CN209892624U - 一种e型结构电磁型径向磁轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种E型结构电磁型径向磁轴承，其定子由四个E型结构和四个隔磁板组成，且E型结构与隔磁板交替布置，转子为圆柱结构；每个E型结构的齿数为3，包括1个宽齿和2个窄齿，且宽齿处于2个窄齿的中间；每个E型结构的宽齿与其2个窄齿间的夹角相等；每个隔磁板与相邻的两个窄齿紧密布置，并构成一个组合齿；每个组合齿上绕有1个偏置线圈，每个宽齿上绕有1个径向悬浮线圈；偏置绕组用于产生偏置磁通，径向悬浮绕组用于控制悬浮力的大小和方向。本实用新型两个径向悬浮力结构上自然解耦，控制简单，且悬浮精度高；偏置磁通调节方便，径向承载力大，固有刚度大；另外由于无永磁体，制造装配简单，成本低，且对工作环境适应性强。

Description

一种E型结构电磁型径向磁轴承

技术领域

本发明涉及一种E型结构电磁型径向磁轴承，属于磁悬浮轴承领域。

背景技术

磁悬浮轴承具有无摩擦、无磨损、无需密封润滑、高速度、精度高、寿命长及维护成本低等优良特性，可有效解决高速电机的轴承支撑问题。根据悬浮力是否可主动控制，磁轴承通常可分为被动型和主动型两种类型。主动型磁轴承通过控制定、转子间电磁力以实现转轴的悬浮，在高速电机领域应用广泛。根据偏置磁场建立方式，主动型磁轴承分为电磁型与混合型。电磁型磁轴承的偏置、控制磁通均由电磁铁产生，二者利用同一线圈或两个独立线圈产生，具有承载能力大、刚度可调和控制灵活等特点，在高温等恶劣环境适应性强。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提出一种E型结构电磁型径向磁轴承。所述磁轴承的定子由四个E型结构和四个隔磁板组成，每个E型结构间的磁路相互隔离，故两个径向悬浮力结构上自然解耦；该磁轴承包括两种绕组类型，一种为偏置绕组，用于产生偏置磁通；另一种为径向悬浮绕组，用于控制悬浮力的大小和方向；所述磁轴承具有控制简单、悬浮精度高和适合高速运行等优点，还因为无永磁体，成本较低。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种E型结构电磁型径向磁轴承，包括定子、转子、偏置线圈和径向悬浮线圈；

所述定子由4个E型结构和4个隔磁板组成，且4个E型结构和4个隔磁板交替布置；4个E型结构均匀分布，空间上相差90°，其中2个E型结构位于水平方向，剩余2个E型结构位于竖直方向；每个E型结构的齿数为3，包括1个宽齿和2个窄齿，且所述宽齿处于2个窄齿的中间；所述E型结构的宽齿与其2个窄齿间的夹角相等；每个所述隔磁板与相邻的两个窄齿紧密布置，并构成一个组合齿，共4个；

所述转子为圆柱结构，且布置于所述定子内；

每个所述组合齿上绕有1个偏置线圈，共4个；4个所述偏置线圈串联形成1个偏置绕组；

每个所述宽齿上绕有1个径向悬浮线圈，共4个，其中两个径向悬浮线圈位于水平方向，剩余两个径向悬浮线圈位于竖直方向；位于水平方向的两个径向悬浮线圈反向串联，构成1个水平方向径向悬浮绕组；位于竖直方向的两个径向悬浮线圈反向串联，构成1个竖直方向径向悬浮绕组。

偏置绕组采用恒导通激励方式，通过施加直流励磁，产生一个恒定的偏置磁通。两个径向悬浮绕组分别采用双极性变换器驱动，控制两个径向悬浮绕组电流的大小和方向，以产生任意大小和方向的径向悬浮力，进而实现转子的稳定悬浮。

本发明的有益效果：本发明提出了一种E型结构电磁型径向磁轴承，采用本发明的技术方案，能够达到如下技术效果：

（1）无需永磁体，制造装配简单，成本低，且对工作环境适应性强；

（2）偏置绕组提供偏置磁通，偏置磁通调节方便，径向承载力大，固有刚度大，适合大功率应用场合；

（3）两个径向悬浮力结构上自然解耦，控制简单，且悬浮精度高，在高速电机领域具有独特优势。

附图说明

图1是本发明E型结构电磁型径向磁轴承的三维结构示意图。

图2是本发明E型结构电磁型径向磁轴承的磁通分布图。

附图标记说明：图1至图2中，1是E型结构，2是隔磁板，3是转子，4是偏置线圈，5是径向悬浮线圈，6、7、8分别为x、y、z轴方向坐标轴的正方向，9是偏置磁通，10是水平方向径向悬浮控制产生的悬浮控制磁通，11是竖直方向径向悬浮控制产生的悬浮控制磁通。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明一种E型结构电磁型径向磁轴承的技术方案进行详细说明：

如图1所示，是本发明E型结构电磁型径向磁轴承的三维结构示意图，其中，1是E型结构，2是隔磁板，3是转子，4是偏置线圈，5是径向悬浮线圈，6、7、8分别为x、y、z轴方向坐标轴的正方向，其中x轴与水平方向重合，y轴与竖直方向重合。

一种E型结构电磁型径向磁轴承，包括定子、转子、偏置线圈和径向悬浮线圈；

所述定子由4个E型结构和4个隔磁板组成，且4个E型结构和4个隔磁板交替布置；4个E型结构均匀分布，空间上相差90°，其中2个E型结构位于水平方向，剩余2个E型结构位于竖直方向；每个E型结构的齿数为3，包括1个宽齿和2个窄齿，且所述宽齿处于2个窄齿的中间；所述E型结构的宽齿与其2个窄齿间的夹角相等；每个所述隔磁板与相邻的两个窄齿紧密布置，并构成一个组合齿，共4个；

所述转子为圆柱结构，且布置于所述定子内；

每个所述组合齿上绕有1个偏置线圈，共4个；4个所述偏置线圈串联形成1个偏置绕组；

每个所述宽齿上绕有1个径向悬浮线圈，共4个，其中两个径向悬浮线圈位于水平方向，剩余两个径向悬浮线圈位于竖直方向；位于水平方向的两个径向悬浮线圈反向串联，构成1个水平方向径向悬浮绕组；位于竖直方向的两个径向悬浮线圈反向串联，构成1个竖直方向径向悬浮绕组。

偏置绕组采用恒导通激励方式，通过施加直流励磁，产生一个恒定的偏置磁通。两个径向悬浮绕组分别采用双极性变换器驱动，合理控制两个径向悬浮绕组电流的大小和方向，以产生任意大小和方向的径向悬浮力，进而实现转子的稳定悬浮。

如图2所示，是本发明E型结构电磁型径向磁轴承的磁通分布图。其中，线标号9是偏置磁通，线标号10是水平方向径向悬浮控制产生的悬浮控制磁通，线标号11是竖直方向径向悬浮控制产生的悬浮控制磁通。

偏置磁通呈NNNN或SSSS分布，即四个偏置线圈产生磁场极性相同，因此需要宽齿配合使其形成闭合回路。每个组合齿上的偏置线圈产生的偏置磁通具有两个相互隔离的磁路，每个磁路的路径包括：窄齿、定子轭、宽齿、气隙、转子、气隙和窄齿。

水平方向（x轴）径向悬浮绕组，分别在x轴正方向和x轴负方向，产生两个相互隔离且极性相反的悬浮控制磁通，其中，两个悬浮控制磁通均经宽齿、两个定子轭、两个窄齿、两个气隙形成闭合回路。

当水平方向径向悬浮绕组施加图2所示的电流时，在x轴正方向，悬浮控制磁通与偏置磁通方向相同，气隙中的磁通增强；在x轴负方向，悬浮控制磁通与偏置磁通方向相反，使得x轴方向的磁通大于x轴负方向的磁通，进而产生一个x轴正方向的径向悬浮力。当水平方向径向悬浮绕组施加相反方向的电流时，将产生一个x轴负方向的径向悬浮力。因此，控制水平方向径向悬浮绕组电流的大小和方向，即可调节x轴方向悬浮力的大小和方向。

同理，控制竖直方向（y轴）径向悬浮绕组电流的大小和方向，即可调节y轴方向悬浮力的大小和方向。因此，合理控制两个径向悬浮绕组电流的大小和方向，即可产生一个大小和方向均可控制的径向悬浮力，从而实现转子的径向悬浮。

根据径向承载力要求，动态调节偏置磁通的大小，之后再合理控制悬浮绕组的电流，不仅可有效提升电能转换效率，还有利于减小悬浮功耗和提高悬浮精度。

综上所述，本发明构造了一种磁路相互隔离的电磁型径向磁轴承，两个径向悬浮力在结构上自然解耦，悬浮控制简单且悬浮精度高；由于不含永磁体，制造装配简单，成本低，且对环境适应性强；偏置磁通调节方便，有利于提升径向承载力，且固有刚度大，特别适合高速、大功率应用场合。

对该技术领域的普通技术人员而言，根据以上实施类型可以很容易联想其他的优点和变形。因此，本发明并不局限于上述具体实例，其仅仅作为例子对本发明的一种形态进行详细、示范性的说明。在不背离本发明宗旨的范围内，本领域普通技术人员根据上述具体实例通过各种等同替换所得到的技术方案，均应包含在本发明的权利要求范围及其等同范围之内。

Claims (1)

1.一种E型结构电磁型径向磁轴承，包括定子、转子、偏置线圈和径向悬浮线圈；其特征在于，

所述定子由4个E型结构和4个隔磁板组成，且4个E型结构和4个隔磁板交替布置；4个E型结构均匀分布，空间上相差90°，其中2个E型结构位于水平方向，剩余2个E型结构位于竖直方向；每个E型结构的齿数为3，包括1个宽齿和2个窄齿，且所述宽齿处于2个窄齿的中间；所述E型结构的宽齿与其2个窄齿间的夹角相等；每个所述隔磁板与相邻的两个窄齿紧密布置，并构成一个组合齿，共4个；

所述转子为圆柱结构，且布置于所述定子内；

每个所述组合齿上绕有1个偏置线圈，共4个；4个所述偏置线圈串联形成1个偏置绕组；

每个所述宽齿上绕有1个径向悬浮线圈，共4个，其中两个径向悬浮线圈位于水平方向，剩余两个径向悬浮线圈位于竖直方向；位于水平方向的两个径向悬浮线圈反向串联，构成1个水平方向径向悬浮绕组；位于竖直方向的两个径向悬浮线圈反向串联，构成1个竖直方向径向悬浮绕组。

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