CN214534059U - 一种圆盘定子型交/直流混合磁轴承 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种圆盘定子型交/直流混合磁轴承，包括定子和转子，定子包括左、右定子铁芯和一个永磁体；定子铁芯为圆盘型结构，在圆盘型定子铁芯中开设n个定子内槽，在n个定子内槽中分别放入一对绕组，分别为绕组Rl1~Rl2n、绕组Rr1~Rr2n；转子包括一个双圆盘环状的转子铁芯和转轴，双圆盘环状的转子铁芯与左、右定子铁芯位置相对，且与定子铁芯形成工作气隙，在每个定子内槽轴线位置开有连接定子内槽与工作气隙的隔磁气隙。本实用新型由永磁环提供偏置磁通，由定子内槽绕组通电提供控制磁通，两者相互作用产生悬浮力；该结构的混合磁轴承可将定、转子间有效面积设计到最大，增大了径向承载力与悬浮力密度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种非机械接触磁轴承，特指一种圆盘定子型交/直流混合磁轴承，适用于高速转子磁悬浮支承***的精密控制。
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，磁轴承按照磁力提供的方式分为以下三种：（1）主动磁轴承，由偏置电流产生偏置磁场，控制电流产生的控制磁通与偏置磁通相互叠加，从而产生可控的悬浮力，该种磁轴承体积、重量和功耗都比较大；（2）被动磁轴承，悬浮力完全由永磁体提供，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；（3）混合磁轴承，是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，控制电流仅提供平衡负载或干扰的控制磁通，大大降低了磁轴承的功率损耗，缩小了磁轴承的体积，减轻其重量，并提高了承载能力。
现有的混合磁轴承定子铁芯沿圆周均匀分布特征明显的多个定子磁极，并在定子磁极上绕制控制绕组产生控制磁通。该结构的混合磁轴承定子磁极易饱和，参数设计可变范围小，悬浮力密度和承载力小。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型提供一种圆盘定子型交/直流混合磁轴承，可增大径向承载力和悬浮力密度，结构紧凑，制造与装配方便。
技术方案：本实用新型公开了一种圆盘定子型交/直流混合磁轴承，包括定子和转子，所述定子包括左定子铁芯、右定子铁芯和一个永磁体；所述左定子铁芯、右定子铁芯为圆盘型结构，在左定子铁芯、右定子铁芯中分别均匀开设n个定子内槽，在n个定子内槽中分别放入一对绕组，分别为绕组Rl1~Rl2n、绕组Rr1~Rr2n；所述转子包括一个双圆盘环状的转子铁芯以及转轴，所述转轴贯穿所述转子铁芯，所述转子铁芯与左定子铁芯、右定子铁芯位置相对，且与左定子铁芯、右定子铁芯之间形成工作气隙。
进一步地，所述定子内槽个数为3个，三个内槽之间互差120˚，且其中一个定子内槽轴线与-x轴线对齐，在所述定子内槽中放入三相对称绕组，分别为绕组Rl1~Rl6、绕组Rr1~Rr6。
进一步地，所述定子内槽个数为4个，四个定子内槽之间互差90˚，所述定子内槽的轴线分别位于水平方向45度、135度位置；在每个定子内槽中放入一对绕组，分别为绕组Rl1~Rl8、绕组Rr1~Rr8。
进一步地，所述定子内槽中的对称绕组用于悬浮控制，绕组Rl1、Rr1记为R1，绕组Rl2、Rr2记为R2，绕组Rl3、Rr3记为R3，绕组Rl4、Rr4记为R4，绕组Rl5、Rr5记为R5，绕组Rl6、Rr6记为R6，左定子铁芯、右定子铁芯的绕组R1与绕组R2、绕组R3与绕组R4、绕组R5与绕组R6分别位于一个定子内槽中，绕组R2与R3、R4与R5、R1与R6分别串联，左侧和右侧同位置的绕组再反向串联或并联，控制径向两自由度。
进一步地，所述定子内槽中的绕组用于悬浮控制，绕组Rl1、Rr1记为R1~绕组Rl8、Rr8记为R8，左定子铁芯、右定子铁芯的绕组R1与绕组R8、绕组R2与绕组R3、绕组R4与绕组R5、绕组R6与绕组R7分别位于一个定子内槽中，左定子铁芯、右定子铁芯的定子内槽绕组R1与R2、R3与R4、R5与R6、R7与R8分别串联，左定子铁芯和右定子铁芯上同位置的绕组再反向串联或并联，控制径向两自由度。
进一步地，所述转子铁芯沿径向剖面为“H”形结构，其分别与左定子铁芯、右定子铁芯位置相对。
进一步地，所述左定子铁芯、右定子铁芯的定子内槽与所述工作气隙之间开设有连接两者的隔磁气隙。
进一步地，所述工作气隙为0.5mm，隔磁气隙为2mm。
进一步地，所述左定子铁芯、右定子铁芯、转子铁芯由整块导磁材料制成，所述永磁环为稀土永磁材料制成。
有益效果：
1、本实用新型混合磁轴承定子铁芯为圆盘型，增大定转子间的有效面积，提高悬浮力密度和增大承载力，绕组嵌放于定子内槽中，机械强度高，结构紧凑，减小了轴向长度，且磁极面积可设计到最大，且主要参数设计空间大，增大了径向承载力与悬浮力密度。
2、本实用新型在左定子铁芯、右定子铁芯的定子内槽与工作气隙之间开设有连接内槽和工作气隙的隔磁气隙，可有效减小漏磁。
附图说明
图1为本实用新型一种圆盘定子型交/直流混合磁轴承轴向剖分与悬浮磁通图；
图2为本实用新型一种圆盘定子型交/直流混合磁轴承实施方式1左侧径向悬浮磁通图；
图3为本实用新型一种圆盘定子型交/直流混合磁轴承实施方式1右侧径向悬浮磁通图；
图4为本实用新型一种圆盘定子型交/直流混合磁轴承实施方式2左侧径向悬浮磁通图；
图5为本实用新型一种圆盘定子型交/直流混合磁轴承实施方式2右侧径向悬浮磁通图。
其中，1-左定子铁芯，2-右定子铁芯，3-永磁环，4-转子铁芯，5-转轴，6-工作气隙，7-静态偏置磁通，8-悬浮控制磁通，9-隔磁气隙。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施方式1：
本实用新型公开了一种圆盘定子型交/直流混合磁轴承，该混合磁轴承为三相交流混合磁轴承，包括定子和转子，定子包括左定子铁芯1、右定子铁芯2和一个永磁环3，左定子铁芯1、右定子铁芯2为圆盘型结构，在左定子铁芯1、右定子铁芯2中分别开设三个定子内槽，三个定子内槽之间互差120˚，且其中一个定子内槽轴线与-x轴线对齐，在三个定子内槽中放入三相对称绕组，分别为绕组Rl1~Rl6、绕组Rr1~Rr6。转子包括一个双圆盘环状的转子铁芯4以及转轴5，转轴5贯穿转子铁芯4，转子铁芯4与左定子铁芯1、右定子铁芯2位置相对，且与左定子铁芯1、右定子铁芯2之间形成工作气隙6。
转子铁芯4沿径向剖面为“H”形结构，转子铁芯4分别与左定子铁芯1、右定子铁芯2位置相对。
定子内槽中的绕组用于悬浮控制，绕组Rl1、Rr1记为R1~绕组Rl6、Rr6记为R6，以此类推，左定子铁芯1、右定子铁芯2的绕组R1与绕组R2、绕组R3与绕组R4、绕组R5与绕组R6分别位于一个定子内槽中，绕组R2与R3、R4与R5、R1与R6分别串联，左侧和右侧同位置的绕组再反向串联或并联，控制径向两自由度。
在左定子铁芯1、右定子铁芯2的定子内槽与工作气隙6之间开设有连接两者的隔磁气隙9。工作气隙6一般为0.5mm，隔磁气隙9取值为2mm，可以有效减小漏磁。
左定子铁芯1、右定子铁芯2、转子铁芯4由整块导磁材料制成，永磁环3为稀土永磁材料制成。
永磁环3提供静态偏置磁通7，静态偏置磁通7的磁路为：磁通从定子永磁环3的N极出发，通过左定子铁芯1、工作气隙6、转子铁芯4、工作气隙6、右定子铁芯2回到永磁环3的S极。
绕组Rl1~Rl6、Rr1~Rr6通电产生的悬浮控制磁通8，其磁路为：左定子铁芯1、工作气隙6、转子铁芯4、左定子铁芯1形成闭合路径。
悬浮原理：径向由静态偏置磁通7与悬浮控制磁通8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。
实施方式2：
本实施方式与实施方式1的不同之处是：在左定子铁芯1、右定子铁芯2的内周分别均匀开设4个定子内槽，四个定子内槽之间互差90˚，定子内槽的轴线分别位于水平方向45度、135度位置；在每个定子内槽中放入一对绕组，分别为绕组Rl1~Rl8、绕组Rr1~Rr8在每个定子内槽中放入一对绕组，分别为绕组Rl1~Rl8、绕组Rr1~Rr8。参见附图4与附图5。该混合磁轴承为直流混合磁轴承。
定子内槽中的绕组用于悬浮控制，绕组Rl1、Rr1记为R1~绕组Rl8、Rr8记为R8，以此类推。左定子铁芯1、右定子铁芯2的绕组R1与绕组R8、绕组R2与绕组R3、绕组R4与绕组R5、绕组R6与绕组R7分别位于一个定子内槽中，参见附图4与附图5。左定子铁芯1、右定子铁芯2的定子内槽绕组R1与R2、R3与R4、R5与R6、R7与R8分别串联，左定子铁芯1和右定子铁芯2上同位置的绕组再反向串联或并联，控制径向两自由度。本实施方式的其他结构与实施方式1相同，此处不作赘述。
永磁环3提供静态偏置磁通7，静态偏置磁通7的磁路为：磁通从永磁环3的N极出发，通过左定子铁芯1、工作气隙6、转子铁芯4、工作气隙6、右定子铁芯2回到永磁环3的S极。
定子内槽绕组Rl1~Rl8、Rr1~Rr8通电产生的悬浮控制磁通8，其磁路为：左定子铁芯1、工作气隙6、转子铁芯4、左定子铁芯1形成闭合路径。
悬浮原理：径向由静态偏置磁通7与悬浮控制磁通8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。
本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种圆盘定子型交/直流混合磁轴承，包括定子和转子，其特征在于，所述定子包括左定子铁芯（1）、右定子铁芯（2）和一个永磁环（3）；所述左定子铁芯（1）、右定子铁芯（2）为圆盘型结构，在左定子铁芯（1）、右定子铁芯（2）中分别均匀开设n个定子内槽，在n个定子内槽中分别放入一对绕组，分别为绕组Rl1~Rl2n、绕组Rr1~Rr2n；所述转子包括一个双圆盘环状的转子铁芯（4）以及转轴（5），所述转轴（5）贯穿所述转子铁芯（4），所述转子铁芯（4）与左定子铁芯（1）、右定子铁芯（2）位置相对，且与左定子铁芯（1）、右定子铁芯（2）之间形成工作气隙（6）。
2.根据权利要求1所述的圆盘定子型交/直流混合磁轴承，其特征在于，所述定子内槽个数为3个，三个内槽之间互差120˚，且其中一个定子内槽轴线与-x轴线对齐，在所述定子内槽中放入三相对称绕组，分别为绕组Rl1~Rl6、绕组Rr1~Rr6。
3.根据权利要求1所述的圆盘定子型交/直流混合磁轴承，其特征在于，所述定子内槽个数为4个，四个定子内槽之间互差90˚，所述定子内槽的轴线分别位于水平方向45度、135度位置；在每个定子内槽中放入一对绕组，分别为绕组Rl1~Rl8、绕组Rr1~Rr8。
4.根据权利要求2所述的圆盘定子型交/直流混合磁轴承，其特征在于，所述定子内槽中的对称绕组用于悬浮控制，绕组Rl1、Rr1记为R1，绕组Rl2、Rr2记为R2，绕组Rl3、Rr3记为R3，绕组Rl4、Rr4记为R4，绕组Rl5、Rr5记为R5，绕组Rl6、Rr6记为R6，左定子铁芯（1）、右定子铁芯（2）的绕组R1与绕组R2、绕组R3与绕组R4、绕组R5与绕组R6分别位于一个定子内槽中，绕组R2与R3、R4与R5、R1与R6分别串联，左侧和右侧同位置的绕组再反向串联或并联，控制径向两自由度。
5.根据权利要求3所述的圆盘定子型交/直流混合磁轴承，其特征在于，所述定子内槽中的绕组用于悬浮控制，绕组Rl1、Rr1记为R1~绕组Rl8、Rr8记为R8，左定子铁芯（1）、右定子铁芯（2）的绕组R1与绕组R8、绕组R2与绕组R3、绕组R4与绕组R5、绕组R6与绕组R7分别位于一个定子内槽中，左定子铁芯（1）、右定子铁芯（2）的定子内槽绕组R1与R2、R3与R4、R5与R6、R7与R8分别串联，左定子铁芯（1）和右定子铁芯（2）上同位置的绕组再反向串联或并联，控制径向两自由度。
6.根据权利要求1所述的圆盘定子型交/直流混合磁轴承，其特征在于，所述转子铁芯（4）沿径向剖面为“H”形结构，其分别与左定子铁芯（1）、右定子铁芯（2）位置相对。
7.根据权利要求1至6任一所述的圆盘定子型交/直流混合磁轴承，其特征在于，所述左定子铁芯（1）、右定子铁芯（2）的定子内槽与所述工作气隙（6）之间开设有连接两者的隔磁气隙（9）。
8.根据权利要求7所述的圆盘定子型交/直流混合磁轴承，其特征在于，所述工作气隙（6）为0.5mm，隔磁气隙（9）为2mm。
9.根据权利要求1所述的圆盘定子型交/直流混合磁轴承，其特征在于，所述左定子铁芯（1）、右定子铁芯（2）、转子铁芯（4）由整块导磁材料制成，所述永磁环（3）为稀土永磁材料制成。
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| CN114876955A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-08-09 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种磁悬浮轴承、压缩机 |
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