专利名称：永磁偏置轴向磁轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种磁轴承技术领域的混合磁轴承，尤其涉及的是一种永磁偏置 轴向磁轴承。
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 轴承线圈中存在偏置电流，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磁轴承结构形式分为三种，一种是将永磁体置于 转子中，使安装难度增大，限制其高速运行；第二种磁轴承将悬浮转子置于定子的两侧，轴 向长度长，临界转速低；第三种磁轴承中轴向控制磁通穿过永磁体，对永磁体呈明显的去磁 作用，漏磁较大，在高速、高效的应用场合受到限制。
发明内容
发明目的本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种永磁偏置轴向磁 轴承，其结构较为简单，控制方便，通过将转子铁心设计为薄片状圆盘形，临界转速高，可产 生一稳定的被动悬浮力，将其用于垂直放置的飞轮储能装置中，可大幅降低磁轴承的悬浮 功耗。技术方案本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括定子组件和转子组件， 所述的定子组件包括轴向定子、轴向控制绕组、永磁体和径向定子，所述的转子组件包括转 轴和转子铁心，其中轴向控制绕组绕于轴向定子的磁极上，转子铁心套装于转轴上，径向 定子设于轴向定子内，永磁体贴附于径向定子的外端且和轴向定子的内端面相接触，转子 铁心设于轴向定子和径向定子的内部；所述的转子铁心是圆盘形，圆盘的中心套接于转轴 上，径向定子设于圆盘的两端，轴向定子设于圆盘的外端，所述的转子铁心套接于转轴的部 分的长度和转轴的长度相同。所述的径向定子只用于流以偏置磁通，为便于悬浮转子的高速旋转，所述的转子铁心和径向定子是实心软磁材料制成。本发明工作时本发明的永磁偏置轴向磁轴承，利用位于转子铁心两侧的两个相 同的径向充磁的环形永磁体来建立静态偏置磁场，通过轴向定子、转子铁心和径向定子来 形成闭合磁路，当转子铁心位于轴向平衡位置时，由于结构的对称性，环形永磁体产生的磁 通在转子铁心的轴向端面的右面气隙和左面气隙处是相等的，此时左右吸力相等；假定此 时转子受到一水平向左的扰动力，则轴向控制绕组通以控制电流在轴向气隙中产生控制磁 通与偏置磁通叠加，右气隙中磁场增强，左气隙中控制磁场与偏置磁场方向相反，磁场减 弱，在转子铁心上产生水平向右的悬浮力；若转子受到向右的扰动力，则控制电流反向，形 成的控制磁通反向与偏置磁通叠加，形成向左的悬浮力；如将其轴向气隙设计为不对称结 构，则可产生一稳定的静态悬浮力，将其用于垂直放置的飞轮装置中，可大幅降低轴承的功
^^ ο有益效果本发明中径向定子只用于流以偏置磁通，为实心圆盘，大为简化了磁轴 承的结构。转子铁心主要用以流以偏置磁轴承，这种圆盘状的转子铁心，不但大为缩短了磁 轴承的轴向长度，提高了转子的临界转速，同时，也缩短了轴向控制磁通的磁路，降低了轴 向励磁磁通的损耗。轴向定子的磁极位于径向定子之上，不仅缩短了整个轴承的轴向长度， 而且使轴向控制磁通与径向磁路互不干扰，不产生磁路耦合。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。如将其轴向气隙设计为不对称结构，则可产生一稳定的静态悬浮力，将其用于垂直放置 的飞轮装置中，可大幅降低轴承的功耗。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的磁路原理图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。如图1所示，本实施例包括定子组件和转子组件，其中定子组件设于转子组件的 外周。所述的定子组件包括轴向定子1、轴向控制绕组2、永磁体3和径向定子4，所述的转 子组件包括转子铁心5和转轴6，其特征在于轴向控制绕组2绕于轴向定子1的磁极上， 转子铁心5套装于转轴6上，径向定子4设于轴向定子1内，永磁体3贴附于径向定子4的 外端且和轴向定子1的内端面相接触，转子铁心5设于轴向定子1和径向定子4的内部；所 述的转子铁心5是圆盘形，圆盘的中心套接于转轴6上，径向定子4设于圆盘的两端，轴向 定子1设于圆盘的外端，所述的转子铁心5套接于转轴6的部分的长度和转轴6的长度相 同。所述的径向定子4是两个实心圆盘，分别设于转子铁心5的两端，所述的轴向定子 1的内端面和环形永磁体3相接触，径向充磁的环形永磁体3采用钕铁硼制成，分别贴附于两个径向定子4的外端，两个径向定子4完全相同，只用于流以偏置磁通，也用实心软磁材 料制成圆盘状。为便于悬浮转子的高速旋转，转子铁心5也采用实心软磁材料制成，套装在 转轴6上，与轴向定子1形成轴向气隙，与径向定子4形成径向气隙，位于轴向定子1的磁 极中的转子铁心5主要用以流以偏置磁轴承，可制成薄片圆盘状，这种圆盘状的转子铁心 5，不但大为缩短了磁轴承的轴向长度，提高了转子的临界转速，同时，也缩短了轴向控制磁 通的磁路，降低了轴向励磁磁通的损耗。轴向定子1的磁极位于径向定子4之上，不仅缩短 了整个轴承的轴向长度，而且使轴向控制磁通与径向磁路互不干扰，不产生磁路耦合。如其 轴向气隙为左右不对称布置，则可产生一稳定的被动悬浮力。 如图2中实线所示，环形永磁体3产生偏置磁通，经轴向定子1的磁极、轴向气隙、 转子铁心5、径向气隙和径向定子4形成闭合磁路；如图2中虚线所示，轴向控制磁通在轴 向定子1的磁极、轴向气隙、转子铁心5形成闭合回路。
权利要求
一种永磁偏置轴向磁轴承，包括定子组件和转子组件，所述的定子组件包括轴向定子(1)、轴向控制绕组(2)、永磁体(3)和径向定子(4)，所述的转子组件包括转轴(6)和转子铁心(5)，其特征在于轴向控制绕组(2)绕于轴向定子(1)的磁极上，转子铁心(5)套装于转轴(6)上，径向定子(4)设于轴向定子(1)内，永磁体(3)贴附于径向定子(4)的外端且和轴向定子(1)的内端面相接触，转子铁心(5)设于轴向定子(1)和径向定子(4)的内部；所述的转子铁心(5)是圆盘形，圆盘的中心套装于转轴(6)上，径向定子(4)设于圆盘的两端，轴向定子(1)设于圆盘的外端。
2.根据权利要求1所述的永磁偏置轴向磁轴承，其特征在于所述的转子铁心(5)和 径向定子(4)是实心软磁材料制成。
3.根据权利要求1所述的永磁偏置轴向磁轴承，其特征在于所述的永磁体(3)是环 形，由钕铁硼制成。
4.根据权利要求1所述的永磁偏置轴向磁轴承，其特征在于所述的转子铁心(5)套 装于转轴(6)的部分的长度和转轴(6)的长度相同。
5.根据权利要求1所述的永磁偏置轴向磁轴承，其特征在于所述的径向定子(4)是 两个实心圆盘，分别设于转子铁心(5)的两端。
全文摘要
本发明公开了一种磁轴承技术领域的永磁偏置轴向磁轴承，包括定子组件和转子组件，所述的定子组件包括轴向定子、轴向控制绕组、永磁体和径向定子，所述的转子组件包括转轴和转子铁心，其中轴向控制绕组绕于轴向定子的磁极上，转子铁心套装于转轴上，径向定子设于轴向定子内，永磁体贴附于径向定子的外端且和轴向定子的内端面相接触，转子铁心设于轴向定子和径向定子的内部；所述的转子铁心是圆盘形，圆盘的中心套接于转轴上，径向定子设于圆盘的两端，轴向定子设于圆盘的外端。本发明结构简单，临界转速高，功耗低，可将其轴向气隙不对称布置，则产生一稳定的被动悬浮力，将其用于垂直放置的飞轮储能装置中，可大幅降低磁轴承的悬浮功耗。
文档编号F16C32/04GK101893038SQ201010244928
公开日2010年11月24日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者沈国良, 赵旭升 申请人:南京化工职业技术学院