CN203939869U - 一种永磁偏置轴向径向磁轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁偏置轴向径向磁轴承，包括定子组件和转子组件，所述的定子组件包括径向定子、片状永磁体和径向控制绕组，所述转子组件包括转子和转子铁心，转子铁心套装在转子上，所述定子组件设置在转子组件的外周，所述定子组件还包括轴向定子，所述轴向定子设置于永磁磁极的底端，且置于转子铁心两侧。本实用新型的永磁偏置轴向径向磁轴承具有磁通路径短和漏磁较小的优点。利用置于永磁磁极底端的轴向定子，产生具有轴向分量的偏置磁通，大为简化了磁轴承的结构，安装便利。同时，该磁轴承利用永磁体产生偏置磁通，还具有功耗小，轴向长度短的优点，在飞轮储能、空调压缩机、涡轮分子泵等高速应用场合具有广阔的应用前景，将其利用于航空航天和舰艇等国防领域则更具有重要意义。

Description

一种永磁偏置轴向径向磁轴承

技术领域

本实用新型的永磁偏置轴向径向磁轴承属磁轴承中的混合磁轴承的技术领域。

背景技术

磁悬浮轴承又简称为磁轴承，是利用定子和转子之间的磁力作用将转子悬浮于空间，使定子和转子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承。由于定、转子之间不存在机械上的接触，所以磁悬浮轴承的转子可达到很高的运转转速，并且具有机械磨损小、能耗低、寿命长、无润滑、无污染等优点，特别适合高速、真空和超洁净等特殊的应用场合。

目前，磁轴承按照磁力提供的方式分为以下几种：第一种是主动磁轴承，这种磁轴承线圈中存在偏置电流，以提供偏置磁场，由控制电流流经控制绕组产生的控制磁通与偏置磁通进行叠加，从而产生可控的悬浮力，体积、重量和功耗都比较大。第二种是被动磁轴承，这种磁轴承的悬浮力完全由永磁体提供，其所需的控制器简单，悬浮功耗小，但是刚度和阻尼都较小，一般运用于仅在一个方向上支撑物体或者是减轻作用在传统轴承上的负荷。第三种是混合磁轴承，这种磁轴承采用永磁材料替代主动磁轴承中的电磁铁来产生偏置磁场，电磁铁提供的只是平衡负载或干扰的控制磁场，大大降低了因偏置电流产生的功率损耗，电磁铁所需的安匝数只是主动磁轴承的一半，缩小了磁轴承的体积，减轻了其重量，并提高了承载能力。

目前国际上研究的永磁偏置轴向径向磁轴承结构形式主要分为两种，一种是将径向磁轴承与轴向磁轴承分离开来，利用同一永磁体提供径向和轴向偏置磁通，这种结构转子轴向长度长，转子临界转速低；另一种是将轴向和径向集成在一起，结构紧凑，转子动态性能得以提高。但多采用同极性结构形式，即利用轴向定子形成偏置磁路，使径向定子磁极形成同极性排列，使磁轴承的磁滞损耗得以减小。

专利ZL200910030100.8公开了一种永磁偏置的轴向径向磁轴承，包括径向定子、片状永磁体、径向控制绕组、单绕组的轴向控制绕组、套装在转子上的转子铁心。径向定子为对称布置的六磁极结构,分别为三个套装有径向控制绕组的控制磁极,三个与控制磁极间隔布置的嵌放片状永磁体的永磁磁极。然而，该专利的结构复杂，安装不便。

实用新型内容

为解决上述问题,本实用新型旨在提供一种永磁偏置轴向径向磁轴承，并采用以下方案：

一种永磁偏置轴向径向磁轴承，包括定子组件和转子组件，所述的定子组件包括径向定子1、片状永磁体２和径向控制绕组3，所述转子组件包括转子5和转子铁心6，转子铁心（6）套装在转子5上，所述定子组件设置在转子组件的外周，其特征在于：所述定子组件还包括轴向定子4，所述轴向定子4设置于永磁磁极的底端，且置于转子铁心两侧。

径向定子1为对称布置的八磁极结构，所述磁极为套装有控制绕组3的控制磁极；片状永磁体２为4个永磁磁极；径向控制绕组3为两个相向的径向控制绕组串联相接；转子铁心6采用硅钢片叠压制成。

本实用新型的优点为：本实用新型的永磁偏置轴向径向磁轴承，径向偏置磁通、控制磁通完全在同一平面内闭合，所以具有磁通路径短和漏磁较小的优点。利用置于永磁磁极底端的轴向定子，产生具有轴向分量的偏置磁通，大为简化了磁轴承的结构，安装便利。同时，该磁轴承利用永磁体产生偏置磁通，还具有功耗小，轴向长度短的优点，在飞轮储能、空调压缩机、涡轮分子泵等高速应用场合具有广阔的应用前景，将其利用于航空航天和舰艇等国防领域则更具有重要意义。

附图说明

图1是一种永磁偏置轴向径向磁轴承的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是一种永磁偏置轴向径向磁轴承工作原理图。

图4是图3的俯视图。

图中：1、径向定子；2、片状永磁体；3、径向控制绕组；4、轴向定子；5、转子；6、转子铁心。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明:

如图1所示，本实用新型的异极性永磁偏置轴向径向磁轴承，包括定子组件和转子组件，所述的定子组件包括径向定子1，其中径向定子1为空间对称布置的八磁极结构，在径向定子1磁极上间隔套装有四个径向控制绕组3，两个相向的径向控制绕组串联相接，4个嵌放片状永磁体２的为永磁磁极，其底端装有轴向定子，置于控制磁极之间，用以产生偏置磁通。所述转子组件包括转子5和转子铁心6，转子铁心6套装在转子5上，置于径向定子1内，由于该磁轴承磁极为异极性排列，为减小磁滞和涡流损耗，悬浮转子铁心采用硅钢片叠压制成。其轴向的基本工作原理是：由于永磁磁极底端装有轴向定子，四个片状永磁体产生的永磁偏置磁通在经过径向永磁磁极、轴向气隙到达转子铁心时，产生了具有轴向分量的偏置磁通，实现转子铁心的被动悬浮。径向磁轴承的工作原理是：由于永磁体的磁阻较大，控制磁通不经过永磁磁极，可避免控制磁通与偏置磁通方向相反时对永磁体的去磁。当转子处于平衡位置，片状永磁体在控制磁极气隙处产生相等的偏置磁通，这样使转子受到径向合力为零，稳定在平衡位置。由于结构的对称性，永磁体产生的磁通在转子的上下气隙处是相等的，此时上下吸力相等。如果在此平衡位置时转子受到一个向下的外扰力，转子就会偏离参考位置向下运动，造成永久磁铁产生的上下气隙的磁通变化，即上面的气隙增大，使永磁体产生的磁通减少，下面的气隙减少，使永磁体产生的磁通增加。由于磁场力与磁通的平方成正比，因此下面的吸力小于上面的吸力，在加入控制磁通前，转子将无法回到平衡位置。控制绕组产生控制磁通，控制磁通在上气隙处与偏置磁通相叠加，而在下气隙处与偏置磁通相抵消。一边气隙中的磁通大于另一边气隙的磁通，两边径向气隙磁通的差异对转子产生了可控的回复力，使转子稳定在径向平衡位置。如果转子受到一个向上的外扰力，可以用类似的方法进行分析，得到相反的结论。同理，不论转子受到向左、向右、向上或向下的外扰动，带位置负反馈的永磁偏置轴向径向磁轴承通过控制器控制励磁绕组中的电流，调节各气隙磁通的大小，始终能保持转子在平衡位置。

图1、图2是本实用新型的永磁偏置轴向径向磁轴承结构示意图，图1、图2中的径向定子1为硅钢片叠压制成，为对称布置的八磁极结构，四个定子磁极上套有径向控制绕组３，两个相向的径向绕组串联联接，构成控制磁极，四个片状永磁体２间隔镶嵌在另外四个径向定子中，构成永磁磁极，置于控制磁极之间，用以产生偏置磁通，但径向定子中的永磁磁极底端装有轴向定子4，产生具有轴向分量的偏置磁通。磁路图如图3、图4所示。片状永磁体产生的偏置磁通依次经过径向永磁磁极、轴向定子、轴向气隙、转子铁心、径向气隙、径向控制磁极构成闭合回路，如图3、图4中的实线所示。径向控制绕组产生的控制磁通只经过径向气隙和径向定子，转子铁心，不经过轴向气隙，如图3、图4中的单虚线所示。轴向偏置磁通和径向控制磁通彼此解耦，互不干扰。

以上已以较佳实施例公布了本实用新型，然其并非用以限制本实用新型，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种永磁偏置轴向径向磁轴承，包括定子组件和转子组件，所述的定子组件包括径向定子（1）、片状永磁体（２）和径向控制绕组（3），所述转子组件包括转子（5）和转子铁心（6），转子铁心（6）套装在转子（5）上，所述定子组件设置在转子组件的外周，其特征在于：所述定子组件还包括轴向定子（4），所述轴向定子（4）设置于永磁磁极的底端，且置于转子铁心两侧。

2.根据权利要求1所述的一种永磁偏置轴向径向磁轴承，其特征在于所述径向定子（1）为对称布置的八磁极结构，所述磁极为套装有控制绕组（3）的控制磁极。

3.根据权利要求1所述的一种永磁偏置轴向径向磁轴承，其特征在于片状永磁体（２）为4个永磁磁极。

4.根据权利要求1所述的一种永磁偏置轴向径向磁轴承，其特征在于径向控制绕组（3）为两个相向的径向控制绕组串联相接。

5.根据权利要求1所述的永磁偏置轴向径向磁轴承，其特征在于：上述转子铁心（6）采用硅钢片叠压制成。