专利名称：一种具有容错功能的永磁偏置外转子径向磁轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非接触混合式磁悬浮轴承，特别是涉及一种具有容错功能的永磁 偏置外转子径向磁轴承。
背景技术：
当前磁悬浮轴承分为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，电磁磁场提供辅助的调节 承载力，永磁体产生的磁场承担主要的承载力，具有降低功率放大器损耗，减少电磁铁安匝 数，缩小磁轴承的体积和重量等优点，所以永磁偏置的混合磁悬浮轴承得到了广泛的应用。 在航空等要求高可靠性的领域，为了提高磁悬浮轴承系统的可靠性，要求具有容错功能，而 目前具有容错功能的磁悬浮轴承多为纯电磁式，其结构示意图如图1所示，在具有冗余功 能的径向磁轴承上用了 6个线圈，其中每3个不相邻的磁极和线圈组成一个径向磁悬浮轴 承，此结构的径向磁悬浮轴承相当于两个径向磁悬浮轴承同时工作，当其中一个出现故障 时，另一个轴承仍可以正常工作。这种结构的径向磁轴承通过电流产生静态偏置磁场，功耗 多、体积和重量大等缺点。专利一种具有冗余结构的永磁偏置外转子径向磁轴承(专利号 200710063271. 1)中，所述结构虽然可以实现冗余功能，但是由于其气隙磁场在圆周方向上 存在磁密大小的波动，因此会导致转子在高速旋转时产生较大的涡流损耗，难以满足航天 对功耗的要求。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种具有容错功能的永磁 偏置外转子径向磁轴承，与现有容错功能的径向磁轴承相比，其体积小、重量轻且功耗低， 易于控制以及可靠性能高等优点。本发明的技术解决方案是一种具有容错功能的永磁偏置外转子径向磁轴承，包 括外导磁环、左转子铁芯、右转子铁芯、左定子铁芯、右定子铁芯、激磁线圈、左内导磁环、右 内导磁环和永磁体，左转子铁芯和右转子铁芯与外导磁环相连，左定子铁芯和右定子铁芯 径向内侧分别与左内导磁环和右内导磁环相连，永磁体位于左内导磁环和右内导磁环之 间，左定子铁芯和右定子铁芯的径向外侧分别是左转子铁芯和右转子铁芯，左定子铁芯和 右定子铁芯的外表面与左转子铁芯和右转子铁芯的内表面之间形成气隙，左定子铁芯和右 定子铁芯共组成16个磁极，左定子铁芯的8个磁极和右定子铁芯的8个磁极沿圆周均勻分 布，且均具有极靴形式，每个磁极上绕有激磁线圈，左定子铁芯互不相邻的4个磁极与右定 子铁芯互不相邻的4个磁极以及它们上面绕有的线圈共同组成了两组定子磁极，两组磁极 互为冗余，当一组磁极发生故障时，另一组磁极可以正常工作。所述相邻定子铁芯磁极极靴之间的距离为定转子铁芯之间气隙(210)的5倍 10 倍，且定子极靴的极尖角为10 30度；所述的永磁体采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料 或钕铁硼永磁材料制成。
本发明提供的一种具有容错功能的永磁偏置外转子径向磁轴承，永磁体给磁轴承 提供的永磁偏置磁场，承担磁轴承所受的径向力，电磁线圈所产生的磁场其调节作用，用来 改变相对两个定子铁芯磁极方向上磁场的强弱，并使得转子得到无接触支撑。左定子铁芯 和右定子铁芯共组成16个磁极，左定子铁芯的8个磁极和右定子铁芯的8个磁极沿圆周均 勻分布，每个磁极上绕有激磁线圈，左定子铁芯互不相邻的4个磁极与右定子铁芯互不相 邻的4个磁极以及它们上面绕有的线圈共同组成了两组定子磁极，这样整个装置共组成了 两组永磁偏置外转子径向磁轴承，可以实现容错功能。当其中一个径向磁轴承正常工作时， 另一个径向磁轴承的激磁线圈不通电流，作为备用磁轴承。下面阐述一下径向磁轴承的永 磁磁路与电磁磁路。如图2所示，实线表示永磁磁路磁通从永磁体N极出发，通过右内导磁环、右定 子铁芯、气隙、右转子铁芯、外导磁环、左转子铁芯、气隙、左定子铁芯和左内导磁环回到永 磁体的S极，构成径向磁轴承的永磁磁路，在气隙中产生永磁偏置磁场。虚线表示电磁磁路 (以+Y、-Y方向上线圈同时通电为例予以说明)①磁通由左定子铁芯的定子磁极，沿径向通过气隙(如+Y方向气隙)、左转子铁 芯，经与该定子铁芯磁极对称的定子铁芯磁极与转子之间的气隙(-Y方向气隙)，回到左定 子铁芯的定子磁极，形成闭合磁回路，如图2和3中虚线所示；②磁通由右定子铁芯的定子磁极，沿径向通过气隙(如+Y方向气隙)、右转子铁 芯，经与该定子铁芯磁极对称的定子铁芯磁极与转子之间的气隙(-Y方向气隙)，回到右定 子铁芯的定子磁极，形成闭合磁回路，如图2和4中虚线所示。整个装置共组成两个径向的 磁轴承，备用径向磁轴承的永磁磁路和电磁磁路与正常工作径向磁轴承的永磁磁路完全相 同，电磁磁路也分为两路。根据此原理，两组磁极互为冗余结构，当其中一个径向磁轴承发 生故障时，另一个备用的径向磁轴承进入正常的工作状态，保证了整个系统的安全可靠地 运行。本发明与现有技术的优点在于本发明提供的一种具有容错功能的永磁偏置外转 子径向磁轴承，利用左定子铁芯和右定子铁芯的16个定子磁极及其激磁线圈，与左内导磁 环和右内导磁环、永磁体、左转子铁芯、右转子铁芯以及外导磁环，构成了两个具有容错功 能的永磁偏置的径向磁轴承，具有结构简单易实现等优点，而且当其中一个永磁偏置径向 磁轴承发生故障时，另一个永磁偏置径向磁轴承将会进入正常的工作状态，保证了整个系 统的可靠稳定的运行。除此之外，由于定子铁心采用极靴形式，因此可以降低径向磁轴承定 转子之间气隙的磁密波动，从而降低磁轴承的旋转功耗。
图1现有技术中具有容错功能的径向磁轴承结构示意图；图2本发明具有容错功能的永磁偏置外转子径向磁轴承剖面图；图3本发明具有容错功能的永磁偏置外转子径向磁轴承左端截面图；图4本发明具有容错功能的永磁偏置外转子径向磁轴承右端截面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
一种具有容错功能的永磁偏置外转子径向磁轴承，包括外导磁环201、左转子铁芯 202、右转子铁芯203、左定子铁芯204、右定子铁芯205、激磁线圈206、左内导磁环207、右内 导磁环208和永磁体209，左转子铁芯202和右转子铁芯203与外导磁环相连201，左定子 铁芯204和右定子铁芯205径向内侧分别与左内导磁环207和右内导磁环208相连，永磁 体209位于左内导磁环207和右内导磁环208之间，左定子铁芯204和右定子铁芯205的 径向外侧分别是左转子铁芯202和右转子铁芯203，左定子铁芯204和右定子铁芯205的外 表面与左转子铁芯202和右转子铁芯203的内表面之间形成气隙210，左定子铁芯204和 右定子铁芯205共组成16个磁极，左定子铁芯204的8个磁极和右定子铁芯205的8个磁 极沿圆周均勻分布，且均为极靴形式，每个磁极上绕有激磁线圈206，左定子铁芯204互不 相邻的4个磁极301，303，305，307与右定子铁芯205互不相邻的4个磁极401，403，405， 407，或者左定子铁芯204互不相邻的4个磁极302，304，306，308与右定子铁芯205互不相 邻的4个磁极402，404，406，408以及它们上面绕有的线圈206共同组成了两组定子磁极， 两组磁极互为冗余，当一组磁极发生故障时，另一组磁极可以正常工作。所述定子铁芯磁极均为极靴形式，且圆周方向上的相邻两个定子极靴之间的距 离为定转子之间气隙210的5倍 10倍以防止磁极之间的耦合影响，一般第一类气隙为 0. 3mm 0. 5mm，所以定子铁芯极靴之间的距离为1. 5 5mm，且极尖角(图中所示的θ )设 计为10 30度以保证定子铁芯各部分磁密的均勻性和不饱和性，同时防止铁芯拐角处的 磁密集中引起饱和的缺陷。本发明提供的一种具有容错功能的永磁偏置外转子径向磁轴承，外导磁环201、左 内导磁环207和右内导磁环208均采用导磁性能良好的材料制成，如电工纯铁等材料；左转 子铁芯202、右转子铁芯203、左定子铁芯204和右定子铁芯205采用导磁性能良好的电工 薄片钢板，如电工纯铁、电工硅钢板或硅钢薄带等磁性材料冲压迭制而成；永磁体209可采 用磁性能良好的稀土永磁体或铁氧体永磁体或钕铁硼永磁体，永磁体沿轴向充磁，励磁线 圈206用导电良好的电磁线绕制后浸漆烘干而成。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
一种具有容错功能的永磁偏置外转子径向磁轴承，包括外导磁环(201)、左转子铁芯(202)、右转子铁芯(203)、左定子铁芯(204)、右定子铁芯(205)、激磁线圈(206)、左内导磁环(207)、右内导磁环(208)和永磁体(209)，左转子铁芯(202)和右转子铁芯(203)与外导磁环相连(201)，左定子铁芯(204)和右定子铁芯(205)径向内侧分别与左内导磁环(207)和右内导磁环(208)相连，永磁体(209)位于左内导磁环(207)和右内导磁环(208)之间，左定子铁芯(204)和右定子铁芯(205)的径向外侧分别是左转子铁芯(202)和右转子铁芯(203)，左定子铁芯(204)和右定子铁芯(205)的外表面与左转子铁芯(202)和右转子铁芯(203)的内表面之间形成气隙(210)，左定子铁芯(204)和右定子铁芯(205)共组成16个磁极，左定子铁芯(204)的8个磁极和右定子铁芯(205)的8个磁极沿圆周均匀分布，且均为极靴形式，每个磁极上绕有激磁线圈(206)，左定子铁芯(204)互不相邻的4个磁极(301，303，305，307)与右定子铁芯(205)互不相邻的4个磁极(401，403，405，407)，或者左定子铁芯(204)互不相邻的4个磁极(302，304，306，308)与右定子铁芯(205)互不相邻的4个磁极(402，404，406，408)以及它们上面绕有的线圈(206)共同组成了两组定子磁极，两组磁极互为冗余，当一组磁极发生故障时，另一组磁极可以正常工作。
2.根据权利1所述的具有容错功能的永磁偏置外转子径向磁轴承，其特征在于所述 相邻定子铁芯磁极极靴之间的距离为定转子铁芯之间气隙(210)的5倍 10倍。
3.根据权利1所述的具有容错功能的永磁偏置外转子径向磁轴承，其特征在于所述 定子极靴的极尖角为10 30度。
4.根据权利1所述的具有容错功能的永磁偏置外转子径向磁轴承，其特征在于所述 的永磁体(209)采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料或钕铁硼永磁材料制成。全文摘要
本发明提供的一种具有容错功能的永磁偏置外转子径向磁轴承，包括外导磁环、左转子铁芯、右转子铁芯、左定子铁芯、右定子铁芯、激磁线圈、左内导磁环、右内导磁环和永磁体。左转子铁芯和右转子铁芯与外导磁环相连，左定子铁芯和右定子铁芯内部分别与左内导磁环和左内导磁环相连，永磁体位于左内导磁环和右内导磁环之间，左定子铁芯和右定子铁芯的外部分别是左转子铁芯和右转子铁芯，定子的外表面与转子的内表面之间形成气隙。左定子铁芯和右定子铁芯共组成16个磁极，定子铁心磁极采用极靴形式，每个磁极上绕有激磁线圈，当其中一个径向磁轴承正常工作时，另一个径向磁轴承的激磁线圈不通电流，作为备用磁轴承，保证了整个系统的安全可靠地运行。
文档编号F16C32/04GK101881303SQ20101022633
公开日2010年11月10日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者蒋涛 申请人:北京奇峰聚能科技有限公司