专利名称：一种轴向磁轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种可控制径向扭转的轴向磁轴承， 可作为小卫星等航天器中旋转部件的无接触支撑。
背景技术：
常用磁悬浮轴承分电磁偏置式和永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，前者采用电流产生偏置磁场，因此工作电流大、功耗大，后者利用永磁体替代电流产生偏置磁场，永磁体产生的磁场承担主要的承载力，电磁磁场提供辅助的调节承载力，因而这种轴承可大大减小控制电流，降低损耗。现有多数结构的轴向磁轴承定子结构都是整圆结构，对转子只能进行轴向平动控制，无法对转子进行径向扭动控制，因而在要求系统整体轴向长度较小的应用场合中难以得到应用，特别是现有的飞轮系统，通常做成外转子结构形式以减小整体体积，利用成对使用的径向磁轴承控制扭转，所以成对使用的径向磁轴承之间必须要有一定的跨距，这就带来了轴向长度的增加。而现有的三自由度轴向磁轴承，由于其沿内环铁心和外环铁心沿圆周方向分为4个磁极，因此磁场在转子旋转一周时需要交变4次，在高速旋转时功耗仍然不可忽视。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种旋转损耗低、可进行径向扭动控制的轴向磁轴承。本发明的技术解决方案为该轴向磁轴承由定子部分和转子组成，定子部分由内环定子铁心、外环定子铁心、永磁体以及线圈组成，其中内环定子铁心为一整环结构，外环定子铁心有两个定子铁心磁极，沿+Y、-Y方向或+x、-x方向放置，每个定子铁心磁极上绕制有线圈，内定子铁心和外定子铁心与转子之间形成轴向磁气隙，永磁体的径向内侧与内环定子铁心相连，径向外侧与外环定子铁心相连。所述的永磁体采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料制成，并为径向充磁。所述的内环定子铁心和外环定子铁心采用导磁性能良好的材料叠压而成，与转子之间形成的轴向磁气隙为0. 2-0. 4mm。所述的转子为导磁性能良好的材料制成的推力圆盘，或者为导磁性能良好的材料制成的系统转动部分的一部分。上述方案的原理是永磁体给磁轴承提供永磁偏置磁场，承担磁轴承所受的轴向力，激磁线圈产生的磁场起调节作用，保持磁轴承定转子气隙均勻，并使转子得到无接触支撑。本发明的永磁磁路通过永磁体、内环定子铁心磁极、外环定子铁心磁极、磁气隙以及转子构成闭合回路，形成磁悬浮轴承的主磁路；由于永磁体将内环定子铁心和外环定子铁心磁极“隔开”(永磁体磁阻大，对电磁磁路来讲是一个很大的磁阻)，因此外环定子铁心磁极绕制的线圈通电后产生的电磁磁路仅在两个外环定子铁心磁极之间形成电磁磁路。这样保证了电磁磁路不通过永磁体内部，减小了电磁磁路的磁阻，降低了激磁电流，降低了轴承的功耗。本发明的轴向磁轴承必须成对使用，安装时要保证上下两个轴向磁轴承的定子铁心磁极正交，即要保证其中一个轴向磁轴承的外环定子铁心磁极沿+Y和-Y方向放置，则另一个轴向磁轴承的外环定子铁心必须沿+X和-X方向放置。永磁体在外环定子铁心磁极与转子之间气隙处产生的磁通方向相同，而外环定子铁心磁极上的线圈通电在外环两个定子铁心磁极与转子之间的气隙处产生的磁通方向相反，因此当转子发生径向扭转时，通过调节线圈电流可以实现电磁磁通在一个外环定子磁极与转子之间的气隙处与永磁磁通相叠加， 而在另一个外环定子磁极与转子之间气隙处与永磁磁通相抵消，因此可以产生径向方向的回转力矩使转子恢复到平衡位置。本发明与现有技术相比的优点在于本发明由于采用永磁磁场作为偏置磁场，与传统电磁轴承相比消除了在线圈电流中占主要分量的偏置电流，降低了绕组铜耗和控制功放损耗，因此功耗低。与现有的永磁偏置轴向磁轴承相比，本发明所述的永磁偏置轴向磁轴承的定子部分采用了内环定子铁心和外环定子铁心的形式，并且采用内环定子铁心为整圆环结构、外环定子铁心有2个磁极，因而在成对使用时可实现转子的径向扭动控制，并且使得转子旋转一周时气隙中的磁场只有两次交变，减小了现有三自由度轴向磁轴承旋转损耗的缺陷，在实现系统减小轴向长度的同时，可以大大减小高速下的旋转损耗。
图1为本发明的轴向磁轴承定子结构示意图。图2为本发明的轴向磁轴承定子结构爆炸图。图3为本发明的轴向磁轴承组件图。图4为采用本发明的两个轴向磁轴承的安装示意图。
具体实施例方式如图1、图2和图3所示，本发明的可控制径向扭动的轴向磁轴承，由定子部分和转子6组成，定子部分由内环定子铁心1、外环定子铁心2、永磁体3以及线圈4组成，其中内环定子铁心1为一整环结构，外环定子铁心2有两个定子铁心磁极，沿+Y、-Y方向或+X、-X 方向放置，每个定子铁心磁极上绕制有线圈4，内定子铁心1和外定子铁心2与转子6之间形成轴向磁气隙5，永磁体3的径向内侧与内环定子铁心1相连，径向外侧与外环定子铁心 2相连。从图2可以看出轴向磁轴承定子各个部分(内环定子铁心、外环定子铁心、永磁体和线圈)之间的相对位置关系，从图3可以看出轴向磁轴承在实际使用时的组件图。所述的内环定子铁心1和外环定子铁心2与转子6之间形成的轴向磁气隙5为 0. 2-0. 4mm。在实际安装时，必须要成对使用本发明所述的轴向磁轴承，如图4所示，要保证上下两个轴向磁轴承的定子铁心磁极正交，即要保证其中一个轴向磁轴承的外环定子铁心2 磁极沿+Y和-Y方向放置，则另一个轴向磁轴承的外环定子铁心2磁极必须沿+X和-X方向放置。由于外环定子铁心2的线圈4通电仅在外环铁心两个磁极之间形成回路，因此通过控制外环定子铁心2的线圈4中的电流大小和方向就可以实现对转子6发生径向扭动方向的控制。本发明所用的内环定子铁心1和外环定子铁心2可用导磁性能良好的电工薄钢板如电工硅钢板01 510、01 470、01350、1历0、179或硅钢薄带等磁性材料制成；转子6为导磁性能良好的材料如电工纯铁、1J50、1J79等制成的推力圆盘，或者为导磁性能良好的材料如电工纯铁、硅钢等制成的系统转动部分的一部分；永磁体3的材料为磁性能良好的稀土永磁体或铁氧体永磁体，并且为径向充磁，线圈4用导电良好的电磁线绕制后浸漆烘干而成。需要说明的是，本发明所述轴向磁轴承的结构没有采用差动磁极结构，因此会在一定程度上增加控制系统的难度，但该种结构由于只有外环定子铁心2的两个磁极，因此转子旋转一周磁场交变2次，远远小于现有三自由度轴向磁轴承在气隙中交变2个4次(因为内环定子铁心为4个磁极，外环定子铁心也为4个磁极，当转子旋转一周时各自交变4 次)，可大大减小转子高速旋转时的涡流损耗。如果需要进一步降低轴向磁轴承的功耗，可以将外环定子铁心磁极2以及转子分别采用纳米晶等低交流损耗的软磁材料卷绕而成。另外，本发明所述轴向磁轴承特别适合于控制径向扭转，在实际应用时需要利用系统的径向空间增加仅提供轴向平动的单自由度轴向磁轴承。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
1.一种轴向磁轴承，其特征在于由定子部分和转子(6)组成，定子部分由内环定子铁心(1)、外环定子铁心O)、永磁体(3)以及线圈(4)组成，其中内环定子铁心(1)为一整环结构，外环定子铁心(2)有两个定子铁心磁极，沿+Y、-Y方向或+X、-X方向放置，每个定子铁心磁极上绕制有线圈(4)，内定子铁心(1)和外定子铁心( 与转子(6)之间形成轴向磁气隙(5)，永磁体(3)的径向内侧与内环定子铁心(1)相连，径向外侧与外环定子铁心(2) 相连。
2.根据权利要求1所述的可控制径向扭转的轴向磁轴承，其特征在于所述的永磁体 (3)为径向充磁。
3.根据权利要求1所述的可控制径向扭转的轴向磁轴承，其特征在于所述的内环定子铁心(1)和外环定子铁心O)与转子(6)之间形成的轴向磁气隙(5)为0. 2-0. 4mm。
4.根据权利要求1所述的可控制径向扭转的轴向磁轴承，其特征在于所述的永磁体 (3)采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料制成。
5.根据权利要求1所述的可控制径向扭转的轴向磁轴承，其特征在于所述的内环定子铁心(1)和外环定子铁心( 采用导磁性能良好的材料叠压而成。
6.根据权利要求1所述的可控制径向扭转的轴向磁轴承，其特征在于所述的转子(6) 为导磁性能良好的材料制成的推力圆盘，或者为导磁性能良好的材料制成的系统转动部分的一部分。
全文摘要
一种轴向磁轴承，特别是一种可以控制径向扭转的轴向磁轴承，由定子部分和转子组成，定子部分由内环定子铁心、外环定子铁心、永磁体以及线圈组成，其中内环定子铁心为一整环结构，外环定子铁心有两个定子铁心磁极，沿+X方向和-X方向(或+Y方向和-Y方向)布置，每个定子铁心磁极上绕制有线圈。定子部分与转子之间形成轴向磁气隙，永磁体的径向内侧与内环定子铁心相连，径向外侧与外环定子铁心相连，本发明在实际使用时需成对使用这种轴向磁轴承，通过2个轴向磁轴承外环磁极不同的位置放置，实现转子的径向扭动控制，可大大减小系统的轴向尺寸。该轴向磁轴承还具有旋转损耗低、性能可靠、利于控制等优点。
文档编号F16C32/04GK102392852SQ201110342698
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者贾新涛 申请人:贾新涛