CN1270108C - 一种低功耗永磁偏置轴向磁轴承 - Google Patents
一种低功耗永磁偏置轴向磁轴承 Download PDFInfo
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Abstract
一种低功耗永磁偏置轴向磁轴承，由轴承体、激磁线圈、永磁体、导磁环、激磁气隙组成，永磁体紧贴在轴承体上，并在磁轴承的内外气隙上产生不同极性的磁场，激磁线圈绕制在轴承体上，产生激磁磁通，导磁环紧贴在永磁体上并在导磁环与轴承体之间形成激磁气隙，该激磁气隙给激磁线圈产生的磁通提供磁路。本发明所述的永磁偏置轴向磁轴承在一个机械中应成对对称使用，旋转机械与两个磁轴承所对应的部分应是导磁材料制成。本发明使电磁磁路不通过永磁体内部，减小了电激磁磁路的磁阻，降低了激磁电流。本发明具有功耗低、体积小、重量轻、加工制造方便等优点，可作为电机、机床等机械设备中旋转部件的无接触支撑。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种低功耗永磁偏置轴向磁轴承，可作为电机、机床等机械设备中旋转部件的无接触支撑。
背景技术
永磁电磁磁轴承具有低功耗的关键是保证激磁线圈产生的磁通不通过永磁体，但现有的永磁偏置轴向磁轴承结构，有些是在普通轴向电磁轴承的基础上，在电磁磁路上放置永磁体，使控制线圈所产生的磁通要穿过永磁体，由于永磁体磁阻很大，控制线圈要产生一定的电磁磁通需要较大的激磁电流，另外有些结构的电激磁磁路虽然没有穿过永磁体，但是垂直穿过转子叠片铁心，这就需要很大的电激磁磁势才能满足控制的要求，故现有的永磁偏置轴向磁轴承存在功耗大、体积大、重量大的缺点。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种功耗低、体积小、重量轻、加工制造方便的低功耗永磁偏置轴向磁轴承。
本发明的技术解决方案之一为：低功耗永磁偏置轴向磁轴承，由轴承体(1)、激磁线圈(2)、永磁体(3)、导磁环(4)和激磁气隙(5)组成，激磁线圈绕制在轴承体(1)上，产生激磁磁通，导磁环(4)紧贴在永磁体(3)上，其特征在于：永磁体(3)在激磁线圈(2)的内部，并紧贴在轴承体(1)上，并在磁轴承的内外气隙上产生不同极性的磁场，在导磁环(4)与轴承体(1)之间在永磁体(3)内侧形成激磁气隙(5)，该激磁气隙(5)给激磁线圈(2)产生的电激磁磁通提供磁路。上述的永磁偏置轴向磁轴承在一个机械中应成对对称使用，旋转机械与两个磁轴承所对应的部分应是导磁材料制成。
上述方案的原理是：永磁体给磁轴承提供永磁偏置磁场，承担磁轴承所受的轴向力，激磁线圈所产生的磁场起调节作用，用来改变转子轴两侧气隙磁场的强弱，保持磁轴承与机械设备的旋转部分所形成的气隙均匀，并使机械设备的旋转部分得到无接触支撑。
本发明的技术解决方案之二为：低功耗永磁偏置轴向磁轴承，由轴承体(1)、激磁线圈(2)、永磁体(3)、导磁环(4)和激磁气隙(5)组成，激磁线圈(2)绕制在轴承体(1)上，产生激磁磁通，导磁环(4)紧贴在永磁体(3)上，其特征在于：永磁体(3)在激磁线圈(2)的外部，并紧贴在轴承体(1)上，并在磁轴承的内气隙和外气隙产生不同极性的磁场，在导磁环(4)与轴承体(1)之间在永磁体(3)的外侧形成激磁气隙(5)，该激磁气隙(5)给激磁线圈(2)产生的电激磁磁通提供磁路。方案二与方案一相比，永磁体移至激磁线圈外部。上述的永磁偏置轴向磁轴承在一个机械中应成对对称使用，旋转机械与两个磁轴承所对应的部分应是导磁材料制成。
上述方案的原理是：永磁体给磁轴承提供永磁偏置磁场，承担磁轴承所受的轴向力，激磁线圈所产生的磁场起调节作用，用来改变转子轴两侧气隙磁场的强弱，保持磁轴承与机械设备所形成的气隙均匀，并使机械设备的旋转部分得到无接触支撑。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明由于采用永磁磁场作为偏置磁场，与传统电磁轴承相比消除了在线圈电流中占主要分量的偏置激磁电流，降低了绕组铜耗和控制功放损耗，因此功耗很低。同时该结构与传统电磁轴承相比，本发明在支撑机械上所产生的电磁磁场，只有大小的变化，而无极性的变化，因而使用本发明具有很低的铁耗。与现有的永磁偏置磁轴承相比，本发明所述的低功耗永磁偏置轴向磁轴承，其永磁磁路与电激磁磁路分离，因电激磁磁路磁阻很低，很小的激磁电流就能产生较大的磁通，因而节省了功耗。
附图说明
图1为本发明的内磁钢、外激磁线圈低功耗永磁偏置轴向磁轴承轴向截面图；
图2为本发明的内磁钢、外激磁线圈低功耗永磁偏置轴向磁轴承轴向端面图(沿激磁气隙剖面图)；
图3为本发明的外磁钢、内激磁线圈低功耗永磁偏置轴向磁轴承轴向截面图；
图4为本发明的外磁钢、内激磁线圈低功耗永磁偏置轴向磁轴承轴向端面图(沿激磁气隙剖面图)。
具体实施方式
如图1、2所示，为本发明的内磁钢、外激磁线圈低功耗永磁偏置轴向磁轴承，即本发明的基本形式，它由轴承体1、激磁线圈2、永磁体3、导磁环4、激磁气隙5组成。永磁体3紧贴在轴承体1上，并在磁轴承的内外气隙上产生不同极性的磁场，激磁线圈2绕制在轴承体1上，产生激磁磁通，导磁环4紧贴在永磁体3上，并在导磁环4与轴承体1之间形成激磁气隙5，该激磁气隙给激磁线圈产生的磁通提供磁路。
如图1、2所示，设永磁体N极朝向导磁环4，则本发明的永磁磁路为：磁通从永磁体N极出发，通过导磁环4、内气隙、被支撑件旋转部分、经外气隙、轴承体1、回到永磁体S极，形成磁悬浮轴承的主磁路，如图1实线所示；设左端激磁线圈产生的磁场与永磁体产生的磁场相同，则激磁线圈2产生的磁通路径为：由轴承体1、激磁气隙5、导磁环4、经内气隙、被支撑件旋转部分、外气隙、回到轴承体1，构成闭合回路，如图1虚线所示。这样保证了大部分电激磁磁通不通过永磁体内部，减小了电激磁磁路的磁阻，降低了激磁电流。
如图3、4所示，为本发明的另一种结构形式，即外磁钢、内激磁线圈低功耗永磁偏置轴向磁轴承，永磁体3移至激磁线圈2外部，由轴承体1、激磁线圈2、永磁体3、导磁环4、激磁气隙5组成，永磁体3紧贴在轴承体1上，并在磁轴承的内外气隙上产生不同极性的磁场，激磁线圈2绕制在轴承体1上，产生激磁磁通，导磁环4紧贴在磁钢上，并在导磁环4与轴承体1之间形成激磁气隙5，该激磁气隙5给激磁线圈产生的磁通提供磁路。
如图3、4所示，设永磁体N极朝向导磁环4，本发明的永磁磁路为：磁通从永磁体N极出发，通过导磁环4、内气隙、被支撑件旋转部分、经外气隙、轴承体1、回到永磁体S极，如图3实线所示，形成磁悬浮轴承的主磁路；设左端激磁线圈产生的磁场与永磁体产生的磁场相同，则激磁线圈2产生的磁通路径为：由轴承体1、激磁气隙5、导磁环4、经内气隙，被支撑件旋转部分、外气隙、回到轴承体1，如图4虚线所示，构成闭合回路，这样保证了大部分电激磁磁路不通过永磁体内部，减小了电激磁磁路的磁阻，降低了激磁电流。
上述两个方案中的永磁偏置轴向磁轴承在一个机械中应成对对称使用，如图1、图3所示。轴承体1、导磁环4及旋转机械与两个磁轴承所对应的部分，均应用导磁性能良好的材料制成，如各种碳钢、各种合金钢、电工纯铁、铸铁、铸钢等。永磁体3为一轴向圆环，沿轴向充磁，采用磁性能良好的稀土永磁体或铁氧体永磁体，激磁线圈2采用导电良好的电磁线绕制后浸漆烘干而成。
Claims (8)
1、一种低功耗永磁偏置轴向磁轴承，由轴承体(1)、激磁线圈(2)、永磁体(3)、导磁环(4)和激磁气隙(5)组成，激磁线圈绕制在轴承体(1)上，产生激磁磁通，导磁环(4)紧贴在永磁体(3)上，其特征在于：永磁体(3)在激磁线圈(2)的内部，并紧贴在轴承体(1)上，并在磁轴承的内外气隙上产生不同极性的磁场，在导磁环(4)与轴承体(1)之间在永磁体(3)内侧形成激磁气隙(5)，该激磁气隙(5)给激磁线圈(2)产生的电激磁磁通提供磁路。
2、根据权利要求1所述的低功耗永磁偏置轴向磁轴承，其特征在于：所述的永磁体(3)为一轴向圆环，沿轴向充磁。
3、根据权利要求1所述的低功耗永磁偏置轴向磁轴承，其特征在于：所述的永磁体(3)采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料制成。
4、根据权利要求1所述的低功耗永磁偏置轴向磁轴承，其特征在于：所述的轴承体(1)、导磁环(4)均用导磁性能良好的材料制成。
5、低功耗永磁偏置轴向磁轴承，由轴承体(1)、激磁线圈(2)、永磁体(3)、导磁环(4)和激磁气隙(5)组成，激磁线圈(2)绕制在轴承体(1)上，产生激磁磁通，导磁环(4)紧贴在永磁体(3)上，其特征在于：永磁体(3)在激磁线圈(2)的外部，并紧贴在轴承体(1)上，并在磁轴承的内气隙和外气隙产生不同极性的磁场，在导磁环(4)与轴承体(1)之间在永磁体(3)的外侧形成激磁气隙(5)，该激磁气隙(5)给激磁线圈(2)产生的电激磁磁通提供磁路。
6、根据权利要求5所述的低功耗永磁偏置轴向磁轴承，其特征在于：所述的永磁体(3)为一轴向圆环，沿轴向充磁。
7、根据权利要求5所述的低功耗永磁偏置轴向磁轴承，其特征在于：所述的永磁体(3)采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料制成。
8、根据权利要求5所述的低功耗永磁偏置轴向磁轴承，其特征在于：所述的轴承体(1)、导磁环(4)均用导磁性能良好的材料制成。
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