一种非对称电磁轴承的制作方法

1.本发明涉及轴承领域，特别涉及一种非对称电磁轴承。


背景技术：

2.电磁轴承与传统滚珠轴承、滑动轴承、油膜轴承相比，电磁轴承不存在机械接触，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、真空技术等，被公认为极有前途的新型轴承。
3.因电磁轴承自身结构的原因，为保证电磁轴承的转子克服重力悬空，电磁轴承线圈电流须由控制电流和偏置电流构成，目前，通常是将偏置电流控制为线圈允许最大电流的一半，采用差动控制方法，这种方式控制线性化较好，但是较大的偏置电流导致线圈发热严重，功耗较大。
4.此外，一般电磁轴承在设计其负载时是按最大受力计算，电磁轴承顶部的磁极受力较大，故通常按顶部磁极计算负载。然而，传统的电磁轴承的磁极面积、线圈匝数均是相同的，导致电磁轴承底部磁极的承载能力有较大富裕，不利于轴承设计的小型化。
5.因此，如何在保证电磁轴承正常作业的基础上，小型化、降低偏置电流的强度，是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种非对称电磁轴承，其结构简单、安装维护方便，在提供较低偏置电流的条件下即可满足电磁轴承转运需要，可有效提高电磁轴承的效率。
7.本发明的技术方案是：一种非对称电磁轴承，包括转子，以及定子，定子设有多个磁极，多个磁极分为四组，且依次分布在第一象限、第二象限、第三象限、第四象限，各组磁极的横截面积相同，位于第一象限的磁极与位于第三象限的磁极呈中心对称分布，位于第二象限的磁极与位于第四象限的磁极呈中心对称分布，各组磁极分别缠绕有线圈，位于第一象限的磁极、第二象限的磁极缠绕的线圈匝数均为n，位于第三象限的磁极、第四象限的磁极缠绕的线圈匝数均为m，且n＞m，所述转子设置在四组磁极之间，组合构成非对称电磁轴承。
8.各组磁极的数量至少为一个，这些磁极沿定子的周向均匀分布。
9.各组磁极的数量为三个，各组磁极位于象限中间的磁极的横截面积为位于象限两侧的磁极的横截面积之和。
10.采用上述技术方案具有以下有益效果：
11.1、非对称电磁轴承包括转子，以及定子，定子设有多个磁极，多个磁极分为四组，且依次分布在第一象限、第二象限、第三象限、第四象限，用于对转子提供四个方向的吸附力，在保证转子运行稳定性的基础上，简化电磁轴承结构，降低控制难度。各组磁极的横截
面积相同，位于第一象限的磁极与位于第三象限的磁极呈中心对称分布，对转子施加方向相反的两个作用力，位于第二象限的磁极与位于第四象限的磁极呈中心对称分布，对转子施加方向相反的两个作用力，降低产生的分力数量，提高电磁利用率，且降低控制难度。各组磁极分别缠绕有线圈，位于第一象限的磁极、第二象限的磁极缠绕的线圈匝数均为n，也即，在横截面积相同的前提下，位于第一象限的磁极、第二象限的磁极分别对转子提供大小相同的右斜向上、左斜向上的作用力。位于第三象限的磁极、第四象限的磁极缠绕的线圈匝数均为m，也即，在横截面积相同的前提下，位于第三象限的磁极、第四象限的磁极分别对转子提供大小相同的左斜向下、右斜向下的作用力。位于第一象限的磁极、第二象限的磁极缠绕的线圈匝数n＞位于第三象限的磁极、第四象限的磁极缠绕的线圈匝数m，所述转子设置在四组磁极之间，组合构成非对称电磁轴承，也即，这种结构的电磁轴承在相同控制电流的基础上，右斜向上、左斜向上的作用力大于左斜向下、右斜向下的作用力，产生的分力抵消转子的重力，只需要通入较小的偏置电流，即可保证转子在四组磁极之间稳定转动，此外，还大大降低了线圈的电流密度，可有效降低各磁极线圈的发热量，提高电流的利用效率，还降低了控制器功放的损耗。
12.2、本专利申请通过减少第三象限磁极、第四象限磁极的线圈匝数，降低第三象限磁极、第四象限磁极的富余磁力，还可以进一步降低定子、转子的轴向长度，提高了转子动力学性能，此外，如此设计还可缩小定子体积，电磁轴承的材料使用量大为降低。
13.下面结合附图和具体实施方式作进一步的说明。
附图说明
14.图1为本发明定子和转子的分布示意图。
15.附图中，1为转子，2为定子。
具体实施方式
16.参见图1，为一种非对称电磁轴承的具体实施例。非对称电磁轴承包括转子1，以及定子2，定子2设有十二个磁极，当然，也可根据实际需求，设计十六个磁极。十二个磁极均分为四组，且依次分布在第一象限、第二象限、第三象限、第四象限，也即，一组磁极的数量为三个，且各组磁极的横截面积相同，位于第一象限的磁极与位于第三象限的磁极呈中心对称分布，位于第二象限的磁极与位于第四象限的磁极呈中心对称分布，本实施例中，各组磁极均包括第一磁极、第二磁极、第三磁极，很显然的，各磁极均沿径向朝向中心，其中，第二磁极位于对应的象限中间，也即，第二磁极所在中心线与重垂线及水平线之间的夹角均为45
°
，具体的，第二磁极的宽度为24mm，第一磁极、第三磁极分别位于第二磁极的两侧，且沿第二磁极所在中心线呈轴对称，第一磁极所在中心线与第二磁极所在中心线之间的夹角为33
°
，第三磁极所在中心线与第二磁极所在中心线之间的夹角为33
°
，且第一磁极、第三磁极的宽度均为12mm，使得位于象限中间的磁极的横截面积为位于象限两侧的磁极的横截面积之和，且显然的，第一磁极、第三磁极的极性相同，第二磁极的极性与第一磁极、第三磁极相异。各组磁极分别缠绕有线圈，位于第一象限的磁极、第二象限的磁极缠绕的线圈匝数均为n，位于第三象限的磁极、第四象限的磁极缠绕的线圈匝数均为m，且n＞m，所述转子1设置在四组磁极之间，组合构成非对称电磁轴承。
17.本发明的工作原理为：分别向位于第一象限、第二象限、第三象限、第四象限的四组磁极的线圈通入相同大小的控制电流，对中部的转子产生右斜向上、左斜向上、左斜向下、右斜向下的作用下，且右斜向上、左斜向上的作用力大于左斜向下、右斜向下的作用力，产生的分力抵消转子的重力，只需要通入较小的偏置电流，即可保证转子在四组磁极之间稳定转动。


技术特征：
1.一种非对称电磁轴承，其特征在于：包括转子(1)，以及定子(2)，定子(2)设有多个磁极，多个磁极分为四组，且依次分布在第一象限、第二象限、第三象限、第四象限，各组磁极的横截面积相同，位于第一象限的磁极与位于第三象限的磁极呈中心对称分布，位于第二象限的磁极与位于第四象限的磁极呈中心对称分布，各组磁极分别缠绕有线圈，位于第一象限的磁极、第二象限的磁极缠绕的线圈匝数均为n，位于第三象限的磁极、第四象限的磁极缠绕的线圈匝数均为m，且n＞m，所述转子(1)设置在四组磁极之间，组合构成非对称电磁轴承。2.根据权利要求1所述的非对称电磁轴承，其特征在于：各组磁极的数量至少为一个，这些磁极沿定子(2)的周向均匀分布。3.根据权利要求1所述的非对称电磁轴承，其特征在于：各组磁极的数量为三个，各组磁极位于象限中间的磁极的横截面积为位于象限两侧的磁极的横截面积之和。

技术总结
一种非对称电磁轴承，包括转子，以及定子，定子设有多个磁极，多个磁极分为四组，且依次分布在第一象限、第二象限、第三象限、第四象限，各组磁极的横截面积相同，位于第一象限的磁极与位于第三象限的磁极呈中心对称分布，位于第二象限的磁极与位于第四象限的磁极呈中心对称分布，各组磁极分别缠绕有线圈，位于第一象限的磁极、第二象限的磁极缠绕的线圈匝数均为N，位于第三象限的磁极、第四象限的磁极缠绕的线圈匝数均为M，且N＞M，所述转子设置在四组磁极之间，组合构成非对称电磁轴承。本发明结构简单、安装维护方便，在提供较低偏置电流的条件下即可满足电磁轴承转运需要，可有效提高电磁轴承的效率。高电磁轴承的效率。高电磁轴承的效率。


技术研发人员：王立新 张鑫 仇枫懿 杨润兰
受保护的技术使用者：重庆开山流体机械有限公司
技术研发日：2022.07.21
技术公布日：2022/9/23