向定子铁心位置相对且等宽的转子铁心部分分别设有凸出的左、右吸力盘，所述左、右吸力盘分别与所述左、右径向定子铁心形成左、右径向气隙，所述转轴贯穿于所述左、右转子铁心以及轴向磁化的永磁环上。
进一步地，所述径向控制绕组用于径向悬浮控制，相对的径向两极绕组反向串联或并联。
进一步地，所述左、右径向定子铁心、轴向铁心以及左、右转子铁心均由导磁材料制成。
进一步地，所述轴向磁化的永磁环为稀土永磁材料制成。
进一步地，所述左吸力盘、右吸力盘与左、右径向定子铁心轴向长度相等。
有益效果：
1、本发明径向大承载力混合磁轴承磁极面积可以设计到最大，有效增大了径向承载力和降低轴向长度，体积小，结构紧凑，临界转速高，悬浮力密度大。
2、本发明定子中采用4个轴向铁心，四个轴向铁心生成直流式混合磁轴承。
附图说明
图1为本发明径向大承载力混合磁轴承结构示意图；
图2为本发明径向大承载力混合磁轴承悬浮磁通图；
图3为本发明径向大承载力混合磁轴承轴向铁心左视图。
1-左径向定子铁心，2-轴向铁心、3-右径向定子铁心、4-非导磁外壳、5-隔磁铝块，6-径向控制绕组，7-左转子铁心，8-右转子铁心，9-轴向磁化的永磁环，10-转轴，11-左吸力盘，12-右吸力盘，13-左径向气隙，14-右径向气隙，15-径向悬浮控制磁通，16-静态偏置磁通。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、 “顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明涉及非机械接触磁轴承技术领域，为了解决传统的混合磁轴承径向控制绕组占用径向空间，径向磁极面积无法做到最大，且还需设置位于两侧的外壳来保护绕组，导致径向承载力小，轴向长度较长、临界转速低灯问题，本发明公开了一种径向大承载力混合磁轴承，包括定子和位于定子内圈的转子。
定子包括从左到右依次排列的左径向定子铁心1、4个等距离分布于圆周边的尺寸相同的轴向铁心2、右径向定子铁心3以及非导磁外壳4。左径向定子铁心1、右径向定子铁心3分别由与轴向铁心2对应个数的隔磁铝块5沿圆周均匀的分成多块，本实施例中轴向铁心2的个数为4个，则左径向定子铁心3由4个隔磁铝块5沿圆周均匀的分成4块，右径向定子铁心3由4个的隔磁铝块5沿圆周均匀的分成4块，左径向定子铁心3被分成的4块，每块弧度与每块轴向铁心2的弧度相同而且被分成的4块位置与每块轴向铁心2一一对应。
每个轴向铁心2均位于左侧径向相邻的两个隔磁铝块5和右侧径向相邻的两个隔磁铝块5之间，参见附图1，即每个轴向铁心2位于左径向定子铁心1的相邻的两个隔磁铝块5以及右径向定子铁心3的相邻的两个隔磁铝块5之间。
在每个轴向铁心2上均绕制集中式径向控制绕组6。非导磁外壳4设置在左、右径向定子铁心外侧。
转子包括从左到右依次排列的左转子铁心7、轴向磁化的永磁环9、右转子铁心8以及转轴10。左转子铁心7与左径向定子铁心1位置相对且等宽的转子铁心部分设有凸出的左吸力盘11，右转子铁心8与右径向定子铁心3位置相对且等宽的转子铁心部分设有凸出的右吸力盘12，即参见附图1，左径向定子铁心1、右径向定子铁心3为圆环中空设计，左转子铁心7与左径向定子铁心1位置相对，位于左径向定子铁心1的圆环内，在左转子铁心7上设置的左吸力盘11的轴向长度与左径向定子铁心1的轴向长度相同。右转子铁心8与右径向定子铁心3位置相对，位于右径向定子铁心3的圆环内，在右转子铁心8上设置的右吸力盘12的轴向长度与右径向定子铁心3的轴向长度相同。左吸力盘11与左径向定子铁心1的圆环内壁形成左径向气隙13，右吸力盘12与右径向定子铁心3的圆环内壁形成右径向气隙14。
转轴10贯穿于左转子铁心7、右转子铁心8以及轴向磁化的永磁环9上，起到支撑作用。
径向控制绕组6用于径向悬浮控制，相对的径向两极绕组反向串联或并联。
左径向定子铁心1、右径向定子铁心3、轴向铁心2以及左转子铁心7、右转子铁心8均由导磁材料制成。轴向磁化的永磁环9为稀土永磁材料制成。
本实施方式采用4个轴向铁心2形成四极混合磁轴承，该混合磁轴承为直流式磁轴承。
轴向磁化的永磁环9提供静态偏置磁通16，静态偏置磁通16的磁路为：磁通从轴向磁化的永磁环9的N极出发，通过左吸力盘11、左径向气隙13、左径向定子铁心1、顶部的轴向铁心2、右径向定子铁心3、右径向气隙14、右吸力盘12回到轴向磁化的永磁环9的S极。
假设4个轴向铁心2从图1左视图方向，参见附图3，分别标记为轴向铁心2d、轴向铁心2e、轴向铁心2f、轴向铁心2g。
顶部轴向铁心2d上绕制的径向控制绕组6通电产生的径向悬浮控制磁通15，其磁路为：左径向定子铁心1、左径向气隙13、左吸力盘11、左径向定子铁心1、轴向铁心2g、右径向定子铁心3、右径向气隙14、右吸力盘12、右径向定子铁心3、轴向铁心2d形成闭合路径。
悬浮原理：径向由静态偏置磁通16与径向悬浮控制磁通15相互作用，使得与转子径向偏心方向相同一侧气隙磁场叠加减弱，而相反方向气隙磁场叠加增强，在转子上产生与转子偏移方向相反的力，将转子拉回径向平衡位置。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种径向大承载力混合磁轴承，包括定子和位于定子内圈的转子，其特征在于，
所述定子包括从左到右依次排列的左径向定子铁心、4个等距离分布于圆周边的尺寸相同的轴向铁心、右径向定子铁心以及非导磁外壳；所述左、右径向定子铁心分别由4个隔磁铝块沿圆周均匀的分成四块；每个轴向铁心均位于左侧径向相邻的两个隔磁铝块和右侧径向相邻的两个隔磁铝块之间且其上均绕制集中式径向控制绕组；所述非导磁外壳设置在左、右径向定子铁心外侧；
所述转子包括从左到右依次排列的左转子铁心、轴向磁化的永磁环、右转子铁心以及转轴；所述左、右转子铁心分别与所述左、右径向定子铁心位置相对且等宽的转子铁心部分分别设有凸出的左、右吸力盘，所述左、右吸力盘分别与所述左、右径向定子铁心形成左、右径向气隙，所述转轴贯穿于所述左、右转子铁心以及轴向磁化的永磁环上。
2.根据权利要求1所述的径向大承载力混合磁轴承，其特征在于，所述径向控制绕组用于径向悬浮控制，相对的径向两极绕组反向串联或并联。
3.根据权利要求1所述的径向大承载力混合磁轴承，其特征在于，所述左、右径向定子铁心、轴向铁心以及左、右转子铁心均由导磁材料制成。
4.根据权利要求1所述的径向大承载力混合磁轴承，其特征在于，所述轴向磁化的永磁环为稀土永磁材料制成。
5.根据权利要求1所述的径向大承载力混合磁轴承，其特征在于，所述左吸力盘、右吸力盘与左、右径向定子铁心轴向长度相等。
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Assignee: Shanghai Yanqiao Information Technology Co.,Ltd.

Assignor: HUAIYIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980047724

Denomination of invention: Radial high bearing capacity hybrid magnetic bearing

Granted publication date: 20230929

License type: Common License

Record date: 20231121

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