阅读说明：本技术 一种低功耗大承载力的永磁偏置式止推磁悬浮轴承 (Permanent magnet offset type thrust magnetic suspension bearing with low power consumption and large bearing capacity ) 是由 牛凯 付江寒 石忠东 于 2019-02-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及非接触磁轴承领域,特别涉及一种低功耗大承载力的永磁偏置式止推磁悬浮轴承,由左定子组件、右定子组件、转子和止推板组成,与转子间隙配合的左定子组件和右定子组件沿转子轴向左右分布；止推板设置于左定子组件和右定子组件之间,并与转子固定安装；左定子组件和右定子组件内分别设置有沿轴向充磁的轴向永磁体和沿径向充磁的径向永磁体。本发明采用径向永磁体和轴向永磁体相结合的方式,大大减弱了永磁磁路和电磁磁路的藕合,并且承载力大,损耗低,力-电流曲线线性度好。(The invention relates to the field of non-contact magnetic bearings, in particular to a permanent magnet offset type thrust magnetic suspension bearing with low power consumption and large bearing capacity, which consists of a left stator component, a right stator component, a rotor and a thrust plate, wherein the left stator component and the right stator component which are in clearance fit with the rotor are distributed left and right along the axial direction of the rotor; the thrust plate is arranged between the left stator component and the right stator component and fixedly mounted with the rotor; an axial permanent magnet magnetized along the axial direction and a radial permanent magnet magnetized along the radial direction are respectively arranged in the left stator component and the right stator component. The invention adopts the mode of combining the radial permanent magnet and the axial permanent magnet, greatly weakens the coupling of the permanent magnet magnetic circuit and the electromagnetic magnetic circuit, and has large bearing capacity, low loss and good force-current curve linearity.)

一种低功耗大承载力的永磁偏置式止推磁悬浮轴承

技术领域

本发明涉及一种非接触磁轴承，特别涉及一种低功耗大承载力的永磁偏置式止推磁悬浮轴承。

背景技术

主动磁悬浮轴承作为一种无接触支撑技术，具有无摩擦，低功耗，峰值转速高，刚度高，承载力大，无磨损，寿命长的优点，在航天，国防，工业等领域获得了越来越广泛的应用。止推磁悬浮轴承用来控制机械的轴向自由度，是磁悬浮系统必不可少的组成部分。目前，工业上常用的止推磁悬浮轴承分为电流偏置式和永磁偏置式两种，由于永磁偏置式止推磁悬浮轴承是依靠永磁体激发的磁场产生承载力，并依靠绕组电流产生的磁场来调节承载力，能够实时响应转子的动态变化，相对于电流偏置式止推磁悬浮轴承具有低损耗的优点，因此被更为广泛地使用。

常用的永磁偏置式止推磁悬浮轴承如图1所示，其永磁磁路和电磁磁路的路径相重合，使电磁磁路和永磁磁路在定子基体内部相互耦合，加重了定子基体的饱和，限制了峰值承载能力；而且由于磁路的饱和，轴承的力-电流曲线的线性度也欠佳。另外，电磁磁路穿过磁导率与空气接近的永磁体，易造成较大的励磁磁动势损失，从而增加了线圈的损耗。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种藕合程度小，承载力大，损耗低，力-电流曲线线性度好的永磁偏置式止推磁悬浮轴承。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种低功耗大承载力的永磁偏置式止推磁悬浮轴承，由左定子组件、右定子组件、转子和止推板组成，与转子间隙配合的左定子组件和右定子组件沿转子轴向左右分布；止推板设置于左定子组件和右定子组件之间，并与转子固定安装；其中，左定子组件和右定子组件内分别设置有沿轴向充磁的轴向永磁体和沿径向充磁的径向永磁体。

上述一种低功耗大承载力的永磁偏置式止推磁悬浮轴承，所述左定子组件和右定子组件相对于止推板的中性面呈左右对称分布，并且左定子组件、右定子组件与止推板之间分别设置有工作气隙。

上述一种低功耗大承载力的永磁偏置式止推磁悬浮轴承，所述左定子组件和右定子组件均由定子基体、定子线圈、隔磁套、导磁环和环氧树脂组成，定子基体间隙配合于转子上，隔磁套套设于定子基体外部；定子基体上设置有环形定子槽，槽口朝向止推板，并且槽口的两侧为不等高结构，较低的一侧设置有轴向永磁体，较高的一则设置有径向永磁体，轴向永磁体与径向永磁体之间设置导磁环，轴向永磁体、径向永磁体以及导磁环共同将环形定子槽的槽口闭合；定子线圈设置于环形定子槽内，并通过环氧树脂绝缘固定。

上述一种低功耗大承载力的永磁偏置式止推磁悬浮轴承，所述定子基体与导磁环之间设置有漏磁气隙。

上述一种低功耗大承载力的永磁偏置式止推磁悬浮轴承，所述轴向永磁体和径向永磁体均为单极性环形永磁体，既可以是整体磁环，也可以由多个弧形永磁体拼接而成。

上述一种低功耗大承载力的永磁偏置式止推磁悬浮轴承，所述径向永磁体和轴向永磁体在与导磁环相接触的一侧极性相同。

上述一种低功耗大承载力的永磁偏置式止推磁悬浮轴承，所述左定子组件和右定子组件内的永磁磁场的磁路走向可以同为逆时针，也可以同为顺时针，也可以一个为顺时针，另一个为逆时针。

上述一种低功耗大承载力的永磁偏置式止推磁悬浮轴承，所述止推板和转子可以为一体化加工结构，也可以为分体式安装结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用轴向永磁体和径向永磁体相组合的方式，降低了定子基体轭部的磁通，减弱了轴承永磁磁路和电磁磁路的藕合，大电流时定子基体内磁密饱和程度小，峰值承载能力高；并且随着磁密饱和程度降低，轴承的力-电流曲线的线性度也大大提高。另外，电磁磁路不经过径向永磁体，仅仅通过磁阻较小的漏磁气隙和轴向永磁体，大大降低了线圈的磁动势损失，线圈励磁功耗低。

附图说明

图1是现有技术方案结构示意图。

图2是本发明实施例1结构示意图。

图3是本发明实施例2结构示意图。

图4是本发明左、右轴承永磁磁路旋向相同时的工作原理图。

图5是本发明左、右轴承永磁磁路旋向相反时的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图2和图3所示，本发明的一种低功耗大承载力的永磁偏置式止推磁悬浮轴承，由转子1、止推板2、左定子组件3和右定子组件4组成，止推板2固定于转子1上，与转子1间隙配合的左定子组件3和右定子组件4分布于止推板2的左右两侧，并相对于止推板2的中性面呈左右对称分布。左定子组件3、右定子组件4与止推板2之间分别设置有工作气隙。左定子组件3与转子1组成左轴承，右定子组件4与转子1组成右轴承。

左定子组件3和右定子组件4均由定子基体31、定子线圈32、隔磁套33、导磁环34组成，定子基体31间隙配合于转子1上；定子基体31内部设置有环形定子槽，环形定子槽的槽口朝向止推板2，并且槽口的内外两侧为不等高结构，在图2所示的实施例1中，环形定子槽的内侧壁高于外侧壁，在环形定子槽槽口的外侧壁处设置有沿轴向充磁的轴向永磁体35，内侧壁处设置有沿径向充磁的径向永磁体36，轴向永磁体35与径向永磁体36之间设置导磁环34，轴向永磁体35、径向永磁体36以及导磁环34共同将环形定子槽的槽口闭合；定子线圈32设置于环形定子槽内，并通过环氧树脂绝缘固定；隔磁套33套设于定子基体31的外部，并与导磁环34的外壁贴合。在图3所示的实施例2中，环形定子槽的外侧壁高于内侧壁，在内侧壁处设置沿轴向充磁的轴向永磁体35，外侧壁处设置沿径向充磁的径向永磁体36，轴向永磁体35与径向永磁体36之间设置导磁环34，导磁环与转子1间隙配合，轴向永磁体35、径向永磁体36以及导磁环34共同将环形定子槽的槽口闭合；定子线圈32设置于环形定子槽内，并通过环氧树脂绝缘固定；隔磁套33贴合于定子基体31的外部。在实施例1和实施例2中，定子基体31与导磁环34之间均留有漏磁气隙37。

本发明采用左右成对放置的轴承结构，可以分别控制轴向自由度的两个方向；并且采用径向永磁体36和轴向永磁体35相结合的方式，径向永磁体36和轴向永磁体35共同提供永磁磁场，是轴承承载力的主要来源，其中径向永磁体36为主磁场，轴向永磁体35作为辅助，补偿径向永磁体36的漏磁。定子线圈32采用是环状结构，其轴线与转子1轴线同轴，定子线圈32通电产生的磁场发挥调节作用，实时控制转子1的轴向状态。

如图4所示，当左轴承和右轴承的永磁磁路旋向相同时，左轴承和右轴承中定子线圈的电流方向相反，左轴承和右轴承形成串联磁路。主磁场的永磁磁路分为两条，磁路I为主磁路，从左轴承径向永磁体的N极出发，依次经过左轴承的导磁环、左轴承与止推板之间的工作气隙、止推板、止推板与右轴承之间的工作气隙、右轴承的导磁环、右轴承的径向永磁体、右轴承定子基体的内侧壁、右轴承与止推板之间的工作气隙、止推板、左轴承与止推板之间的工作气隙、左轴承定子基体的内侧壁，最后回到左轴承径向永磁体的S极形成闭合回路；磁路II为辅助磁路，从左轴承轴向永磁体的N极出发，经左轴承的导磁环、左轴承与止推板之间的工作气隙、止推板、止推板与右轴承之间的工作气隙、右轴承的导磁环、右轴承的轴向永磁体、右轴承定子基体的外侧壁-轭部-内侧壁、右轴承与止推板之间的工作气隙、止推板、左轴承与止推板之间的工作气隙、左轴承定子基体内侧壁-轭部-外侧壁，最后回到左轴承轴向永磁体的S极形成闭合回路。此外，还存在两条漏磁路，即漏磁路III和漏磁路IV，漏磁路III是径向永磁体36的漏磁路，从径向永磁体36出发，依次经过导磁环34、隔磁气隙37、绕行定子基体31后回到径向永磁体36形成闭合回路，或依次绕行定子基体31、导磁环34和隔磁气隙37后回到径向永磁体36形成闭合回路；漏磁路IV是轴向永磁体35的漏磁磁路，从轴向永磁体35出发，依次穿行导磁环34、隔磁气隙37、定子基体31的外侧壁，然后回到轴向永磁体35形成闭合回路，漏磁路IV属于局部漏磁，影响较小。

如图5所示，当左轴承和右轴承的永磁磁路旋向相反时，左轴承和右轴承中定子线圈的的电流方向相同，左轴承与右轴承形成并联磁路。主磁场的永磁磁路分为两条，磁路I为主磁路，从径向永磁体36的N极出发，依次经过导磁环34、工作气隙、止推板2、定子基体31的内侧壁，回到径向永磁体36的S极形成闭合回路；磁路II为辅助磁路，轴向永磁体35的N极出发，依次经导磁环34、工作气隙、止推板、工作气隙、并绕行定子基体31后返回轴向永磁体的S极形成闭合回路。此外，还存在两条漏磁路，即漏磁路III和漏磁路IV，漏磁路III是径向永磁体36的漏磁路，从径向永磁体36出发，依次经过导磁环34、隔磁气隙37、绕行定子基体31后回到径向永磁体36形成闭合回路；漏磁路IV是轴向永磁体35的漏磁磁路，从轴向永磁体35出发，依次穿行导磁环34、隔磁气隙37、定子基体31的外侧壁，然后回到轴向永磁体35形成闭合回路，漏磁路IV属于局部漏磁，影响较小。

结合图4和图5所示，在定子基体31的轭部，轴向永磁体35的磁路和径向永磁体36的漏磁路极性相反，削弱了轭部的磁通，为电磁磁路V留出了足够的空间，降低了永磁磁路和电磁磁路V的藕合，提高了轴承的峰值承载能力。径向永磁体36提供了主要的承载力，而电磁磁路却不经过径向永磁体36，而作为辅助的轴向永磁体35的厚度本身就很薄，电磁磁路V经过时只产生很少的磁动势损失，并且轴向永磁体35旁侧该存在漏磁气隙37，磁阻较小，造成的磁动势降有限。因此，定子线圈32的损耗较低。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。