专利名称：低功耗外转子径向磁轴承的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种非接触式磁悬浮轴承，特别涉及一种低功耗外转子径向磁轴 承。
背景技术：
磁悬浮轴承按照励磁提供方式，分为三类，即无源磁悬浮轴承、有源磁悬浮轴承及 混合磁悬浮轴承。无源磁悬浮轴承的稳定域很小，而且不可控，不能实现真正的稳定悬浮。 有源磁悬浮轴承采用电流产生偏置磁场，工作电流大、功耗大。混合磁悬浮轴承利用永磁体 磁场代替电流产生的偏置磁场，使永磁偏置磁场承担主要的承载力，电磁磁场提供辅助的 调节承载力，能够降低功率损耗，减少励磁线圈的安匝数，另一方面为实现低功耗，励磁线 圈产生的磁通不应该通过永磁体，但现有的永磁偏置磁悬浮轴承，一般是在电磁磁路上放 置永磁体，然后在永磁体的下面或侧面预留特定大小的空气隙，以允许电磁场通过；上述永 磁偏置电磁调节轴承中，永磁偏置磁场从X、Y轴正负四个方向，对磁悬浮转轴产生大小相 等的吸引力，且合力为零，并不能抵消转子本身的重力，所以励磁电流不是很小，系统功耗 不是很低；永磁偏置磁场和电磁磁场相叠加，磁通密度增大一侧的吸引力变大，磁通密度减 小一侧的吸引力变小，不平衡的受力产生了转子径向运动的动力，但磁通密度减少一侧的 磁通不可能完全为零，这种非零磁场将产生径向调节的阻力，影响动态响应的速度；依靠特 定大小的空气隙将永磁磁路和电磁磁路分开，若空气隙过大，电磁通过阻力较大，若空气隙 过小，永磁建立的偏置磁场将变弱。所以目前永磁偏置磁悬浮轴承存在重力干扰、功耗大、 动态响应差、磁路交叉等缺点。
实用新型内容本实用新型的任务在于解决现有技术磁悬浮轴承所存在的上述技术缺陷，提供一 种低功耗外转子径向磁轴承。其技术解决方案是一种低功耗外转子径向磁轴承，其包括定子总成与转子总成，定子总成设置有定 子铁芯，转子总成设置有转子铁芯；上述定子总成位于转子总成内部，上述定子铁芯包括位 于左端的四只电磁铁芯、位于右端的四只电磁铁芯与位于中央段的内永磁铁芯环，上述左 端的电磁铁芯与内永磁铁芯环、以及内永磁铁芯环与右端的电磁铁芯之间均设置有内隔磁 环，任一端的所有电磁铁芯上都绕有励磁线圈，并组成四个方向的电磁磁极，在将磁轴承的 轴向断面或端面视为坐标平面，以定子总成的轴心作为平面坐标系原点的情形下，四个方 向的电磁磁极分别分布在X轴、Y轴的正负方向上，左、右两端所有电磁铁芯一共形成八个 电磁磁极，内永磁铁芯环由左、右两个定子铁芯环分部组成，两个定子铁芯环分部在Y轴正 方向上的对应部位之间设置有内导磁半环，两个定子铁芯分部在Y轴负方向上的对应部位 之间设置有轴向磁化内永磁半环；转子铁芯设置有左端转子铁芯部、右端定子铁芯部及位 于中央段的外永磁铁芯环，在左、右端转子铁芯部与外永磁铁芯环之间均设置有外隔磁环，外永磁铁芯环由左、右两个转子铁芯环分部组成，两个转子铁芯分部之间设置有轴向磁化 外永磁环。在上述左端的电磁铁芯与左端转子铁芯部的对应部位之间、右端的电磁铁芯与右 端转子铁芯部的对应部位之间、以及左定子铁芯环分部与左转子铁芯环分部对应部位之 间、右定子铁芯环分部与右转子铁芯环分部对应部位之间均设置有空气隙。本实用新型的有益技术效果是采用永磁上吸下斥结构来抵消转子自身的重力，可以将转子视为没有质量的理想 介质，简化了调节平衡位置的策略，降低了励磁线圈中调节电流的大小，从而将轴承的损耗 降至最低；将磁轴承的永磁磁路和电磁磁路相分离，完全独立，互不干涉，既保证了电磁磁 路不通过永磁体内部，杜绝了电磁磁路的磁损耗，又保证了永磁磁路不干扰转子平衡位置 的调节，提高了稳定性和动态响应特性；永磁磁路和电磁磁路对转轴的切向运动均不会产 生运动阻力，在消除了轴承的接触摩擦力后，并没有增加新的非接触阻力，并且产生电磁场 所需的励磁电流只有大小变化，而无方向变化，减少了磁轴承的铁损，进一步降低了系统功
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以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步说明
图1为本实用新型一种实施方式的结构原理示意图，示出了其轴向截面结构。图2示出了
图1方式中的轴向端面结构。
具体实施方式
结合
图1与图2，一种低功耗外转子径向磁轴承，其包括定子总成与转子总成，定 子总成设置有定子铁芯，转子总成设置有转子铁芯，上述定子总成位于转子总成内部。上述 定子铁芯包括位于左端的四只电磁铁芯1、位于右端的四只电磁铁芯2与位于中央段的内 永磁铁芯环。上述左端的电磁铁芯1与内永磁铁芯环设置有内隔磁环3，内永磁铁芯环与右 端的电磁铁芯2之间设置有内隔磁环4，左端的四只电磁铁芯1上都绕有励磁线圈5，并组 成四个方向的电磁磁极，在将磁轴承的轴向断面或端面视为坐标平面，以定子总成的轴心 作为平面坐标系原点的情形下，四个方向的电磁磁极分别分布在X轴、Y轴的正负方向上， 右端的四只电磁铁芯2上都绕有励磁线圈6，并组成四个方向的电磁磁极，四个方向的电磁 磁极也分别分布在X轴、Y轴的正负方向上，左、右两端所有电磁铁芯一共形成八个电磁磁 极。内永磁铁芯环由左定子铁芯环分部7与右定子铁芯环分部8组成，左定子铁芯环分部 7与右定子铁芯环分部8在Y轴正方向上的对应部位之间设置有内导磁半环9，左定子铁芯 环分部7与右定子铁芯环分部8在Y轴负方向上的对应部位之间设置有轴向磁化内永磁半 环10。转子铁芯设置有左端转子铁芯部11、右端定子铁芯部12及位于中央段的外永磁铁 芯环，在左端转子铁芯部11与外永磁铁芯环之间设置有外隔磁环13，在右端转子铁芯部12 与外永磁铁芯环之间设置有外隔磁环14。外永磁铁芯环由左转子铁芯环分部15与右转子 铁芯环分部16组成，左转子铁芯环分部15与右转子铁芯环分部16之间设置有轴向磁化外 永磁环17。在上述左端的电磁铁芯1与左端转子铁芯部11的对应部位之间，右端的电磁 铁芯2与右端转子铁芯部12的对应部位之间，以及左定子铁芯环分部7与左转子铁芯环分部15对应部位之间、右定子铁芯环分部8与右转子铁芯环分部16对应部位之间均设置有 空气隙18。上述实施方式中，导磁部件均用导磁性能良好的材料制成，如电工纯铁、碳钢、铸 钢、合金钢等磁性材料。铁芯部件可用导磁性能良好的电工薄钢板制作，如电工纯铁、电工 硅钢板等磁性材料冲压迭加而成。永磁部件为磁性能良好的钕铁硼稀土合金永磁材料或铁 氧体材料制成。励磁线圈用电流密度较大的漆包线绕制后浸漆烘干得到。隔磁部件用隔磁 效果好的合金材料制成。其工作原理大致是利用永磁体与铁芯之间的吸引力，以及永磁体与永磁体之间的排斥力，来抵消转 子自身的重力，使转子工作在无重力状态下，而励磁线圈产生的电磁场主要起到调节转子 平衡位置的作用。其上吸永磁磁路为磁通从外永磁环N极出发，通过一端外导磁环、转子 永磁铁芯、气隙、定子永磁铁芯、内导磁环，到达另一端的定子永磁铁芯、气隙、转子永磁铁 芯、另一端的外导磁环，回到外永磁环S极。下斥永磁磁路分为(1)磁通从外永磁环N极出 发，通过一端外导磁环、转子永磁铁芯、气隙、到达另一端的转子永磁铁芯、另一端的外导磁 环，回到永磁体S极。(2)磁通从内永磁半环N极出发，通过一端内导磁环、定子永磁铁芯、 气隙、到达另一端的定子永磁铁芯、另一端的内导磁环，回到内永磁半环S极，如
图1所示。 以某端Y轴正方向励磁线圈通电产生磁通为例，其电磁磁路路径为通过Y轴正方向定子铁 芯、Y轴正方向气隙、转子铁芯、另外三个方向气隙、另外三个方向的定子铁芯，回到Y轴正 方向定子铁芯，如图2所示。
权利要求一种低功耗外转子径向磁轴承，其包括定子总成与转子总成，定子总成设置有定子铁芯，转子总成设置有转子铁芯；其特征在于所述定子总成位于转子总成内部，上述定子铁芯包括位于左端的四只电磁铁芯、位于右端的四只电磁铁芯与位于中央段的内永磁铁芯环，上述左端的电磁铁芯与内永磁铁芯环、以及内永磁铁芯环与右端的电磁铁芯之间均设置有内隔磁环，任一端的所有电磁铁芯上都绕有励磁线圈，并组成四个方向的电磁磁极，在将磁轴承的轴向断面或端面视为坐标平面，以定子总成的轴心作为平面坐标系原点的情形下，四个方向的电磁磁极分别分布在X轴、Y轴的正负方向上，左、右两端所有电磁铁芯一共形成八个电磁磁极，内永磁铁芯环由左、右两个定子铁芯环分部组成，两个定子铁芯环分部在Y轴正方向上的对应部位之间设置有内导磁半环，两个定子铁芯分部在Y轴负方向上的对应部位之间设置有轴向磁化内永磁半环；转子铁芯设置有左端转子铁芯部、右端定子铁芯部及位于中央段的外永磁铁芯环，在左、右端转子铁芯部与外永磁铁芯环之间均设置有外隔磁环，外永磁铁芯环由左、右两个转子铁芯环分部组成，两个转子铁芯分部之间设置有轴向磁化外永磁环。
2.根据权利要求1所述的低功耗外转子径向磁轴承，其特征在于在所述左端的电磁 铁芯与左端转子铁芯部的对应部位之间、右端的电磁铁芯与右端转子铁芯部的对应部位之 间、以及左定子铁芯环分部与左转子铁芯环分部对应部位之间、右定子铁芯环分部与右转 子铁芯环分部对应部位之间均设置有空气隙。
专利摘要本实用新型公开一种低功耗外转子径向磁轴承，定子总成位于转子总成内部，定子铁芯包括分别位于左、右端的八只电磁铁芯及位于中央段的内永磁铁芯环，任一端的电磁铁芯上都绕有励磁线圈，并组成四个方向的电磁磁极，分别分布在X轴、Y轴的正负方向上，左、右两端电磁铁芯一共形成八个电磁磁极，内永磁铁芯环的组成部分之间在Y轴正方向上设置内导磁半环，在Y轴负方向上设置轴向磁化内永磁半环；转子铁芯设置左、右两端转子铁芯部及位于中央段的外永磁铁芯环，外永磁铁芯环的组成部分之间设置轴向磁化外永磁环。本实用新型既能杜绝电磁磁路的磁损耗，又能保证永磁磁路不干扰转子平衡位置的调节，有利于提高稳定性和动态响应特性。
文档编号F16C32/04GK201696490SQ20102019941
公开日2011年1月5日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者孙传余, 李鹏, 肖林京, 高峰 申请人:山东科技大学