一种吸力型组合磁体轴向被动磁轴承的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种吸力型组合磁体轴向被动磁轴承，可作为大体积的磁悬浮飞轮、机床等机械设备中旋转部件的无接触支撑。本发明的被动磁轴承具有定子部分和转子部分，定子部分和转子部分形成磁气隙，其中定子部分由三个定子永磁体组成，均为烧结永磁体，转子部分由五个转子永磁体组成，其中分为三个烧结永磁体和两个叠层永磁体，它们之间形成组合磁体。本发明节省了轴向传感器、控制线圈以及控制线圈所需要的功放电路，特别地，本发明采用了组合磁体结构，可有效平滑气隙中的磁场波动，并大大减小了由于磁体尺寸大而采用分块带来的高速涡流损耗。
【专利说明】一种吸力型组合磁体轴向被动磁轴承
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种吸力型组合磁体轴向被动式外转子磁悬浮轴承结构，可作为大体积磁悬浮飞轮、机床等机械设备中旋转部件的无接触支撑。
【背景技术】
[0002]磁悬浮轴承分为主动式和被动式，主动式磁悬浮轴承是在偏置磁场的基础上叠加控制线圈所产生的磁场而成的磁悬浮轴承，被动式磁悬浮轴承是只有永磁磁场而成的磁悬浮轴承，现有的被动磁轴承分为吸力型和斥力型被动磁轴承，大多都是利用定子永磁体与转子永磁体在气隙中的相互作用产生稳定时需要的作用力，由于在应用于大尺寸的场合时，定子永磁体和转子永磁体必须分块进行拼接，这会导致定子永磁体和转子永磁体在分块拼接处会产生磁场波动，从而导致气隙中的磁场也存在波动，存在高速下涡流损耗很大的缺陷。
【发明内容】
[0003]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供吸力型组合磁体轴向被动式磁悬浮轴承结构，这种轴承旋转功耗低、加工制造方便，提高了系统的可靠性。
[0004]本发明的技术解决方案是:一种吸力型组合磁体轴向被动磁轴承，由定子部分和转子部分组成，定子部分由第一定子永磁体、第二定子永磁体和第三定子永磁体组成，沿轴向方向上依次放置为第一定子永磁体、第二定子永磁体和第三定子永磁体，第一定子永磁体沿径向_y方向充磁，第二定子永磁体沿轴向+z方向充磁，第三定子永磁体沿径向+y方向充磁；定子部分的外侧是转子部分，转子部分由第一转子永磁体、第二转子永磁体、第三转子永磁体、第四转子永磁体和第五转子永磁体组成，第一转子永磁体和第二转子永磁体沿径向-y方向充磁，第四转子永磁体和第五转子永磁体沿径向+y方向充磁，第三转子永磁体沿轴向-Z方向充磁，第一定子永磁体和第一转子永磁体之间形成磁气隙，第三定子永磁体和第五转子永磁体之间形成磁气隙，其中第一转子永磁体和第五转子永磁体为叠层永磁体，其余永磁体均为烧结永磁体；
[0005]所述的第一转子永磁体和第五转子永磁体为叠层铝镍钴AlNiCo永磁体或叠层铁铬钴FeCrCo永磁体。
[0006]所述的第一定子永磁体、第二定子永磁体、第三定子永磁体、第二转子永磁体、第三转子永磁体和第四转子永磁体为烧结钐钴SmCo永磁体。
[0007]所述的第一转子永磁体和第二转子永磁体之间还可以放置第一转子导磁环，第四转子永磁体和第五转子永磁体之间还可以放置第二转子导磁环。
[0008]所述的第一定子永磁体和第三定子永磁体的径向外侧还可以放置第四定子永磁体和第五定子永磁体，且第四定子永磁体和第五定子永磁体均为叠层永磁体。
[0009]所述的第一转子永磁体和第二转子永磁体之间还可以放置第一转子导磁环，第四转子永磁体和第五转子永磁体之间还可以放置第二转子导磁环；第一定子永磁体和第四定子永磁体之间放置第一定子导磁环，第三定子永磁体和第五定子永磁体之间放置第二定子导磁环。
[0010]本发明的原理是:永磁体根据矫顽力的不同可分为低矫顽力永磁体和高矫顽力永磁体，低矫顽力永磁包括碳钢、鹤钢等合金钢、AlNiCo和FeCrCo等；高矫顽力永磁包括PtCo> MnAlC、铁氧体永磁和稀土永磁等。自从70年代高性能的稀土永磁问世,稀土永磁成为永磁被动磁轴承的代名词，几乎没有学者再研究低矫顽力永磁材料用于被动磁轴承。稀土永磁有粘结与烧结两种工艺，前者磁性能低，且含有大量粘接剂，难以经受空间热真空等严酷环境；后者质脆难于大尺寸成形或加工，对于大尺寸磁环，只能磁块拼接成形，而拼块永磁体接缝处磁密波动在高速应用场合下，会带来显著旋转损耗。
[0011]低矫顽力的FeCrCo力学性能及可加工性更优，甚至可以对带材冲片，在工业上广泛应用于复杂结构的异型永磁零件的制造。由于FeCrCo可轧制成最薄0.1mm的带材，因而利用软磁带材制成叠层的工艺，将FeCrCo带材制成“永磁叠层”,一方面是由于FeCrCo带材经轧制得到，相比棒料较容易得到大尺寸的带材；另一方面，FeCrCo叠层沿轴向叠压，片间胶层可有效抑制拼块SmCo磁体不均匀磁场的轴向分量，同时显著削弱不均匀磁场径向分量、周向分量在叠层中产生的旋转损耗，一举多得。但由于低矫顽力永磁的实际回复曲线与退磁曲线不重合，因此其工作点的磁性能较低。
[0012]本发明所述的组合式磁体是采用高矫顽力烧结稀土永磁(如SmCo)作为稳磁磁体，首先沿低矫顽力叠层永磁磁环(如FeCrCo)的磁化方向与高矫顽力永磁磁环构成组件，此时，相当于利用高矫顽力永磁体的磁场对开路的低矫顽力永磁体进行磁化，低矫顽力永磁磁环的工作点在其回复曲线上(剩磁较低)，然后再将组件整体充磁，这样低矫顽力永磁磁环的工作点就会变为其退磁曲线上(而非回复曲线上，剩磁变大)，充分发挥了材料的磁性能。另外，为了进一步减小分块高矫顽力永磁体产生的磁密波动，可以在分块高矫顽力永磁体与低矫顽力永磁叠层之间放置导磁环，起到进一步减小被动磁轴承高速下涡流损耗的作用。
[0013]本发明与现有技术相比的优点在于:与现有主动式轴向磁悬浮轴承相比，节省轴向传感器、控制线圈以及控制线圈所需要的控制器，缩小了体积、减轻了重量、消除了损耗、提高了系统的可靠性；与现有被动式轴向磁悬浮轴承相比，本发明采用了叠层永磁体与烧结永磁体相连接的组合磁体结构，大大减小了由分块永磁体组成的被动磁轴承在磁气隙中的磁场波动，进而减小了高速时的涡流损耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的吸力型组合磁体轴向被动磁轴承的基本结构图。
[0015]图2为本发明的转子部分放置有导磁环的吸力型组合磁体轴向被动磁轴承的结构图。
[0016]图3为本发明的定子部分也具有组合磁体的吸力型组合磁体轴向被动磁轴承的结构图。
[0017]图4为本发明的定子和转子部分均具有组合磁体以及导磁环的吸力型组合磁体轴向被动磁轴承的结构图。【具体实施方式】
[0018]图1为本发明的基本形式，由定子部分和转子部分组成，定子部分由第一定子永磁体11、第二定子永磁体12和第三定子永磁体13组成，沿轴向方向上依次放置为第一定子永磁体U、第二定子永磁体12和第三定子永磁体13,第一定子永磁体11沿径向_y方向充磁，第二定子永磁体12沿轴向+z方向充磁,第三定子永磁体13沿径向+y方向充磁；定子部分的外侧是转子部分，转子部分由第一转子永磁体21、第二转子永磁体22、第三转子永磁体23、第四转子永磁体24和第五转子永磁体25组成，第一转子永磁体21和第二转子永磁体22沿径向_y方向充磁，第四转子永磁体24和第五转子永磁体25沿径向+y方向充磁，第三转子永磁体23沿轴向-Z方向充磁,第一定子永磁体11和第一转子永磁体21之间形成磁气隙，第三定子永磁体13和第五转子永磁体25之间形成磁气隙,其中第一转子永磁体21和第五转子永磁体25为叠层永磁体，其余永磁体均为烧结永磁体；
[0019]所述的第一转子永磁体21和第五转子永磁体25为叠层招镍钴AlNiCo永磁体或叠层铁铬钴FeCrCo永磁体。
[0020]所述的第一定子永磁体11、第二定子永磁体12、第三定子永磁体13、第二转子永磁体22、第三转子永磁体23和第四转子永磁体24为烧结衫钴SmCo永磁体。
[0021]如图2所示，在图1所示的基本形式基础上，可以在所述的第一转子永磁体21和第二转子永磁体22之间放置第一转子导磁环26，在第四转子永磁体24和第五转子永磁体25之间放置第二转子导磁环27，这样可以减小大尺寸下拼块的第二转子永磁体22和第四转子永磁体24在各个拼块之间的磁场波动。
[0022]如图3所示，在所述的第一定子永磁体11和第三定子永磁体13的径向外侧还可以放置第四定子永磁体14和第五定子永磁体15，且两者均为叠层永磁体，这种做法的目的是平滑第一定子永磁体11和第三定子永磁体13在拼块接缝中的磁场波动。
[0023]如图4所示，为了使拼块永磁体在气隙中的磁场波动减为最小以及在各个拼块永磁体之间的磁场波动减为最小，在图3所示结构的基础上，在叠层永磁体之间与烧结永磁体之间放置有导磁环，具体来说，在第一转子永磁体21和第二转子永磁体22之间可以放置第一转子导磁环26，在第四转子永磁体24和第五转子永磁体25之间放置第二转子导磁环27 ;在第一定子永磁体11和第四定子永磁体14之间放置第一定子导磁环16,在第三定子永磁体13和第五定子永磁体15之间放置第二定子导磁环17。
【权利要求】
1.一种吸力型组合磁体轴向被动磁轴承，其特征在于:由定子部分和转子部分组成，定子部分由第一定子永磁体(11)、第二定子永磁体(12)和第三定子永磁体(13)组成，沿轴向方向上依次放置为第一定子永磁体(11)、第二定子永磁体(12)和第三定子永磁体(13)，第一定子永磁体(11)沿径向-y方向充磁，第二定子永磁体(12)沿轴向+z方向充磁,第三定子永磁体(13)沿径向+y方向充磁；定子部分的外侧是转子部分，转子部分由第一转子永磁体(21)、第二转子永磁体(22)、第三转子永磁体(23)、第四转子永磁体(24)和第五转子永磁体(25)组成，第一转子永磁体(21)和第二转子永磁体(22)沿径向-y方向充磁，第四转子永磁体(24)和第五转子永磁体(25)沿径向+y方向充磁，第三转子永磁体(23)沿轴向-Z方向充磁，第一定子永磁体(11)和第一转子永磁体(21)之间形成磁气隙,第三定子永磁体(13)和第五转子永磁体(25)之间形成磁气隙，其中第一转子永磁体(21)和第五转子永磁体(25 )为叠层永磁体，其余永磁体均为烧结永磁体。
2.根据权利要求1所述的吸力型组合磁体轴向被动磁轴承，其特征在于:所述的第一转子永磁体(21)和第五转子永磁体(25)为叠层招镍钴AlNiCo永磁体或叠层铁铬钴FeCrCo永磁体。
3.根据权利要求1所述的吸力型组合磁体轴向被动磁轴承，其特征在于:所述的第一定子永磁体(11)、第二定子永磁体(12 )、第三定子永磁体(13 )、第二转子永磁体(22 )、第三转子永磁体(23)和第四转子永磁体(24)为烧结钐钴SmCo永磁体。
4.根据权利要求1所述的吸力型组合磁体轴向被动磁轴承，其特征在于:所述的第一转子永磁体(21)和第二转子永磁体(22)之间还可以放置第一转子导磁环(26)，第四转子永磁体(24)和第五转子永磁体(25)之间还可以放置第二转子导磁环(27)。
5.根据权利要求1所述的吸力型组合磁体轴向被动磁轴承，其特征在于:所述的第一定子永磁体(11)和第三定子永磁体(13 )的径向外侧还可以放置第四定子永磁体(14 )和第五定子永磁体(15)，且第四定子永磁体(14)和第五定子永磁体(15)均为叠层永磁体。
6.根据权利要求5所述的吸力型组合磁体轴向被动磁轴承，其特征在于:所述的第一转子永磁体(21)和第二转子永磁体(22)之间还可以放置第一转子导磁环(26)，第四转子永磁体(24)和第五转子永磁体(25)之间还可以放置第二转子导磁环(27);第一定子永磁体(11)和第四定子永磁体(14)之间放置第一定子导磁环(16)，第三定子永磁体(13)和第五定子永磁体(15)之间放置第二定子导磁环(17)。
【文档编号】F16C32/04GK103470631SQ201310429806
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】孙津济, 王曦, 王春娥 申请人:北京航空航天大学