专利名称：一种异极性永磁偏置轴向径向磁轴承的制作方法
技术领域：
本发明的异极性永磁偏置轴向径向磁轴承属磁轴承中的混合磁轴承的技术领域。
背景技术：
磁悬浮轴承又简称为磁轴承，是利用定子和转子之间的磁力作用将转子悬浮于空间， 使定子和转子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承。由于定、转子之间不存在机械 上的接触，所以磁悬浮轴承的转子可达到很高的运转转速，并且具有机械磨损小、能耗 低、寿命长、无润滑、无污染等优点，特别适合高速、真空和超洁净等特殊的应用场合。
目前，磁轴承按照磁力提供的方式分为以下几种第一种是主动磁轴承，这种磁轴 承线圏中存在偏置电流，以提供偏置磁场，由控制电流流经控制绕组产生的控制磁通与 偏置磁通进行叠加，从而产生可控的悬浮力，体积、重量和功耗都比较大。第二种是被 动磁轴承，这种磁轴承的悬浮力完全由永磁体提供，其所需的控制器简单，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。第三种是混合磁轴承，这种磁轴承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，电磁铁提供的只是平衡负载或干扰的控制磁场，大大降低了因偏置 电流产生的功率损耗，电磁铁所需的安匝数只是主动磁轴承的一半，缩小了磁轴承的体 积，减轻了其重量，并提高了承载能力。
目前国际上研究的永磁偏置轴向径向磁轴承结构形式分为两种， 一种是将径向磁轴 承与轴向磁轴承分离开来，利用同一永磁体提供径向和轴向偏置磁通，这种结构转子轴
向长度长，转子临界转速低；另一种是将轴向和径向集成在一起，结构紧凑，转子动态
性能得以提高。但多是采用同极性结构形式，即利用轴向定子形成偏置磁路，使径向定 子磁极形成同极性排列，使磁轴承的磁滞损耗得以减小。但由于轴向定子磁极的存在， 磁轴承整体长度较长，安装困难，增加了磁轴承的制造成本。
发明内容
本发明目的是提供一种结构紧凑、宽径向定子、功耗低、安装方便的异极性永磁偏 置轴向径向磁轴承。
本发明为实现上述目的采用如下技术方案
本发明包括定子组件和转子组件，定子组件设置在转子组件的外周；其特征在于 所述的定子组件包括径向定子、片状永^兹体、径向控制绕组，其中径向定子为对称布置 的八磁极结构，分别为套装有控制绕组的4个控制磁极，两个相向的径向控制绕组串联 相接，嵌放片状永磁体的4个永磁磁极，永磁磁极的轴向长度宽于转子铁心，置于控制 磁极之间；所述转子组件包括转子和转子铁心，转子铁心套装在转子上，置于径向定子 内；径向定子上靠近转子铁心的端部贴装轴向控制绕组。
本发明的上述径向定子中永磁磁极的轴向长度宽于转子铁心。
本发明的转子铁心采用硅钢片叠压制成。
本发明釆用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点
本发明的永磁偏置轴向径向磁轴承，径向偏置磁通、控制磁通完全在同一平面内闭 合，所以具有磁通路径短和漏磁较小的优点。利用比转子铁心宽的径向永磁磁极，产生 具有轴向分量的偏置磁通，而不再需要专门的轴向定子磁极，大为简化了磁轴承的结构， 安装便利。同时，该磁轴承利用永磁体产生偏置磁通，还具有功耗小，轴向长度短的优 点，在飞轮储能、空调压缩机、涡轮分子泵等高速应用场合具有广阔的应用前景，将其 利用于航空航天和舰艇等国防领域则更具有重要意义。
图l是本发明的一种结构示意图。 图2的图1的俯视图。 图3是本发明的工作原理图。 图4是图3的俯视图。
图中1、径向定子；2、片状永磁体；3、径向控制绕组；4、轴向控制绕组；5、转 子；6、转子铁心。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明
如图1所示，本发明的异极性永磁偏置轴向径向磁轴承，包括定子组件和转子组件， 所述的定子组件包括径向定子1，其中径向定子1为空间对称布置的八》兹才及结构，在径向 定子1磁极上间隔套装有四个径向控制绕组3，两个相向的径向控制绕組串联相接，4个 嵌放片状永磁体2的为永磁磁极，其轴向长度宽于转子铁心，置于控制磁极之间，用以 产生偏置磁通，轴向控制绕组4为单绕组贴装在径向定子磁极下。所述转子组件包括转 子5和转子铁心6，转子铁心6套装在转子5上，置于径向定子1内，由于该磁轴承磁极 为异极性排列，为减小磁滞和涡流损耗，悬浮转子铁心也采用硅钢片叠压制成。其轴向 的基本工作原理是由于径向永磁磁极比转子铁心宽，四个片状永磁体产生的永磁偏置 磁通在经过径向永磁磁极、径向气隙到达转子铁心时，产生了具有轴向分量的偏置磁通， 当转子位于轴向平衡位置时，由于结构的对称性，在转子铁心轴向端面的右面气隙和左 面气隙处的磁通是相等的，此时左右吸力相等。如果在此时转子受到一个向左的外扰力， 转子就会偏离平衡位置向左运动，造成环状永磁体产生的左右的磁通变化，即右面的气 隙增大，磁通减小，即轴向磁通分量减小；左面的气隙减小，磁通增大，即轴向磁通分 量增大。由于磁场吸力与磁通的平方成正比，因此右边的吸力小于左边的吸力，在加入 控制磁通前，转子将无法回到平衡位置。此时位移传感器检测出转子偏离其参考位置的 位移量，控制器将这一位移信号变换成控制信号，功率放大器又将此控制信号变换成控 制电流，这个电流流经贴装在径向定子下的轴向控制绕组，在气隙内产生一个电磁^磁通， 这个电磁磁通与气隙中的永磁磁通轴向分量叠加，使转子右面气隙中的磁通增加，左面 气隙中的磁通减小，产生一个向右的吸力，将转子拉回平衡位置。同理，转子受到轴向 向左的外扰动，基于上述原理同样能使转子回复到平衡位置。径向磁轴承部分的工作原 理是由于永磁体的磁阻较大，控制磁通不经过永磁磁极，可避免控制磁通与偏置磁通 方向相反时对永磁体的去磁。当转子处于平衡位置，片状永磁体在径向气隙产生相等的 偏置磁通，这样使转子受到径向磁阻力合力为零，稳定在平衡位置。由于结构的对称性， 永磁体产生的磁通在转子的上下气隙处是相等的，此时上下吸力相等。如果在此平衡位 置时转子受到一个向下的外扰力，转子就会偏离参考位置向下运动，造成永久磁铁产生 的上下气隙的磁通变化，即上面的气隙增大，使永磁体产生的磁通减少，下面的气隙减 少，使永磁体产生的磁通增加。由于磁场力与磁通的平方成正比，因此下面的吸力小于上面的吸力，在加入控制磁通前，转子将无法回到平衡位置。控制绕组产生控制磁通， 控制磁通在上气隙处与偏置磁通相叠加，而在下气隙处与偏置磁通相抵消。 一边气隙中 的磁通大于另 一边气隙的磁通，两边径向气隙磁通的差异对转子产生了可控的回复力， 使转子稳定在径向平衡位置。如果转子受到一个向上的外扰力，可以用类似的方法进行 分析，得到相反的结论。同理，不论转子受到向左、向右、向上或向下的外扰动，带位 置负反馈的永磁偏置轴向径向磁轴承通过控制器控制励磁绕组中的电流，调节各气隙磁 通的大小，始终能保持转子在平衡位置。
图1、图2是本发明的永磁偏置轴向径向磁轴承结构示意图，图1、图2中的径向定 子l为硅钢片叠压制成，为对称布置的八磁极结构，四个定子磁极上套有径向控制绕组 3，两个相向的径向绕组串联联接，构成控制磁极，四个片状永磁体2间隔镶嵌在另外 四个径向定子中，构成永磁磁极，置于控制磁极之间，用以产生偏置磁通，但径向定子 中的永》兹磁极比转子铁心6宽，用以产生具有轴向分量的偏置磁通，轴向控制绕组4贴 装在径向定子1的内表面。磁路图如图3、图4所示。片状永磁体产生的偏置磁通依次经 过径向永磁磁极、径向气隙、转子铁心、径向控制磁极构成闭合回路，如图3、图4中的 实线所示。轴向控制绕组产生的控制磁通经过径向定子和轴向气隙，如图3、图4中的双 虚线所示。径向控制绕组产生的控制磁通只经过径向气隙和径向定子，转子铁心，不经 过轴向气隙，如图3、图4中的单虚线所示。轴向控制磁通和径向控制磁通彼此解耦，互 不干扰。
权利要求
1、一种异极性永磁偏置轴向径向磁轴承，包括定子组件和转子组件，定子组件设置在转子组件的外周；其特征在于所述的定子组件包括径向定子(1)、片状永磁体(2)、径向控制绕组(3)，其中径向定子(1)为对称布置的八磁极结构，分别为套装有控制绕组(3)的4个控制磁极，两个相向的径向控制绕组串联相接，嵌放片状永磁体(2)的4个永磁磁极，永磁磁极的轴向长度宽于转子铁心，置于控制磁极之间；所述转子组件包括转子(5)和转子铁心(6)，转子铁心(6)套装在转子(5)上，置于径向定子(1)内；径向定子(1)上靠近转子铁心(6)的端部贴装轴向控制绕组(4)。
2、 根据权利要求1所述的异极性永磁偏置轴向径向磁轴承，其特征在于上述径向 定子(1)中永磁磁极的轴向长度宽于转子铁心(6)。
3、 根据权利要求1所述的异极性永磁偏置轴向径向磁轴承，其特征在于上述转子 铁心(6)釆用硅钢片叠压制成。
全文摘要
一种异极性永磁偏置轴向径向磁轴承，属磁轴承中的混合磁轴承。本发明的径向定子为对称布置的八磁极结构，分别为4个套装有控制绕组的控制磁极，4个嵌放片状永磁体的永磁磁极，置于控制磁极之间。该磁轴承利用永磁体来建立静态偏置磁场，通过永磁磁极、转子铁心、控制磁极来形成闭合磁路，永磁磁极宽于转子铁心，用以产生具有轴向分量的偏置磁通，贴装在径向定子下的轴向控制绕组产生控制磁通与偏置磁通叠加控制轴向悬浮，控制磁极上的两个相向控制绕组串联相接，产生控制磁通与偏置磁通叠加实现径向两自由度悬浮。本发明实现了结构紧凑、宽径向定子、功耗低、安装方便的目的。
文档编号F16C32/04GK101413539SQ20081023627
公开日2009年4月22日 申请日期2008年11月19日 优先权日2008年11月19日
发明者冯遵安, 徐建中, 赵旭升 申请人:南京化工职业技术学院