专利名称：一种混合磁路磁悬浮轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁悬浮轴承。
背景技术：
磁轴承又称主动磁悬浮轴承，是一种转子与定子之间没有机械接触的新型高性能 轴承。与传统滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁悬浮轴承利用电磁力作用将转子悬 浮于空间，定转子之间不存在机械接触，转子可以达到很高的运转速度，具有机械磨损小、 能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用高速、真空、超净等特殊环 境。可广泛用于机械加工、涡轮机械、航空航天、石油石化、真空技术、能源、转子动力学特性 辨识与测试等领域，被公认为极有前途的新型轴承。传统的磁悬浮轴承的基本结构如图9所示，主要由定子和转子构成，定子包括定 子铁心和控制线圈，控制线圈绕在定子铁心的齿上，其主要是基于电磁铁的工作原理，利 用定转子之间的电磁吸引力使转子悬浮起来的，为此需要在定子控制线圈中通入较大的电 流，从而轴承消耗的电功率大，线圈的发热严重；如要实现小电流产生大的悬浮力，必须要 减小定转子之间的气隙，这就需要提高轴承的工作精度。同时，该种结构磁悬浮轴承的体积 大、重量高。
发明内容
为了解决现有磁悬浮轴承的电功率大、体积大以及重量高的缺陷，本发明提出一 种新型混合磁路磁悬浮轴承。本发明所述的混合磁路磁悬浮轴承包括定子、转子和气隙，其特征在于定子由定 子铁心、励磁线圈和励磁永磁体构成，定子铁心的端面为圆环形，在该定子侧壁内、沿转 子运动方向开有四个端面为扇形的通孔，该四个通孔形状相同，并且以定子的中心轴为 轴对称分布，相邻的两个通孔之间为定子齿，该定子齿沿圆周方向的宽度Wt满足条件wt < nDi/4，其中，Di*定子铁心内径，每个定子齿上绕有励磁线圈，定子外壁至定子齿的齿 根之间的部分为环形轭，定子的四个通孔与气隙之间的部分为永磁体聚磁轭，在每个聚磁 轭的中间位置沿动子运动方向开有一通槽，并且该通槽径向贯穿所述永磁体聚磁轭，每个 通槽内嵌入一块平板形永磁体，该永磁体平行充磁，且充磁方向沿定子圆周的切向方向，每 相邻两块永磁体的充磁方向相反，转子为圆柱形或圆筒形，由导磁环与转轴构成，导磁环套 在圆柱形或圆筒形转轴的外表面。本发明还提供另一种混合磁路磁悬浮轴承，它包括定子、转子和气隙，定子包括定 子铁心、励磁线圈和励磁永磁体，其特征在于，定子铁心内壁沿圆周方向均勻分布有四个定 子齿，每个定子齿沿圆周方向的宽度Wt满足条件:Wt < JI Di/4，其中，Di为定子铁心内径，每 个定子齿上绕有励磁线圈；每相邻两个定子齿之间的是定子铁心的凹槽，位于定子齿根部 的定子铁心部分为导磁轭，位于相邻两个定子齿之间的定子铁心部分是永磁体聚磁轭，所 述永磁体聚磁轭为镜像对称结构，每个永磁体聚磁轭的内侧壁上、沿其镜像对称面开有永磁体凹槽，该永磁体凹槽沿动子运动方向贯穿所述永磁体聚磁轭，在每个永磁体凹槽内嵌 入有一块平板形永磁体，所述永磁体平行充磁，充磁方向为沿圆周的切向方向，并且相邻两 个平板形永磁体的充磁方向相反，转子为圆柱形或圆筒形，由导磁环与转轴构成，导磁环套 在圆柱形或圆筒形转轴的外面。本发明所述的混合磁路磁悬浮轴承，通过将高性能的稀土永磁体2利用于磁悬浮 轴承中，在轴承的磁路中产生直流磁通偏置，可以有效地减少电励磁的安匝数，减小轴承的 体积、重量，降低轴承的损耗和温升，提高轴承的动态响应和控制精度。本发明混合磁路磁悬浮轴承的损耗及温升低、控制特性好、体积小、重量轻，具有 广阔的应用前景。
图1是本发明中具体实施方式
一所述的磁悬浮轴承的径向剖面图。图2是具体实 施方式二所述的磁悬浮轴承的径向剖面图。图3是具体实施方式
四所述的磁悬浮轴承的径 向剖面图。图4是具体实施方式
五所述的磁悬浮轴承的径向剖面图。图5是具体实施方式
八所述的磁悬浮轴承的径向剖面图。图6是具体实施方式
九所述的磁悬浮轴承的径向剖面 图。图7是具体实施方式
十所述的磁悬浮轴承的径向剖面图。图8是图7的A-A剖面图。 图9是传统的磁悬浮轴承的基本结构的径向剖面图。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式的混合磁路磁悬浮轴承由定子、转子和气隙组成，定 子由定子铁心、励磁线圈5和励磁永磁体2构成，定子铁心的端面为圆环形，在该定子侧壁 内、沿转子运动方向开有四个端面为扇形的通孔6，该四个通孔6形状相同，并且以定子的 中心轴为轴对称分布，相邻的两个通孔6之间为定子齿4，该定子齿4沿圆周方向的宽度Wt 满足条件:Wt< JiDi/4，其中，Di*定子铁心内径，每个定子齿4上绕有励磁线圈5，定子外 壁至定子齿4的齿根之间的部分为环形轭，定子的四个通孔6与气隙之间的部分为永磁体 聚磁轭3，在每个聚磁轭的中间位置沿动子运动方向开有一通槽，并且该通槽径向贯穿所述 永磁体聚磁轭3，每个通槽内嵌入一块平板形永磁体2，该永磁体2平行充磁，且充磁方向沿 定子圆周的切向方向，每相邻两块永磁体2的充磁方向相反，转子为圆柱形或圆筒形，由导 磁环与转轴构成，导磁环套在圆柱形或圆筒形转轴的外表面。参见图1，图1所示是本实施方式中的转子为圆柱情况下的径向剖面图。
具体实施方式
二 参见图2说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的区别在 于，在每个定子齿4与相邻的永磁体聚磁轭3的连接处设置有轴向的隔磁孔7。本实施方式在永磁体聚磁轭3和定子齿4的连接处增加了隔磁孔7，能够有效减小 永磁体2磁通与电励磁磁通之间的相互影响，提高轴承的控制精度。
具体实施方式
三本实施方式的混合磁路磁悬浮轴承主要由定子、转子和气隙构 成，定子包括定子铁心、励磁线圈5和励磁永磁体2，定子铁心内壁沿圆周方向均勻分布有 四个定子齿4，每个定子齿4沿圆周方向的宽度Wt满足条件:Wt < π Di/4，其中，Di为定子铁 心内径，每个定子齿4上绕有励磁线圈5 ；每相邻两个定子齿4之间的是定子铁心的凹槽， 位于定子齿4根部的定子铁心部分为导磁轭1，位于相邻两个定子齿4之间的定子铁心部分是永磁体聚磁轭3，所述永磁体聚磁轭3为镜像对称结构，每个永磁体聚磁轭3的内侧壁上、 沿其镜像对称面开有永磁体凹槽，该永磁体凹槽沿动子运动方向贯穿所述永磁体聚磁轭3， 在每个永磁体凹槽内嵌入有一块平板形永磁体2，所述永磁体2平行充磁，充磁方向为沿圆 周的切向方向，并且相邻两个平板形永磁体2的充磁方向相反，转子为圆柱形或圆筒形，由 导磁环与转轴构成，导磁环套在圆柱形或圆筒形转轴的外面。本实施方式所述的磁悬浮轴承与具体实施方式
一所述的磁悬浮轴承的区别在于， 永磁体聚磁轭3和永磁体2的位置不同。
具体实施方式
四本实施方式与实施方式三的区别在于，所述定子的端面外侧为 正方形，所述正方形的四个顶角点分别位于四个永磁体聚磁轭3的镜像对称面内。参见图3所示，本实施方式中的定子端面外侧为正方形，则导磁轭1位于圆周方 向0°、90°、180°、270°位置，永磁体聚磁轭3位于圆周方向45°、135°、225°、315°位 置，4个定子齿4呈90°角度均布于导磁轭1的内表面。
具体实施方式
五参见图4所示。本实施方式与实施方式三的区别在于，所述定子 的端面外侧为由四个直线段和四个圆弧段组成的中心对称图形，与导磁轭1位置相对应的 外侧为直线段，与永磁体聚磁轭3相对应的外侧为圆弧段。
具体实施方式
六参见图5所示。本实施方式与实施方式三的区别在于，所述定子 的端面外侧圆形。
具体实施方式
七本实施方式与实施方式三、四、五、六或七的区别在于，所述永磁 体聚磁轭3径向截面的内侧为光滑弧形。参见图3、4所示。
具体实施方式
八本实施方式与实施方式三、四、五、六或七的区别在于，所述永磁 体聚磁轭3的中间有向凹槽内侧的凸起。本实施方式中所述的凸起为径向对称结构。例如，其截面可以为梯形，并且该梯形 的两个斜边分别于其相邻的定子齿4的侧边相平行。参见图5所示。
具体实施方式
九本实施方式与实施方式三的主要差别在于，每个定子齿4上都 沿齿高方向开有两个相互平行的槽，该槽沿动子运动方向沿贯通定子齿4，所述励磁线圈5 嵌放于所述两个槽内。参见图6所示，本实施方式中的定子齿4沿齿高方向及轴向开有两个平行槽，是定 子齿4形成三个齿状结构，所述励磁线圈5缠绕在中间的齿状结构上，并嵌入两个槽内。
具体实施方式
十本实施方式与实施方式三的主要差别在于，每个定子齿4上还 嵌放有轴向位置控制线圈8，该控制线圈8所在平面与励磁线圈5所在平面相互垂直，并且 该控制线圈8能够产生沿动子运动方向的磁通。所述控制线圈8嵌入在定子齿4方法，可以采用在定子齿4中开槽的方式嵌入，还 可采用将定子齿4分为镜像对称的两部分，在其中间夹入控制线圈8。下面，参见图7、8，对采用在定子齿4中开槽嵌入的方式嵌入控制线圈8的方式进 行具体说明在定子上还开有以转子轴对称的四个环形凹槽，每个环形凹槽均由四段凹槽组 成，其中第一段沿轴向位于定子齿4端部的中间，第二段、第三段分别位于定子齿4轴向的 两个端面上，第四段位于与该定子齿4对应的导磁轭1的中间，电机的中心轴线位于该环形 凹槽所在平面内，控制线圈8嵌入该环形凹槽内。
本实施方式中增加了轴向位置控制线圈8，能够实现转子轴向位置的控制，即通 过控制该线圈中的电流，达到控制转子的轴向位置。
具体实施方式
十一本实施方式与实施方式一至十的主要差别在于，位于上侧的 两永磁体2所产生的磁场力大于下侧两个永磁体2所产生的磁场力。本实施方式中进一步限定了位于上侧的两个永磁体2所产生的磁场力与位于下 侧的两个永磁体2所产生的磁场力之间的关系，进而达到在动子和定子相对静止时，定子 所产生的磁场力能够克服动子自身重力、使动子能够悬浮在定子中心的效果。具体技术手段可以采用使得位于上侧的两块永磁体2的磁化方向长度大于等于 下侧两永磁体2的磁化方向长度；或上侧两永磁体2的对角方向长度大于等于下侧两永磁 体2的对角方向长度；或上侧两个永磁体2的厚度大与下侧的两个永磁体2的厚度。
权利要求
一种混合磁路磁悬浮轴承，包括定子、转子和气隙，其特征在于定子由定子铁心、励磁线圈(5)和励磁永磁体(2)构成，定子铁心的端面为圆环形，在该定子侧壁内、沿转子运动方向开有四个端面为扇形的通孔(6)，该四个通孔(6)形状相同，并且以定子的中心轴为轴对称分布，相邻的两个通孔(6)之间为定子齿(4)，该定子齿(4)沿圆周方向的宽度Wt满足条件Wt＜πDi/4，其中，Di为定子铁心内径，每个定子齿(4)上绕有励磁线圈(5)，定子外壁至定子齿(4)的齿根之间的部分为环形轭，定子的四个通孔(6)与气隙之间的部分为永磁体聚磁轭(3)，在每个聚磁轭的中间位置沿动子运动方向开有一通槽，并且该通槽径向贯穿所述永磁体聚磁轭(3)，每个通槽内嵌入一块平板形永磁体(2)，该永磁体(2)平行充磁，且充磁方向沿定子圆周的切向方向，每相邻两块永磁体(2)的充磁方向相反，转子为圆柱形或圆筒形，由导磁环与转轴构成，导磁环套在圆柱形或圆筒形转轴的外表面。
2.根据权利要求1所述的一种混合磁路磁悬浮轴承，其特征在于，在每个定子齿(4)与 相邻的永磁体聚磁轭(3)的连接处设置有轴向的隔磁孔(7)。
3.一种混合磁路磁悬浮轴承，它包括定子、转子和气隙，定子包括定子铁心、励磁线圈 (5)和励磁永磁体(2)，其特征在于，定子铁心内壁沿圆周方向均勻分布有四个定子齿(4)， 每个定子齿(4)沿圆周方向的宽度Wt满足条件:Wt < JiDi/4，其中，Di为定子铁心内径，每 个定子齿(4)上绕有励磁线圈(5)；每相邻两个定子齿(4)之间的是定子铁心的凹槽，位于 定子齿(4)根部的定子铁心部分为导磁轭(1)，位于相邻两个定子齿(4)之间的定子铁心部 分是永磁体聚磁轭(3)，所述永磁体聚磁轭(3)为镜像对称结构，每个永磁体聚磁轭(3)的 内侧壁上、沿其镜像对称面开有永磁体凹槽，该永磁体凹槽沿动子运动方向贯穿所述永磁 体聚磁轭(3)，在每个永磁体凹槽内嵌入有一块平板形永磁体(2)，所述永磁体(2)平行充 磁，充磁方向为沿圆周的切向方向，并且相邻两个平板形永磁体(2)的充磁方向相反，转子 为圆柱形或圆筒形，由导磁环与转轴构成，导磁环套在圆柱形或圆筒形转轴的外面。
4.根据权利要求3所述的一种混合磁路磁悬浮轴承，其特征在于，所述定子的端面外 侧为正方形，所述正方形的四个顶角点分别位于四个永磁体聚磁轭(3)的镜像对称面内。
5.根据权利要求3所述的一种混合磁路磁悬浮轴承，其特征在于，所述定子的端面外 侧为由四个直线段和四个圆弧段组成的中心对称图形，与导磁轭(1)位置相对应的外侧为 直线段，与永磁体聚磁轭(3)相对应的外侧为圆弧段。
6.根据权利要求3、4或5所述的一种混合磁路磁悬浮轴承，其特征在于，所述永磁体聚 磁轭(3)径向截面的内侧为光滑弧形。
7.根据权利要求3、4或5所述的一种混合磁路磁悬浮轴承，其特征在于，所述永磁体聚 磁轭(3)的中间有向凹槽内侧的凸起。
8.根据权利要求3所述的一种混合磁路磁悬浮轴承，其特征在于，每个定子齿(4)上都 沿齿高方向开有两个相互平行的槽，该槽沿动子运动方向沿贯通定子齿(4)，所述励磁线圈 (5)嵌放于所述两个槽内。
9.根据权利要求3所述的一种混合磁路磁悬浮轴承，其特征在于，每个定子齿(4)上 还嵌放有轴向位置控制线圈(8)，该控制线圈(8)所在平面与励磁线圈(5)所在平面相互垂 直，并且该控制线圈(8)能够产生沿动子运动方向的磁通。
10.根据权利要求1或3所述的一种混合磁路磁悬浮轴承，其特征在于上侧的两永磁体 (2)所产生的磁场力大于下侧两个永磁体(2)所产生的磁场力。
全文摘要
一种混合磁路磁悬浮轴承，涉及到磁悬浮轴承技术领域。本发明克服了现有磁悬浮轴承的电功率大、体积大以及重量高的缺陷。本发明的混合磁路磁悬浮轴承中的定子铁心中的4个定子齿呈90°角度均布于环形轭的内表面，定子齿的圆周方向宽度Wt满足条件Wt＜πDi/4，其中，Di为定子铁心内径，每相邻两个定子齿的面向气隙的齿端之间部分为永磁体聚磁轭，在永磁体聚磁轭沿半径方向的平分线上，开有平行槽，槽中嵌放有平板形永磁体，永磁体平行充磁，且充磁方向沿切向方向。转子为圆柱形或圆筒形，由导磁环与转轴构成，导磁环套在圆柱形或圆筒形转轴的外面。本发明混合磁路磁悬浮轴承的损耗及温升低、控制特性好、体积小、重量轻，具有广阔的应用前景。
文档编号F16C32/04GK101975224SQ20101052501
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者刘奉海, 寇宝泉, 贵献国 申请人:哈尔滨工业大学