磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型轴径向磁悬浮轴承制造技术

磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型轴径向磁悬浮轴承，属于磁轴承技术领域。为了解决独立使用同极性永磁偏置轴向主动磁轴承功耗大、独立使用内外结构斥力型径向被动磁轴承径向刚度小、同极性永磁偏置轴向主动磁轴承与内外结构斥力型径向被动磁轴承混合使用时体积大的问题。所述磁悬浮轴承包括内外结构斥力型径向被动磁轴承和同极性永磁偏置轴向主动磁轴承；主动磁轴承包括定子和转子，被动磁轴承包括定子侧永磁体和转子侧永磁体，所述被动磁轴承放置在主动磁轴承的转子和定子之间的腔内，所述主动磁轴承的转子和定子之间形成轴向气隙，所述被动磁轴承的转子侧永磁体和定子侧永磁体之间形成径向气隙。用于机械加工、涡轮机械和航空航天等领域。

【技术实现步骤摘要】
磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型轴径向磁悬浮轴承
本专利技术属于磁轴承

技术介绍
磁悬浮轴承是利用磁场力将转子悬浮于空间，使转子和定子之间没有任何机械接触的一种新型高性能轴承，具有无摩擦、无损耗、无污染、低能耗、低噪声以及寿命长等优点，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、石油石化、真空技术、能源、转子动力学特性辨识与测试等领域。传统的磁悬浮轴承主要是基于电磁铁的工作原理,利用定转子之间的电磁吸引力使转子悬浮起来的，为此需要在定子控制线圈中通入较大的电流，从而轴承消耗的电功率大，线圈的发热严重；混合磁轴承是在主动磁轴承、被动磁轴承以及其它一些辅助支承和稳定结构基础上形成的一种组合式磁轴承系统，它利用永久磁铁产生的磁场代替电磁铁的静态偏置磁场，不仅显著降低了磁轴承的功耗，而且使电磁铁的安匝数减少一半，并提高了承载能力。被动磁轴承利用永磁体之间产生的斥力使转子悬浮于空间，具有零功耗、体积小等优点。由于被动磁轴承径向刚度小，轴向刚度大，被动磁轴承产生的轴向力会导致系统轴向稳定性降低。现将内外结构斥力型径向被动磁轴承与同极性永磁偏置轴向主动磁轴承分布式混合使用，加长了轴承的长度，进而增加了轴承的体积。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决独立使用同极性永磁偏置轴向主动磁轴承功耗大、独立使用内外结构斥力型径向被动磁轴承径向刚度小、同极性永磁偏置轴向主动磁轴承与内外结构斥力型径向被动磁轴承混合使用时体积大的问题，本专利技术提供一种磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型轴径向磁悬浮轴承。本专利技术的磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型轴径向磁悬浮轴承，所述磁悬浮轴承包括内外结构斥力型径向被动磁轴承和同极性永磁偏置轴向主动磁轴承；同极性永磁偏置轴向主动磁轴承包括定子和转子，斥力型径向被动磁轴承包括定子侧永磁体和转子侧永磁体，所述内外结构斥力型径向被动磁轴承放置在同极性永磁偏置轴向主动磁轴承的转子和定子之间的腔内，所述同极性永磁偏置径向主动磁轴承的转子和定子之间形成轴向气隙，所述内外结构斥力型径向被动磁轴承的转子侧永磁体和定子侧永磁体之间形成径向气隙。所述同极性永磁偏置轴向主动磁轴承包括定子和转子，定子和转子之间存在轴向气隙；定子包括电枢齿、定子铁芯和两个平板形定子永磁体，转子包括转子铁芯和轴，转子铁芯固定在轴上；所述定子铁芯包括左半部定子铁芯和右半部定子铁芯；两个平板形定子永磁体设置在左半部定子铁芯和右半部定子铁芯之间，且形成圆筒形结构；转子铁芯位于所述圆筒形结构的内部；电枢齿固定在左半部定子铁芯和右半部定子铁芯半圆环的顶部和底部，且在左半部定子铁芯半圆环顶部的电枢齿和右半部定子铁芯半圆环顶部的电枢齿之间开有两个口，所述两个口位于转子铁芯的两侧；所述内外结构斥力型径向被动磁轴承包括定子侧永磁体和转子侧永磁体，转子侧永磁体套接在转子铁芯的外圆表面，定子侧永磁体固定在圆筒形结构的内圆表面，定子侧永磁体和转子侧永磁体均为径向充磁，且充磁方向相反；平板形定子永磁体的充磁方向为由右半部定子铁芯到左半部定子铁芯的切向充磁。转子侧永磁体由两个转子永磁体环构成，所述两个转子永磁体环沿轴向依次排列固定为一体，固定在转子铁芯的外圆表面；两个转子永磁体环中的充磁方向相反；所述定子侧永磁体由两个定子永磁体环构成，两个定子永磁体沿轴向依次排列固定为一体，固定在圆筒形结构的内圆表面；两个定子永磁体环的充磁方向相反。转子侧永磁体由三个转子永磁体环构成，三个转子永磁体环沿轴向依次排列固定为一体，固定在转子铁芯的外圆表面，三个转子永磁体环的充磁方向交替相反；所述定子侧永磁体由三个定子永磁体环构成，三个定子永磁体环沿轴向依次排列固定为一体，固定在圆筒形结构的内圆表面，三个定子永磁体环的充磁方向交替相反。转子侧永磁体由三个转子永磁体环构成，三个转子永磁体环沿轴向依次排列固定为一体，固定在转子铁芯的外圆表面，第一个和第三个转子永磁体环的充磁方向交替相反，第二个转子永磁体环轴向充磁；所述定子侧永磁体由三个定子永磁体环构成，三个定子永磁体环沿轴向依次排列固定为一体，固定在圆筒形结构的内圆表面，第一个和第三个定子永磁体环的充磁方向交替相反，第二个转子永磁体环轴向充磁。所述永磁体环为环状结构或瓦片结构。所述磁悬浮轴承还包括两个转子环形定位块；所述两个转子环形定位块分别设置在转子侧永磁体的顶部和底部，用于固定转子侧永磁体与转子铁芯的外圆表面连接，转子环形定位块采用不导磁材料制成。所述磁悬浮轴承还包括两个平板形压块；所述两个平板形压块分别设置在定子侧永磁体的顶部和底部，用于固定定子侧永磁体与圆筒形结构的内圆表面连接，平板形压块采用不导磁材料制成。所述磁悬浮轴承还包括两个定子定位块；所述两个定子定位块设置在平板形定子永磁体与定子侧永磁体之间，且平板形定子永磁体的宽度与定子侧永磁体的宽度相同，且平板形定子永磁体的轴向厚度与定子侧永磁体的轴向厚度相同，用防止定子铁芯达到磁饱和，定子环形定位块采用不导磁材料制成。所述磁悬浮轴承还包括轴套，在电枢齿相对的轴的外表面套有轴套，轴套采用不导磁材料制成。本专利技术的有益效果在于，轴向主动与径向被动混合型轴径向磁悬浮轴承，其特点在于将永磁偏置的轴向主动磁悬浮轴承与斥力型径向被动磁悬浮轴承有效的组合在一起，由于斥力型径向磁悬浮轴承利用了一部分轴向主动磁悬浮轴承的铁芯，使得斥力型径向磁悬浮轴承磁路的磁阻降低，从而提高了斥力型径向磁悬浮轴承的刚度。另外，由于轴向主动磁轴承与径向被动磁轴承共用一部分磁路，使得该轴承结构紧凑。同时，轴向主动磁轴承的永磁偏置磁通不受径向被动磁轴承磁通影响，轴向主动磁轴承控制磁通不受永磁偏置磁通与被动磁轴承磁通影响，所以轴承中的三个磁通相互独立，实现了三个磁通的解耦。系统既完全拥有轴向永磁偏置主动磁悬浮轴承的所有特点，又完全具有斥力型径向被动磁悬浮轴承的特点。在提供同样的轴向刚度、径向刚度的情况下，该轴承由于共用部分磁路，比两个独立的轴向主动和径向被动磁轴承结构要紧凑。另外，在提供同样轴向悬浮力的情况下，减小了轴向主动悬浮轴承的力矩耦合。附图说明图1为具体实施方式一中同极性永磁偏置轴径向主动磁轴承的原理示意图。图2为具体实施方式一中内外结构斥力型径向被动磁轴承的原理示意图。图3为具体实施方式二和实施方式十中所述的磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型轴径向磁悬浮轴承的结构示意图。图4为实施方式二中图3的A-A剖面视图。图5为实施方式二中图3的B-B剖面视图。图6为图5的C-C剖面视图。图7为具体实施方式三中所述的磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型轴径向磁悬浮轴承的剖面原理示意图。图8和图9为具体实施方式四中两种磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型轴径向磁悬浮轴承的剖面原理示意图。图10为具体实施方式五中所述的磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型轴径向磁悬浮轴承的原理示意图。图11和图12为具体实施方式六中两种磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型轴径向磁悬浮轴承的剖面原理示意图。图13为具体实施方式七中永磁体环为瓦形结构，且采用径向充磁的原理示意图。图14为具体实施方式七中永磁体环为瓦形结构，且采用平行充磁的原理示意图。图15为具体实施方式八中图3的A-A剖面视图。图16为具体实施方式八中图本文档来自技高网...

【技术保护点】
磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型轴径向磁悬浮轴承，其特征在于，所述磁悬浮轴承包括内外结构斥力型径向被动磁轴承和同极性永磁偏置轴向主动磁轴承；同极性永磁偏置轴向主动磁轴承包括定子和转子，斥力型径向被动磁轴承包括定子侧永磁体(3)和转子侧永磁体(4)，所述内外结构斥力型径向被动磁轴承放置在同极性永磁偏置轴向主动磁轴承的转子和定子之间的腔内，所述同极性永磁偏置径向主动磁轴承的转子和定子之间形成轴向气隙，所述内外结构斥力型径向被动磁轴承的转子侧永磁体(4)和定子侧永磁体(3)之间形成径向气隙。

【技术特征摘要】
1.磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型轴径向磁悬浮轴承，所述磁悬浮轴承包括内外结构斥力型径向被动磁轴承和同极性永磁偏置轴向主动磁轴承；同极性永磁偏置轴向主动磁轴承包括定子和转子，斥力型径向被动磁轴承包括定子侧永磁体(3)和转子侧永磁体(4)，所述内外结构斥力型径向被动磁轴承放置在同极性永磁偏置轴向主动磁轴承的转子和定子之间的腔内，所述同极性永磁偏置轴向主动磁轴承的转子和定子之间形成轴向气隙，所述内外结构斥力型径向被动磁轴承的转子侧永磁体(4)和定子侧永磁体(3)之间形成径向气隙；其特征在于，所述同极性永磁偏置轴向主动磁轴承包括定子和转子，定子和转子之间存在轴向气隙；定子包括电枢齿(1)、定子铁芯和两个平板形定子永磁体(5)，转子包括转子铁芯(6)和轴(11)，转子铁芯(6)固定在轴(11)上；所述定子铁芯包括左半部定子铁芯(2-1)和右半部定子铁芯(2-2)；两个平板形定子永磁体(5)设置在左半部定子铁芯(2-1)和右半部定子铁芯(2-2)之间，且形成圆筒形结构；转子铁芯(6)位于所述圆筒形结构的内部；电枢齿(1)固定在左半部定子铁芯(2-1)和右半部定子铁芯(2-2)半圆环的顶部和底部，且在左半部定子铁芯(2-1)半圆环顶部的电枢齿和右半部定子铁芯(2-2)半圆环顶部的电枢齿之间开有两个口(12)，所述两个口(12)位于转子铁芯(6)的两侧；所述内外结构斥力型径向被动磁轴承包括定子侧永磁体(3)和转子侧永磁体(4)，转子侧永磁体(4)套接在转子铁芯(6)的外圆表面，定子侧永磁体(3)固定在圆筒形结构的内圆表面，定子侧永磁体(3)和转子侧永磁体(4)均为径向充磁，且充磁方向相反；平板形定子永磁体(5)的充磁方向为由右半部定子铁芯(2-2)到左半部定子铁芯(2-1)的切向充磁。2.根据权利要求1所述的磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型轴径向磁悬浮轴承，其特征在于，转子侧永磁体(4)由两个转子永磁体环构成，所述两个转子永磁体环沿轴向依次排列固定为一体，固定在转子铁芯(6)的外圆表面；两个转子永磁体环中的充磁方向相反；所述定子侧永磁体(3)由两个定子永磁体环构成，两个定子永磁体沿轴向依次排列固定为一体，固定在圆筒形结构的内圆表面；两个定子永磁体环的充磁方向相反。3.根据权利要求1所述的磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型轴径向磁悬浮轴承，其特征在于，转子侧永磁体(4)由三个转子永磁体环构成，三个转子永磁体环沿轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋立伟，李书培，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23