专利名称：一种低功耗永磁偏置外转子混合径向磁轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种体积小、功耗低的永磁偏置外转子径向磁轴承，可作为卫星等航天器中旋转部件的无接触支撑。
背景技术：
磁悬浮轴承分纯电磁式和永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，前者使用电流大、功耗大，永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，永磁体产生的磁场承担主要的承载力，电磁磁场提供辅助的调节承载力，因而这种轴承可大大减小控制电流，降低损耗。但目前的永磁偏置外转子径向磁轴承结构，有些是在普通径向电磁轴承的基础上，在电磁磁路上向放置永磁体，这样控制线圈所产生的磁通要穿过永磁体，由于永磁体磁阻很大，因而控制线圈要产生一定的电磁磁通需要较大的激磁电流，这显然会增加轴承的功耗；有些结构是将永磁体直接与定子叠片铁心相连，这样永磁磁路在垂直穿过定子铁心时会损失过多的磁动势，因而会大大削弱永磁体对转子轴的吸力；还有些结构是将永磁体通过导磁环与叠片铁心相连，电励磁磁路经过叠片铁心形成回路，这样永磁磁动势不会在叠片铁心中产生损失，同时电励磁磁路也不会经过永磁体本身，但是这种结构的径向磁轴承其永磁磁路所在平面与电励磁磁路所在平面相互垂直，因而会导致轴向长度较长，故不能满足卫星、空间站等航天器所要求的体积小、重量轻的目的。中国专利申请200510086223.5，如图1所示、中国专利申请200510086213.1，如图2所示，给出了两种外转子径向磁轴承，尽管这两种结构的永磁磁路与电励磁磁路共面，可以做到轴向长度短，但是其定子铁心磁极为8个均布于圆周，而磁轴承X和Y方向上的力是由这8个磁极的合力构成，由于8个定子磁极依次相隔45度，因而在+X、-X、+Y和-Y方向上产生一定的承载力，就需要每个定子磁极线圈中通入较大的电流才可实现，因而造成功耗增加。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种体积小、重量轻、功耗低、加工制造方便的一种低功耗永磁偏置外转子混合径向磁轴承。
本发明的技术解决方案为一种低功耗永磁偏置外转子混合径向磁轴承，由转子铁心、永磁体、定子铁心、激磁线圈组成，8个定子铁心磁极组成了X、Y正负方向上的磁极，其中4个永磁体嵌于两个定子铁心磁极之间，并呈90度放置，定子铁心外表面与转子铁心内表面留有间隙，形成空气隙，永磁体与定子铁心之间形成第二气隙，并通过定子铁心磁极形成X、Y方向上的偏置磁场。
上述方案的原理是永磁体给磁轴承提供永磁偏置磁场，承担磁轴承所受的径向力，激磁线圈所产生的磁场起调节作用，用来改变X、Y方向上磁场的强弱，保持磁轴承定转子气隙均匀，并使转子得到无接触支撑。如图1实线箭头所示，本发明的永磁磁路为磁通从永磁体N极出发，通过定子铁心、一端+Y方向气隙、转子铁心，至另一端+Y方向气隙、定子铁心回到永磁体S极，形成磁悬浮轴承的主磁路；如图1虚线箭头所示，电励磁磁路路径为电励磁磁通从+Y方向上的定子铁心磁极出发、经一端+Y方向的气隙、转子铁心至另一端+Y方向的气隙、定子铁心磁极以及第二气隙构成闭合回路。这样不仅保证了电激磁磁路不通过永磁体内部，减小了电激磁磁路的磁阻，降低了激磁电流，进而降低了轴承的功耗，同时又使得永磁磁路在任一径向截面内与电励磁磁路共面，大大减小了径向磁轴承的轴向尺寸，8个定子铁心磁极在+X、-X、+Y和-Y方向上紧凑分布，可使得产生同样大小的承载力所需的电流更小，另外，定子铁心采用卷绕方式，可以采用高饱和磁密、高电阻率且叠片厚度更小的软磁材料制成定子铁心，这可使得产生同样大小的承载力所需定子铁心体积减小，由于铁心叠片厚度小，所以铁心中产生的涡流损耗会大大降低。
本发明与现有技术相比的优点在于本发明由于采用永磁磁场作为偏置磁场，与传统电磁轴承相比消除了在线圈电流中占主要分量的偏置电流，降低了绕组铜耗和控制功放损耗，因此功耗很低。与现有的永磁偏置磁轴承相比，本发明所述的永磁偏置外转子径向磁轴承其永磁磁路与电激磁磁路在任一径向截面中共面，因而可以大大减小径向磁轴承的轴向尺寸，进而减小径向磁轴承的体积；又因为8个定子铁心在X和Y方向上紧凑分布，可以使得产生同样大小的承载力所需的激磁线圈的电流更小，又因定子铁心采用卷绕方式，可以采用高饱和磁密、高电阻率、叠片厚度更小的软磁材料制成定子铁心，这可使得产生同样大小的承载力所需定子铁心体积减小，由于铁心叠片厚度小，所以铁心中产生的涡流损耗会大大降低。
图1为一种现有的永磁偏置外转子径向磁轴承径向截面图；图2为另一种现有的永磁偏置外转子径向磁轴承径向截面图；图3为本发明的低功耗永磁偏置外转子混合径向磁轴承径向截面图。
具体实施例方式
如图3所示，为本发明由转子铁心1、永磁体2、定子铁心3、激磁线圈5组成，8个定子铁心3磁极形成X、Y方向上的定子铁心磁极，并且其周围绕制有激磁线圈。4个永磁体2放置于两个定子铁心3之间，并呈90度分布放置。定子铁心3外表面与转子铁心1内表面留有一定的间隙(一般为0.2-0.4mm)形成空气隙4，永磁体2与定子铁心之间的第二气隙也应稍大于2倍空气隙4的长度，以减小永磁体磁动势的损失，永磁体2通过定子铁心3磁极形成X、Y方向上的偏置磁场。在具体应用时，本发明所述的永磁偏置外转子径向磁轴承应成对使用。
本发明所用的转子铁心1可用导磁性能良好的电工薄钢板如电工纯铁、电工硅钢板DR510、DR470、DW350、1J50、1J79或硅钢薄带等磁性材料冲压迭制而成；定子铁心3可采用高饱和磁密、叠片厚度小的软磁材料如硅钢薄带、非晶等卷绕而成；永磁体2的材料为磁性能良好的稀土永磁体或铁氧体永磁体，永磁体2为平行充磁，激磁线圈5用导电良好的电磁线绕制后浸漆烘干而成。
权利要求
1.低功耗永磁偏置外转子混合径向磁轴承，其特征在于由转子铁心(1)、永磁体(2)、定子铁心(3)、激磁线圈(5)组成，8个定子铁心(3)磁极组成了X、Y正负方向上的磁极，其中4个永磁体(2)嵌于两个定子铁心(3)磁极之间，并呈90度放置，定子铁心(3)外表面与转子铁心(1)内表面留有间隙，形成空气隙(4)，永磁体(2)与定子铁心(3)之间形成第二气隙(6)，并通过定子铁心(3)磁极形成X、Y方向上的偏置磁场。
2.根据权利要求1所述的低功耗永磁偏置外转子混合径向磁轴承，其特征在于所述的永磁体(2)为平行充磁。
3.根据权利要求1所述的低功耗永磁偏置外转子混合径向磁轴承，其特征在于所述的定子铁心(3)外表面与转子铁心(1)内表面形成的空气隙(4)为0.2-0.4mm。
4.根据权利要求1所述的低功耗永磁偏置外转子混合径向磁轴承，其特征在于所述的第二气隙(6)的长度大于2倍空气隙(4)的长度。
5.根据权利要求1所述的低功耗永磁偏置外转子混合径向磁轴承，其特征在于所述的永磁体(2)采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料制成。
6.根据权利要求1所述的低功耗永磁偏置外转子混合径向磁轴承，其特征在于所述的转子铁心(1)采用导磁性能良好的材料沿轴向冲压迭制而成，定子铁心(3)采用卷绕式铁心制成，材料可采用高饱和磁密的硅钢薄带或非晶等制成。
全文摘要
低功耗永磁偏置外转子混合径向磁轴承，由转子铁心、永磁体、定子铁心、激磁线圈、空气隙、第二气隙组成，8个定子铁心磁极组成X、Y正负方向的磁极，并且周围绕制有激磁线圈，4个永磁体嵌于两个定子铁心磁极之间，并呈90度放置，定子铁心外表面与转子铁心内表面留有一定的间隙，形成空气隙，两个定子铁心与永磁体之间形成第二气隙，永磁体通过定子铁心磁极形成X、Y方向上的偏置磁场，本发明解决了现有永磁偏置外转子径向磁轴承轴向尺寸较大的缺点，具有体积小、功耗低、性能可靠、利于控制等优点。
文档编号F16C32/04GK1752471SQ20051008683
公开日2006年3月29日 申请日期2005年11月10日 优先权日2005年11月10日
发明者房建成, 孙津济, 马善振 申请人:北京航空航天大学