用于组合式径向-轴向磁推轴承的叠片芯及其相应的制造方法
【专利说明】用于组合式径向-轴向磁推轴承的叠片芯及其相应的制造方法
[0001]本申请是名称为“用于组合式径向-轴向磁推轴承的叠片芯及其相应的制造方法”、国际申请日为2010年11月2日、国际申请号为PCT/BE2010/000075、国家申请号为201080056305.4的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种用于驱转机器的磁推轴承，这种磁推轴承具有组合式轴向-径向结构，其中，轴向控制磁通量经过软磁芯的中心孔。
【背景技术】
[0003]通过磁推轴承可实现无接触式悬置。磁推轴承可限制摩擦损耗，因而在高速运用场合这种磁推轴承很受人欢迎。由于转子动力的限制因素，高速旋转式机器的结构通常复杂。在这个意义上看，轴的轴向长度的任何减少均会造成转子动力达到极限值。在所谓的组合式轴承中最大限度地利用了这种性质。这些轴承结构中，将轴向通道和径向通道组合在紧凑结构中，从而可共享几个功能部件。
[0004]在专利和科技文献中均公开了组合式轴承的各种例子。通常，轴向控制磁通量的路径经过铁磁材料构成的叠片叠层的中心孔。专利或专利申请US5514924、US6268674、US6727617、W02008074045、CN1737388 号中公开了这些例子。科技文献如 Imoberdorf等、Pichot等以及Buckner等撰写的文章公开了其他例子。Blumenstock的美国专利US6359357 BI号描述的这种组合式轴承中，轴向控制磁通量不经过铁磁材料构成的叠片叠层的中心孔。
[0005]如果轴向控制磁通量的路径经过叠片叠层的中心孔，或具体而言，如果在组合式轴承包含的某区域导电路径包围控制磁通量，那么组合式轴承的轴向通道性能会受到不利影响。在此情况下，改变控制磁通量会在周围材料中感应出电压。如果周围路径是闭合的且导电，那么这些感应电压会产生循环电流，从而会产生焦耳损耗。实际上，这种叠片叠层可被认为是变压器的第二短路线圈，轴向控制线圈是第一线圈。这种效果是由频率决定的:损耗随着频率而增加。根据特定的轴向控制电流和频率，焦耳损耗会减小所产生的作用力。因而，轴向通道的性能受到影响。
[0006]如果轴向致动器作用在叠片叠层上，那么这种现象也会出现在这种叠片叠层上。在此情况下控制磁通量进入叠层本身中，但物理解释是相同的。在美国专利US6268674号中，Takahashi提出在目标叠片叠层内部切割一系列均勾分布的径向狭槽。显然，为了在旋转时保持足够的强度，不能在叠片的整个厚度上进行切割。这样，如果控制磁通量仅进入狭槽区域，那么会局部产生感应电流。这种技术仅仅提供了一种解决办法来减小目标叠片叠层中的损耗。全部控制磁通量仍然被定子叠层包围。
[0007]据我们所知，还没有报道其他技术来减少这种损耗。在本专利中，提供了一种不同的技术来减少损耗。这种技术可应用到组合式磁推轴承的转子叠层和定子叠层中。
【发明内容】
[0008]本发明涉及一种永磁偏置的或电流偏置的组合式径向-轴向磁推轴承的定子或转子的叠片芯。这种叠片芯包括由各个平坦软磁叠片构成的稳固叠层。各个叠片具有同伦等价为球体的拓扑性质，以在叠片平面上形成至少一个完整的物理中断部来中断循环电流。稳固叠层显示具有同伦等价为圆环的拓扑性质以形成磁对称。至少一个物理中断部中填充有电绝缘材料，并且:
[0009]—相邻叠片上的所述至少一个物理中断部相对于彼此枢转，或者
[0010]—所述稳固叠层包括多个子叠层，其中所有相邻叠片上的所述至少一个物理中断部重叠，并且其中，所述子叠层的所述至少一个物理中断部相对于彼此枢转。
[0011]在本发明中，循环电流定义为经过软磁材料且沿着围绕叠片芯的闭合路径流动的电流。
[0012]平坦叠片和球体之间的同伦等价表明:仅采用弯曲、拉伸和/或收缩操作实际上可使平坦叠片形成为球形。此时不允许进行切断或上胶操作。类似地，稳固叠层和圆环之间的同伦等价表明:仅采用弯曲、拉伸和/或收缩操作实际上可使叠层形成为圆环形。
[0013]上述表述“在叠片平面上形成至少一个完整的物理中断部来中断循环电流”换句话说是指:在叠片平面上会形成包围住转子的、几乎完全闭合的软磁路径，路径中具有至少一个物理中断部来中断循环电流。
[0014]上述表述“包围住转子的、几乎完全闭合的软磁路径”的意思是:该路径包围住转子，优选包括至少75%的软磁材料，或者更优选地，包括至少95%的软磁材料。
[0015]本发明也涉及一种用于制造叠片芯的方法，该叠片芯用于组合式轴向-径向磁推轴承的定子或转子，从而该方法包括以下步骤:
[0016]—提供一组平坦的软磁叠片，所述叠片的拓扑形状同伦等价为球体形状；
[0017]—设置第一软磁层，以获得至少一个物理中断部来中断循环电流；
[0018]—相对于在前的软磁层来枢转和/或转动随后的所有软磁层；
[0019]一固定所形成的该组软磁层。
[0020]本发明还涉及一种用于制造叠片芯的方法，该叠片芯用于组合式轴向-径向磁推轴承的定子或转子，其中该方法包括以下步骤:
[0021]—提供一组平坦的软磁叠片，所述叠片的拓扑形状同伦等价为球体形状；
[0022]—设置第一组软磁层；采用如下方式来设置所述第一组软磁层:通过设置所述第一组软磁层而得到用于中断循环电流的至少一个物理中断部，且使得所有相邻叠片层上的至少一个物理中断部相一致；
[0023]—设置随后的多个叠层；设置随后的多个叠层的方式与布置第一组软磁层的方式相同，但使得所有的随后的多个叠层相对于在前的多个软磁层进行了枢转和/或转动；
[0024]一固定所形成的成组软磁层。
[0025]通过以这种方式来制造组合式轴承的定子芯或转子芯，由于不能形成变化的控制磁通量，从而产生了循环的涡电流。因而，轴承中的损耗减小，轴向致动器性能增强。
【附图说明】
[0026]为了更透彻地显示本发明的特征，在下面的内容中，通过非限制性的实例来描述本发明的用于组合式径向-轴向磁推轴承的定子或转子的叠片芯的优选实施例，附图中给出了附图标记，附图如下:
[0027]图1表示现有技术中的带永磁偏置的第一组合式轴承的半纵向截面图；
[0028]图2表示现有技术中的带永磁偏置的第二组合式轴承的纵向截面图；
[0029]图3表示现有技术中的带电流偏置的第三组合式轴承的纵向截面图；
[0030]图4表示现有技术中的第一组合式轴承的四极径向致动部件的截面图；
[0031]图5表示现有技术中的第二组合式轴承的三极径向致动部件的截面图；
[0032]图6表示组合式轴承的四极致动部件的360<°叠片的截面图，该叠片在对称轴线上具有切口 ；
[0033]图7表示图6中的叠片能够枢转到的所有可能位置，而磁极的方位保持不变；
[0034]图8表示叠层在切口附近的磁场线分布，切口的切向尺寸为0.5毫米，叠层由厚度为0.35毫米的四个叠片构成，叠片双侧均涂覆有厚度为10微米的涂层；
[0035]图9表示叠层在切口附近的磁通密度分布，切口的切向尺寸为0.5毫米，叠层由厚度为0.35毫米的四个叠片构成，叠片双侧均涂覆有厚度为10微米的涂层；
[0036]图10表示组合式轴承的四极径向致动部件的360<°叠片的截面图，叠片在对称轴线上无切口；
[0037]图11