表4平衡位置转子受到的永磁力
[0042] 转子在平衡位置处受到扰动冲击时，会在轴向窜动，气隙变化，导致永磁力变化。 因转子转动惯量较大，气隙波动范围较小。当气隙在平衡位置处-0.25mm~0.25mm范围内变 化时，转子受到的永磁力和气隙平均磁密都与气隙变化量近似成线性关系。
[0043] b、最大气隙位置
[0044] 当转子受到向下的扰动冲击作用随之下移时，磁轴承处于最大气隙位置工作点 (气隙为2.75mm)，此时永磁力变小。通过调节控制器，正向电流施加在电励磁线圈中，在混 合励磁的作用下，转子重新回到平衡位置。永磁体单独作用于磁悬浮轴承的磁密分布如图 12所示：
[0045] 根据图12磁密分布图可知，与平衡位置工作点相比，由于气隙增大，定子转子各部 分的磁密略微变小，永磁体边缘只有小部分饱和区域，说明此时整个磁路不饱和。转子受到 的轴向力较平衡位置工作点略有减小，如表5所示。
[0046] 表5最大气隙处永磁力
[004引 C.最小气隙位置
[0049] 当转子受到向上的扰动冲击作用随之上移时，磁轴承处于最小气隙位置工作点 (气隙为2.25mm)，此永磁力变大。通过调节控制器，给电磁线圈施加反向电流，在混合励磁 的作用下，转子重新回到平衡位置。图13为永磁体单独作用时磁轴承的磁密分布图。
[0050] 通过图13可W看出，与平衡位置工作点相比，定子转子各部分的磁密略微变大，永 磁体附近也出现了小部分饱和区域，说明此时整个磁路也是不饱和的，转子受到的轴向力 较平衡位置工作点有所增大，如表6所示。
[0051] 表6最小气隙位置永磁体作用永磁力
【附图说明】
[0053] 图1是本发明结构示意图；
[0054] 图2是本发明定子腔的结构示意图；
[0055] 图3是倾斜角度在19.8-20.3变化的磁密趋势图；其中，横坐标为倾斜角度，纵坐标 为平均磁密，上面的线条为永磁与电磁共同作用，下面的线条为永磁体单独作用；
[0056] 图4是相对磁密随倾斜角度变化的变化趋势；
[0057] 图5是在永磁单独作用时，矩形截面磁轴承气隙磁密波形图；
[0058] 图6是在永磁单独作用时，梯形截面磁轴承气隙磁密波形图；
[0059] 图7是在电磁单独作用时，矩形截面磁轴承气隙磁密波形图；
[0060] 图8是在电磁单独作用时，梯形截面磁轴承气隙磁密波形图；
[0061] 图9是在永磁、电磁共同作用时，矩形截面磁轴承气隙磁密波形图；
[0062] 图10是在永磁、电磁共同作用时，梯形截面磁轴承气隙磁密波形图；
[0063] 图11是平衡位置处磁场磁密分布图；
[0064] 图12是最大气隙处磁密分布图；
[0065] 图13是最小气隙处永磁单独作用气隙磁密；
[0066] 图14是永磁环的结构示意图；附图中的磁密分布图应为彩色图，改为灰度图后比 较模糊，若审查员需要，可另行提供彩色图。
[0067] 附图中的标记为：1-定子腔，2-电磁绕组线圈，3-树脂，4-永磁环，5-导磁环，6-磁 轴承定子，7-轴向气隙，8-转子。
【具体实施方式】
[0068] 实施例1。一种大承载轴向混合磁轴承，如图1、图2和图14所示，包括转子8,转子8 上设有磁轴承定子6，磁轴承定子6内设有定子腔1，定子腔1内设有树脂3，树脂3内侧包围电 磁绕组线圈2，树脂3外侧设有导磁环5和梯形截面的永磁环4，永磁环4位于导磁环5上方;所 述的磁轴承定子6与转子8之间形成轴向气隙7。
[0069] 所述的转子8的内径小于磁轴承定子6的内径。
[0070] 所述的导磁环5的内外半径与定子腔外环9的内外半径相等。定子腔外环9的外半 径为梯形截面下底边的外环到轴承中屯、的距离，定子腔外环9的内半径为梯形截面上底边 的外环到轴承中屯、的距离。
[0071 ]所述永磁环4的截面为梯形。
[0072] 所述梯形的腰与垂直方向的夹角a的范围为15°-20°。
[0073] 实施例2。所述梯形的腰与垂直方向的夹角a为20°。考虑初设磁密及最终磁密和永 磁体加工工艺，永磁体倾斜角度20°为最佳状态。
[0074] 所述梯形为直角梯形。
[0075] 其余同实施例1。
[0076] 实施例3。所述梯形的腰与垂直方向的夹角a为18°。其余同实施例1。
[0077] 工作原理:在转子8上设有磁轴承定子6,磁轴承定子6内有定子腔1，定子腔1内设 有树脂3,树脂3内侧包围电磁绕组线圈2,树脂3外侧设有导磁环5和梯形截面的永磁环4,永 磁环4位于导磁环5上方。导磁环用于去除电磁干扰，磁轴承定子6与转子8之间形成轴向气 隙7。工作时，磁轴承定子6固定不动，轴连接转子8,给电磁绕组线圈2通电，使得永磁环4产 生电磁力对转子8有向上的吸力，永磁环4采用"梯形"截面结构，使得电磁磁路几乎不通过 永磁体4,在实现大承载的同时大大降低了电磁线圈的控制损耗，转子8被吸住，转子8转动 可带动轴一起运动。
【主权项】
1. 一种大承载轴向混合磁轴承，其特征在于:包括转子(8)，转子(8)上设有磁轴承定子 (6)，磁轴承定子(6)内设有定子腔（1)，定子腔（1)内设有树脂(3)，树脂(3)内侧包围电磁绕 组线圈（2)，树脂（3)外侧设有导磁环（5)和梯形截面的永磁环（4)，永磁环(4)位于导磁环 (5)上方;所述的磁轴承定子(6)与转子(8)之间形成轴向气隙(7)。2. 根据权利要求1所述的大承载轴向混合磁轴承，其特征在于:所述的转子(8)的内径 小于磁轴承定子(6)的内径。3. 根据权利要求1所述的大承载轴向混合磁轴承，其特征在于:所述的导磁环（5)的内 外半径与定子腔外环(9)的内外半径相等。4. 一种大承载轴向混合磁轴承用的永磁环，其特征在于：所述永磁环（4)的截面为梯 形。5. 根据权利要求4所述的大承载轴向混合磁轴承用的永磁环，其特征在于:所述梯形为 直角梯形。6. 根据权利要求4所述的大承载轴向混合磁轴承用的永磁环，其特征在于:所述梯形的 腰与垂直方向的夹角a的范围为15°-20°。7. 根据权利要求4所述的大承载轴向混合磁轴承用的永磁环，其特征在于:所述梯形的 腰与垂直方向的夹角a为20°。
【专利摘要】本发明公开了一种大承载轴向混合磁轴承，包括转子(8)，转子(8)上设有磁轴承定子(6)，磁轴承定子(6)内设有定子腔(1)，定子腔(1)内设有树脂(3)，树脂(3)内侧包围电磁绕组线圈(2)，树脂(3)外侧设有导磁环(5)和梯形截面的永磁环(4)，永磁环(4)位于导磁环(5)上方；所述的磁轴承定子(6)与转子(8)之间形成轴向气隙(7)。本发明不仅结构简单，便于加工和装配，而且具有功耗低、承载能力大的特点。
【IPC分类】F16C32/04
【公开号】CN105443576
【申请号】CN201510952486
【发明人】张秀华, 何林, 李光喜
【申请人】贵州大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月18日