专利名称：一种大承载力径向磁轴承的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种大承载力径向磁轴承，可作为电 机、机床等机械设备中旋转部件的无接触支撑。
背景技术：
应用于地面设备的磁悬浮技术，往往要求径向磁轴承能支承较大的转子重力，如 磁悬浮高速电机、磁悬浮储能飞轮等。目前应用于地面支承用的径向磁悬浮轴结构主要有 以下几种其一是纯电磁轴承，靠电磁磁场产生的磁拉力克服转子重力以及受到的扰动力。 这种磁轴承体积较大，使用的电流大、功耗大，特别在大承载力时，线圈铜耗将急剧上升。其 二是被动磁轴承，其利用永磁体之间的吸力或斥力产生悬浮力。该种结构磁轴承不消耗功 率，但其刚度、阻尼不可控，且一般要求转子上安装有永磁体，不适合应用于高速旋转的设 备中。其三是永磁偏置磁轴承，该种磁轴承利用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力，因而这种磁轴承可大大减小控制电流，降低损耗。然而，传统的永 磁偏置径向磁轴承各偏置磁极结构对称，在各自由度上各偏置磁极的永磁力互相抵消，在 一些大型旋转设备中，转子通常悬浮于中心位置，此时永磁偏置磁轴承仍需要通较大的电 流以产生较大的单边磁拉力克服重力，因此该种磁轴承的体积及功耗仍是可观的。鉴于上 述原因，现有的磁轴承结构无法满足地面应用中的较大恒定承载力的要求。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种利用永磁力克服重力， 同时能调节电磁力进行主动控制，体积小，功耗低的大承载力径向磁轴承。本发明的技术解决方案之一为大承载力径向磁轴承，由永磁体、控制侧定子导 磁环、控制侧定子铁心、激磁线圈、控制侧转子铁心、承重侧定子导磁环、承重侧定子铁心大 端、承重侧定子铁心小端、承重侧转子铁心、转子导磁环组成，定子铁心分为左右两端，分别 为控制侧和承重侧，控制侧定子铁心包含X、Y正负方向上的4个定子磁极，它们之间通过 轭部连接，每个定子磁极绕制有激磁线圈，承重侧定子铁心大端为一个长轴向定子磁极，承 重侧定子铁心小端为一个短轴向定子磁极，控制侧定子铁心外部为控制侧定子导磁环，承 重侧定子铁心大端和承重侧定子铁心小端外部为承重侧定子导磁环，永磁体在轴向上位于 控制侧导磁环和承重侧导磁环之间，控制侧定子铁心内部为控制侧转子铁心，承重侧定子 铁心大端和承重侧定子铁心小端内部为承重侧转子铁心，控制侧定子铁心内表面与控制侧 转子铁心外表面留有一定的间隙，形成控制侧气隙，承重侧转子铁心大端、承重侧转子铁心 小端内表面与承重侧转子铁心外表面留有一定的间隙，形成承重侧气隙，转子导磁环安装 在控制侧转子铁心与承重侧转子铁心内部，并将两侧转子铁心连接起来，形成磁通路。大承 载力径向磁轴承，其特征在于承重侧定子铁心小端的轴向长度为承重侧定子铁心大端的 0. 4 0. 7倍。所述的永磁体为一轴向圆环，沿轴向充磁，采用稀土永磁材料或铁氧体永磁 材料制成。承重侧定子铁心大端、承重侧定子铁心小端、控制侧定子导磁环、承重侧定子导磁环和转子导磁环均采用导磁性能良好的材料，如电工纯铁、1J50或硅钢的任意一种制成。 控制侧气隙长度为承重侧气隙长度的0. 5 1倍。上述方案的原理是本发明将径向磁轴承分为承重侧和控制侧两个部分，承重侧 用来克服转子重力，而控制侧用来克服转子受到的扰动力。永磁体通过控制侧定子导磁环、 控制侧定子铁心、控制侧气隙、控制侧转子铁心、转子导磁环、承重侧转子铁心、承重侧气 隙、同时经承重侧定子铁心大端和小端、承重侧定子导磁环构成磁路。电磁磁路在控制侧定 子铁心、控制侧气隙、控制侧转子铁心构成回路。在承重侧，由于两个定子铁心磁极轴向长 度不同，永磁磁路分别在大、小两端铁心的气隙处产生不同大小的永磁拉力，两力合成后对 转子的单边磁拉力用以克服转子重力；在控制侧，永磁磁路分别在4个定子铁心对应的气 隙处产生偏置磁场，电磁磁路在该气隙处产生调节磁场，由于转子重力由承重侧的永磁力 承担，控制侧只需承担转子受到的扰动力，因此相比现有的两端皆为对称结构的永磁偏置 径向磁轴承结构，该结构的悬浮电流较小，轴承体积也较小。本发明的永磁磁路为磁通从 永磁体N极出发，通过控制侧定子导磁环、控制侧定子铁心、控制侧气隙、控制侧转子铁心、 内导磁环到承重侧的转子铁心、承重侧气隙、分为两路分别经过承重侧定子铁心大端和承 重侧定子铁心小端、承重侧外导磁体回到永磁体S极，形成磁悬浮轴承的主磁路，如图1所 示。电磁磁路以X正方向磁极激磁线圈通电后产生的磁通为例X正方向定子磁极、X正方 向气隙、控制侧转子铁心、分为三路分别通过X负方向、Y正方向和Y负方向气隙后，经各个 气隙对应的定子磁极回到X正方向磁极构成闭合回路，如图3所示。本发明的技术解决方案之二为大承载力径向磁轴承，由永磁体、控制侧定子导 磁环、控制侧定子铁心、激磁线圈、控制侧转子铁心、承重侧定子导磁环、承重侧定子铁心大 端、承重侧定子铁心小端、承重侧转子铁心、转子导磁环组成。定子铁心分为左右两端，分 别为控制侧和承重侧。控制侧定子铁心包含X、Y正负方向上的4个定子磁极，它们之间通 过轭部连接，每个定子磁极绕制有激磁线圈，承重侧定子铁心大端为一个极弧长度较长的 定子磁极，承重侧定子铁心小端为一个极弧长度较短的定子磁极，小端极弧长度一般为大 端的0. 4 0. 7倍。控制侧定子铁心外部为控制侧定子导磁环，承重侧定子铁心大端和承 重侧定子铁心小端外部为承重侧定子导磁环，永磁体在轴向上位于控制侧导磁环和承重侧 导磁环之间，控制侧定子铁心内部为控制侧转子铁心，承重侧定子铁心大端和承重侧定子 铁心小端内部为承重侧转子铁心，控制侧定子铁心内表面与控制侧转子铁心外表面留有一 定的间隙，形成控制侧气隙，承重侧转子铁心大端、承重侧转子铁心小端内表面与承重侧转 子铁心外表面留有一定的间隙，形成承重侧气隙，控制侧气隙一般为承重侧气隙的0. 5 1 倍。转子导磁环安装在控制侧转子铁心与承重侧转子铁心内部，并将两侧转子铁心连接起 来，形成磁通路。上述方案的原理是本发明将径向磁轴承分为承重侧和控制侧两个部分，承重侧 用来克服转子重力，而控制侧用来克服转子受到的扰动力。永磁体通过控制侧定子导磁环、 控制侧定子铁心、控制侧气隙、控制侧转子铁心、转子导磁环、承重侧转子铁心、承重侧气 隙、同时经承重侧定子铁心大端和小端、承重侧定子导磁环构成磁路。电磁磁路在控制侧定 子铁心、控制侧气隙、控制侧转子铁心构成回路。在承重侧，由于两个定子铁心磁极极弧长 度不一致，永磁磁路分别在大、小两端磁极的气隙处产生不同大小的永磁拉力，两力合成后 对转子的单边磁拉力用以克服转子重力；在控制侧，永磁磁路分别在4个定子铁心对应的气隙处产生偏置磁场，电磁磁路在该气隙处产生调节磁场，由于转子重力由承重侧的永磁 力承担，控制侧只需承担转子受到的扰动力，因此相比现有的两端皆为对称结构的永磁偏 置径向磁轴承结构，该结构的悬浮电流较小，轴承体积也较小。本发明的永磁磁路为磁通 从永磁体N极出发，通过控制侧定子导磁环、控制侧定子铁心、控制侧气隙、控制侧转子铁 心、内导磁环到承重侧的转子铁心、承重侧气隙、分为两路分别经过承重侧定子铁心大端和 承重侧定子铁心小端、承重侧外导磁体回到永磁体S极，形成磁悬浮轴承的主磁路，如图4 所示。电磁磁路以Y方向磁极激磁线圈产生的磁通为例Y正方向定子磁极、Y正方向气隙、 控制侧转子铁心、Y负方向气隙、Y负方向磁极、经控制侧转子铁心回到Y正方向磁极构成闭 合回路，如图5所示。本发明与现有技术相比的优点在于本发明将径向磁轴承分为承重侧和控制侧两 个部分。在承重侧磁极无激磁线圈，利用两个磁极通过面积不一致的结构产生单边磁拉力， 使得承重侧仅需要较小的磁极面积即可克服较大的重力。因此，与现有的两侧皆为对称结 构的永磁偏置径向磁轴承结构相比，在应用于相同的承重场合时，该结构缩小了体积，减轻 了重量，减小了 4个激磁线圈，提高了系统的可靠性。同时，该径向磁轴承由于转子重力完 全由承重侧承担，故控制侧仅需通以较小的电流即可保持转子稳定悬浮。因此，该结构的另 一优点是悬浮电流小，铜耗小。
图1为本发明技术解决方案之一的大承载力径向磁轴承轴向截面图；图2为本发明技术解决方案之一的大承载力径向磁轴承承重侧定子铁心结构图；图3为本发明技术解决方案之一、二的大承载力径向磁轴承控制侧轴向端面图；图4为本发明技术解决方案之二的大承载力径向磁轴承轴向截面图；图5为本发明技术解决方案之二的大承载力径向磁轴承承重侧轴向端面图。
具体实施例方式如图1所示，为本发明技术解决方案之一的承重侧磁极轴向长度不相等的永磁偏 置内转子径向磁轴承，即本发明的基本形式，它由1个永磁体1、1个控制侧定子导磁环2、1 个控制侧定子铁心3、4个控制侧激磁线圈4、1个控制侧转子导磁环、1个承重侧定子导磁环 7、1个承重侧定子铁心大端8、1个承重侧定子铁心小端9、1个承重侧转子铁心11、1个转 子导磁环12组成。其中控制侧定子铁心3包含了磁轴承一端Χ、Υ方向上的4个定子磁极， 磁极之间通过轭部连接，控制侧的每个定子磁极绕制有激磁线圈4，控制侧定子铁心3外部 为控制侧定子导磁环2，如图3所示。承重侧定子铁心大端8和承重侧定子铁心小端9组 成了磁轴承另一端Y方向上的2个定子磁极，磁极之间通过轴向长度不同的轭部在铁心中 部连接，承重侧定子铁心小端9的轴向长度为大端8的0. 4 0. 7倍，具体值由转子重量决 定，转子越重，则取值越小，如图2所示。承重侧定子铁心大端8、承重侧定子铁心小端9外 部为承重侧定子导磁环7，永磁体1在轴向上位于控制侧定子导磁环2与承重侧定子导磁环 7之间。控制侧定子铁心3内部为控制侧转子铁心6，控制侧定子铁心3内表面与控制侧转 子铁心6外表面留有一定的间隙，形成控制侧气隙5，承重侧定子铁心大端8、承重侧定子铁 心小端9内部为承重侧转子铁心11，承重侧定子铁心大端8、承重侧定子铁心小端9内表面与承重侧转子铁心11外表面留有一定的间隙，形成承重侧气隙10，控制侧气隙为承重侧气 隙的0. 5 1倍，转子导磁环12安装在控制侧转子铁心6和承重侧转子铁心11内部，并将 控制侧转子铁心6与承重侧转子铁心11连接起来，形成磁通路。如图4所示，为本发明技术解决方案之二的承重侧磁极极弧长度不相等的永磁偏 置内转子径向磁轴承，它由ι个永磁体1、1个控制侧定子导磁环2、1个控制侧定子铁心3、 4个控制侧激磁线圈4、1个控制侧转子导磁环、1个承重侧定子导磁环7、1个承重侧定子铁 心大端8、1个承重侧定子铁心小端9、1个承重侧转子铁心11、1个转子导磁环12组成。其 中控制侧定子铁心3包含了磁轴承一端X、Y方向上的4个定子磁极，磁极之间通过轭部连 接，控制侧的每个定子磁极绕制有激磁线圈4，控制侧定子铁心3外部为控制侧定子导磁环 2，如图3所示。承重侧定子铁心大端8和承重侧定子铁心小端9组成了磁轴承另一端Y方 向上的2个定子磁极，磁极之间通过轭部连接，承重侧定子铁心小端9的极弧长度为大端8 的0. 4 0. 7倍，具体值由转子重量决定，转子越重，则取值越小，如图5所示。承重侧定子 铁心大端8、承重侧定子铁心小端9外部为承重侧定子导磁环7，永磁体1在轴向上位于控 制侧定子导磁环2与承重侧定子导磁环7之间。控制侧定子铁心3内部为控制侧转子铁心 6，控制侧定子铁心3内表面与控制侧转子铁心6外表面留有一定的间隙，形成控制侧气隙 5，承重侧定子铁心大端8、承重侧定子铁心小端9内部为承重侧转子铁心11，承重侧定子铁 心大端8、承重侧定子铁心小端9内表面与承重侧转子铁心11外表面留有一定的间隙，形成 承重侧气隙10，控制侧气隙为承重侧气隙的0. 5 1倍，转子导磁环12安装在控制侧转子 铁心6和承重侧转子铁心11内部，并将控制侧转子铁心6与承重侧转子铁心11连接起来， 形成磁通路。上述本发明各技术方案所用的承重侧定子铁心大端8、承重侧定子铁心小端9、控 制侧定子导磁环2、承重侧定子导磁环7和转子导磁环12均用导磁性能良好的材料制成，如 电工纯铁、各种碳钢、铸铁、铸钢、合金钢、1J50和1J79等磁性材料。控制侧定子铁心3、控 制侧转子铁心6和承重侧转子铁心11可用导磁性能良好的电工薄钢板如电工纯铁、电工硅 钢板DR510、DR470、DW350、1J50和1J79等磁性材料冲压迭制而成。永磁体1的材料为磁性 能良好的稀土永磁体或铁氧体永磁体，永磁体1为一轴向圆环，沿轴向充磁。激磁线圈4用 导电良好的电磁线绕制后浸漆烘干而成。
权利要求
1.大承载力径向磁轴承，由永磁体(1)、控制侧定子导磁环O)、控制侧定子铁心(3)、 激磁线圈G)、控制侧转子铁心(6)、承重侧定子导磁环(7)、承重侧定子铁心大端(8)、承重 侧定子铁心小端(9)、承重侧转子铁心(11)、转子导磁环(1 组成，其特征在于定子铁心 分为左右两端，分别为控制侧和承重侧，控制侧定子铁心C3)包含X、Y正负方向上的4个定 子磁极，它们之间通过轭部连接，每个定子磁极绕制有激磁线圈(4)，承重侧定子铁心大端(8)为一个长轴向定子磁极，承重侧定子铁心小端(9)为一个短轴向定子磁极，控制侧定子 铁心C3)外部为控制侧定子导磁环O)，承重侧定子铁心大端(8)和承重侧定子铁心小端(9)外部为承重侧定子导磁环(7)，永磁体(1)在轴向上位于控制侧导磁环( 和承重侧导 磁环(7)之间，控制侧定子铁心(3)内部为控制侧转子铁心(6)，承重侧定子铁心大端(8) 和承重侧定子铁心小端(9)内部为承重侧转子铁心(11)，控制侧定子铁心(3)内表面与控 制侧转子铁心(6)外表面留有一定的间隙，形成控制侧气隙(5)，承重侧转子铁心大端(8)、 承重侧转子铁心小端(9)内表面与承重侧转子铁心(11)外表面留有一定的间隙，形成承重 侧气隙(10)，转子导磁环(1 安装在控制侧转子铁心(6)与承重侧转子铁心(11)内部，并 将两侧转子铁心连接起来，形成磁通路。
2.根据权利要求1所述的大承载力径向磁轴承，其特征在于承重侧定子铁心小端(9) 的轴向长度为承重侧定子铁心大端(8)的0. 4 0. 7倍。
3.根据权利要求1所述的大承载力径向磁轴承，其特征在于所述的承重侧定子铁心 大端(8)、承重侧定子铁心小端(9)、控制侧定子导磁环O)、承重侧定子导磁环(7)和转子 导磁环(1 均采用导磁性能良好的材料，如电工纯铁、1J50或硅钢的任意一种制成。
4.根据权利要求1所述的大承载力径向磁轴承，其特征在于所述的永磁体(1)为一 轴向圆环，沿轴向充磁。
5.根据权利要求1所述的大承载力径向磁轴承，其特征在于控制侧气隙( 长度为 承重侧气隙(10)长度的0. 5 1倍。
6.大承载力径向磁轴承，由永磁体(1)、控制侧定子导磁环O)、控制侧定子铁心(3)、 激磁线圈G)、控制侧转子铁心(6)、承重侧定子导磁环(7)、承重侧定子铁心大端(8)、承重 侧定子铁心小端(9)、承重侧转子铁心(11)、转子导磁环(1 组成，其特征在于定子铁心 分为左右两端，分别为控制侧和承重侧，控制侧定子铁心C3)包含X、Y正负方向上的4个定 子磁极，它们之间通过轭部连接，每个定子磁极绕制有激磁线圈(4)，承重侧定子铁心大端(8)为一个大极弧定子磁极，承重侧定子铁心小端(9)为一个小极弧定子磁极，控制侧定子 铁心C3)外部为控制侧定子导磁环O)，承重侧定子铁心大端(8)和承重侧定子铁心小端(9)外部为承重侧定子导磁环(7)，永磁体(1)在轴向上位于控制侧导磁环( 和承重侧导 磁环(7)之间，控制侧定子铁心(3)内部为控制侧转子铁心(6)，承重侧定子铁心大端(8) 和承重侧定子铁心小端(9)内部为承重侧转子铁心(11)，控制侧定子铁心(3)内表面与控 制侧转子铁心(6)外表面留有一定的间隙，形成控制侧气隙(5)，承重侧转子铁心大端(8)、 承重侧转子铁心小端(9)内表面与承重侧转子铁心(11)外表面留有一定的间隙，形成承重 侧气隙(10)，转子导磁环(1 安装在控制侧转子铁心(6)与承重侧转子铁心(11)内部，并 将两侧转子铁心连接起来，形成磁通路。
7.根据权利要求6所述的大承载力径向磁轴承，其特征在于承重侧定子铁心小端(9) 的极弧长度为承重侧定子铁心大端(8)的0. 4 0. 7倍。
8.根据权利要求6所述的大承载力径向磁轴承，其特征在于所述的承重侧定子铁心 大端(8)、承重侧定子铁心小端(9)、控制侧定子导磁环O)、承重侧定子导磁环(7)和转子 导磁环(1 均采用导磁性能良好的材料，如电工纯铁、1J50或硅钢的任意一种制成。
9.根据权利要求6所述的大承载力径向磁轴承，其特征在于所述的永磁体(1)为一 轴向圆环，沿轴向充磁。
10.根据权利要求6所述的大承载力径向磁轴承，其特征在于控制侧气隙(5)长度为 承重侧气隙(10)长度的0. 5 1倍。
全文摘要
大承载力径向磁轴承，由永磁体、控制侧定子导磁环、控制侧定子铁心、激磁线圈、控制侧转子铁心、承重侧定子导磁环、承重侧定子铁心大端、承重侧定子铁心小端、承重侧转子铁心、转子导磁环组成。定子铁心分为左右两端，分别为控制侧和承重侧。控制侧定子铁心包含X、Y正负方向上的4个定子磁极，它们之间通过轭部连接，每个定子磁极绕制有激磁线圈，承重侧定子铁心包含重力方向上一个面积较大的磁极及一个面积较小的磁极。永磁体置于两侧定子导磁环之间，为控制侧提供偏置磁场及为承重侧提供产生单边磁拉力的永磁磁场。本发明解决了现有径向磁轴承在支承较大转子重力时体积大、悬浮电流大的缺点，具有性能可靠、利于控制的优点。
文档编号F16C32/04GK102072249SQ20111000675
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者乐韵, 孙津济, 房建成 申请人:北京航空航天大学