磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型径向磁悬浮轴承制造技术

技术编号:12309175 阅读:135 留言:0更新日期:2015-11-11 18:06
磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型径向磁悬浮轴承,属于磁轴承技术领域。为了解决独立使用同极性永磁偏置径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、同极性永磁偏置径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径向主动磁轴承;同极性永磁偏置径向主动磁轴承包括定子和转子,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径向主动磁轴承的转子和定子之间,所述转子和定子之间存在径向气隙。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。

【技术实现步骤摘要】

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径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径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、同极性永磁偏置径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径向主动磁轴承;同极性永磁偏置径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径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径向气隙,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径向主动磁轴承为内转子或外转子结构。所述同极性永磁偏置径向主动磁轴承包括定子和转子,定子和转子之间存在径向气隙;定子包括电枢齿、定子铁芯和环形永磁体,转子包括转子铁芯和轴,转子铁芯固定在轴上;电枢齿包括上端电枢齿和下端电枢齿;定子铁芯包括上端定子铁芯和下端定子铁芯;上端定子铁芯的圆环底部和下端定子铁芯的圆环顶部之间设置环形永磁体,且形成圆筒形结构;转子铁芯位于所述圆筒形结构的内部;所述环形永磁体为轴向充磁;上端电枢齿设置在上端定子铁芯的圆环顶部,下端电枢齿设置在下端定子铁芯的圆环底部;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,二者均为径向充磁,且充磁方向相反。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一个定子环形定位块;所述定子环形定位块设置在定子侧永磁体与环形永磁体之间,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。本专利技术的有益效果在于,本专利技术的主动与被动混合型径向磁悬浮轴承,其特点在于将同极性永磁偏置径向主动磁轴承与内外结构斥力型径向被动磁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,由于主动磁轴承与被动磁轴承共用一部分磁路,使得该轴承结构紧凑,体积小。同时,主动磁轴承的偏置磁通不受被动磁轴承磁通影响,主动磁轴承控制磁通不受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。既完全拥有同极性永磁偏置径向主动磁轴承的所有特点,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,比两个独立的主动和被动磁轴承结构要紧凑。另外,在提供同样径向悬浮力的情况下,减小了主动悬浮轴承的刚度需求,提高了径向轴承的动态响应,降低了径向磁轴承的功耗。【附图说明】图1为【具体实施方式】三中内转子结构的同极性永磁偏置径向主动磁轴承的原理示意图,其中10为转动轴。图2为【具体实施方式】三中内外结构斥力型径向被动磁轴承的原理示意图。图3为图2的剖视图。图4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径向磁悬浮轴承的原理示意图。图5为图4的剖视图。图6为【具体实施方式】二中外转子结构的同极性永磁偏置径向主动磁轴承的剖面原理示意图。图7为【具体实施方式】二中所述的磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型径向磁悬浮轴承的剖面原理示意图。图8为【具体实施方式】四中所述的磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型径向磁悬浮轴承的剖面原理示意图。图9和图10为【具体实施方式】五中两种磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型径向磁悬浮轴承的剖面原理示意图。图11为【具体实施方式】六中所述的磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型径向磁悬浮轴承的原理示意图。图12和图13为【具体实施方式】七中两种磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型径向磁悬浮轴承的剖面原理示意图。图14为【具体实施方式】八中永磁体环为瓦形结构,且采用径向充磁的原理示意图。图15为【具体实施方式】八中永磁体环为瓦形结构,且采用平行充磁的原理示意图。图16、图17、图18和图19均为【具体实施方式】十中四种磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型径向磁悬浮轴承的剖面原理示意图。【具体实施方式】【具体实施方式】一:本实施方式所述的磁路解親的永磁偏置主动与被动混合型径向磁悬浮轴承,所述磁悬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁路解耦的永磁偏置主动与被动混合型径向磁悬浮轴承,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径向主动磁轴承;同极性永磁偏置径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径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径向气隙,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】

【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

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