一种锥形轴向磁轴承制造技术

本发明专利技术公布了一种锥形轴向磁轴承，属于磁悬浮轴承领域。其由两个锥形磁轴承构成，二者之间存有间隙，且锥形角方向相反；定子为8极结构，定子轭上嵌有4个环向充磁的永磁体，相互间隔90°，且两定子处于同一圆周位置角的永磁体充磁方向相反；两定子齿与齿对齐，处于同一空间位置的两定子齿上共同绕有一个绕组，共8个，且串联构成一套悬浮绕组；永磁体提供偏置磁通，通过控制悬浮绕组电流的大小和方向以产生所需的轴向悬浮力。本发明专利技术两磁轴承间磁路相互隔离，且仅存在径向磁通，无轴向磁路，定、转子均可由硅钢片叠压而成，加工简单，铁心损耗小，效率高。

Tapered axial magnetic bearing

The invention discloses a conical axial magnetic bearing, belonging to the magnetic suspension bearing field. It is composed of two conical magnetic bearings, a gap between the two, and the taper angle of the opposite direction; the stator 8 pole structure, a block of 4 toroidal permanent magnet stator yoke, a distance of 90 degrees, and the two stator permanent magnet magnetization direction at the same circumference angle opposite stator two; tooth and tooth alignment in two stator teeth of the same spatial position together around a winding, a total of 8, and the series to form a suspension winding; permanent magnet to provide a bias flux through the size and direction of control of levitation winding current to produce the required axial suspension force. The invention of two magnetic bearings of magnetic isolated from each other, and there is only no axial radial magnetic flux, magnetic circuit, stator and rotor are made of silicon steel laminations, simple processing, small iron loss, high efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种锥形轴向磁轴承
本专利技术涉及一种锥形轴向磁轴承，属于磁悬浮轴承领域。
技术介绍
磁悬浮轴承按照磁场建立方式的不同可分为主动型、被动型和混合型三种类型。主动型磁悬浮轴承由通入直流电的偏磁绕组在气隙中建立偏置磁场，由通入大小和方向都受到实时控制的交变电流的控制绕组来在气隙中建立控制磁场，这两个磁场在气隙中的叠加和抵消产生了大小和方向都可以主动控制的磁场吸力，从而实现了转子的稳定悬浮，这种类型的磁悬浮轴承刚度大，可以精密控制，但产生单位承载力所需的体积、重量和功耗也都比较大。被动型磁悬浮轴承利用磁性材料之间的吸力或斥力来实现转子的悬浮，所需控制器简单，功耗小，但刚度和阻尼也都比较小。混合型磁悬浮轴承结合了主动型磁悬浮轴承和被动型磁悬浮轴承的特点，采用永磁材料替代偏磁线圈来产生所需的偏置磁场，因此电磁线圈匝数比主动型磁悬浮轴承少得多，较大程度地降低了磁悬浮轴承的功率损耗，减小了产生单位承载力所需的体积和重量，这使其在对体积和功耗有着严格要求的领域独特的优势。然而，传统具有轴向悬浮功能的磁轴承，通常存在轴向磁路，使得磁轴承定、转子采用硅钢片制作难度大，进而采用实心结构，最终导致磁轴承高速运行时的铁心损耗大，温升较高，不利于磁轴承安全运行，且系统效率教低。为此，研究低功耗、无轴向磁路的且具有轴向悬浮功能的混合磁轴承，是一个重要的研究方向。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术的不足，提出一种锥形轴向磁轴承。所述磁轴承是一种低功耗、结构简单、易于加工且无轴向磁路的永磁偏置式轴向磁轴承。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种锥形轴向磁轴承，由锥形定子Ⅰ、锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅰ、锥形转子Ⅱ、永磁体、绕组和转轴构成；所述锥形转子Ⅰ布置在锥形定子Ⅰ内，所述锥形转子Ⅱ布置在锥形定子Ⅱ内；所述锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ轴向布置，且二者间存在间隙，所述锥形转子Ⅰ与锥形转子Ⅱ轴向布置，套在转轴上；所述锥形定子Ⅰ、锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ的锥形角相等；所述锥形定子Ⅰ与锥形转子Ⅰ的锥形角方向相同，所述锥形定子Ⅱ与锥形转子Ⅱ的锥形角方向相同，且锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ的锥形角方向相反；所述锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ均为锥形圆柱结构；锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ均为凸极锥形结构，锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ的定子齿数均为8，锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ的定子齿与齿对齐；所述锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ的定子轭均嵌有4个永磁体，锥形定子Ⅰ的4个永磁体在空间上相差90°，锥形定子Ⅱ的4个永磁体在空间上相差90°，且锥形定子Ⅰ的4个永磁体与锥形定子Ⅱ的4个永磁体相互对齐；锥形定子Ⅰ的4个永磁体环向充磁，且同极性布置，锥形定子Ⅱ的4个永磁体环向充磁，且同极性布置；锥形定子Ⅰ的4个永磁体与锥形定子Ⅱ的4个永磁体充磁方向相反；同一空间位置的锥形定子Ⅰ的1个定子齿与锥形定子Ⅱ的1个定子齿上共同缠绕1个绕组，共8个，串联一起构成1个悬浮绕组。通过控制该套悬浮绕组电流的大小和方向，进而产生悬浮所需的轴向力。本专利技术的有益效果：本专利技术提出了一种轴向径向磁轴承，采用本专利技术的技术方案，能够达到如下技术效果：(1)无轴向磁路；(2)两个锥形磁轴承相互隔离，磁路上也相互隔离；(3)结构简单，便于硅钢片叠压制作，铁心损耗小，效率高，且控制简单。附图说明图1是本专利技术锥形轴向磁轴承的三维结构示意图。图2是本专利技术中锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ内的磁通分布图。图3是本专利技术中锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ内的磁通分布图。附图标记说明：图1至图3中，1是锥形定子Ⅰ，2是锥形转子Ⅰ，3是绕组，4是永磁体，5是锥形定子Ⅱ，6是锥形转子Ⅱ，7是转轴，8、9、10分别为x、y、z方向坐标轴的正方向，11为永磁体在锥形定子Ⅰ产生的经定子轭闭合的磁通，12为永磁体在锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ产生的经定子、转子和气隙闭合的偏置磁通，13为悬浮绕组在锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ内产生的控制磁通，14为永磁体在锥形定子Ⅱ产生的经定子轭闭合的磁通，15为永磁体在锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ产生的经定子、转子和气隙闭合的偏置磁通，16为悬浮绕组在锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ内产生的控制磁通。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术一种锥形轴向磁轴承的技术方案进行详细说明：如图1所示，是本专利技术一种锥形轴向磁轴承的三维结构示意图，其中，1是锥形定子Ⅰ，2是锥形转子Ⅰ，3是绕组，4是永磁体，5是锥形定子Ⅱ，6是锥形转子Ⅱ，7是转轴。一种锥形轴向磁轴承，由锥形定子Ⅰ、锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅰ、锥形转子Ⅱ、永磁体、绕组和转轴构成；所述锥形转子Ⅰ布置在锥形定子Ⅰ内，所述锥形转子Ⅱ布置在锥形定子Ⅱ内；所述锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ轴向布置，且二者间存在间隙，所述锥形转子Ⅰ与锥形转子Ⅱ轴向布置，套在转轴上；所述锥形定子Ⅰ、锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ的锥形角相等；所述锥形定子Ⅰ与锥形转子Ⅰ的锥形角方向相同，所述锥形定子Ⅱ与锥形转子Ⅱ的锥形角方向相同，且锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ的锥形角方向相反；所述锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ均为锥形圆柱结构；锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ均为凸极锥形结构，锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ的定子齿数均为8，锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ的定子齿与齿对齐；所述锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ的定子轭均嵌有4个永磁体，锥形定子Ⅰ的4个永磁体在空间上相差90°，锥形定子Ⅱ的4个永磁体在空间上相差90°，且锥形定子Ⅰ的4个永磁体与锥形定子Ⅱ的4个永磁体相互对齐；锥形定子Ⅰ的4个永磁体环向充磁，且同极性布置，锥形定子Ⅱ的4个永磁体环向充磁，且同极性布置；锥形定子Ⅰ的4个永磁体与锥形定子Ⅱ的4个永磁体充磁方向相反；同一空间位置的锥形定子Ⅰ的1个定子齿与锥形定子Ⅱ的1个定子齿上共同缠绕1个绕组，共8个，串联一起构成1个悬浮绕组。通过控制该套悬浮绕组电流的大小和方向，进而产生悬浮所需的轴向力。图2为本专利技术中锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ内的磁通分布图。锥形定子Ⅰ的4个永磁体环向充磁，且同极性布置，在空间上呈NNNN分布，并产生经两种路径闭合的磁通，一种仅通过其定子轭闭合，标号为11，由于该磁通不经转子和气隙，故不产生悬浮力；另一种仅定子、气隙和转子闭合，标号为12，该磁通将与悬浮绕组的控制磁通(标号为13)作用，产生轴向悬浮力。当悬浮绕组施加电流施加如图2所示方向的电流时，产生的控制磁通(标号为13)，与永磁体产生的偏置磁通(12)，在气隙内的方向相同，磁通增强，进而产生一个较大的z轴正方向悬浮力。另外，由于悬浮绕组产生的控制磁通(13)与永磁体产生磁通(11)，在定子轭内的方向相反，将使得永磁体产生的经定子轭闭合的磁通减小，并挤压其经定子、气隙和转子闭合，进而进一步增加用于产生悬浮力的偏置磁通，使其产生更大的轴向正方向悬浮力，有助于减小悬浮电流，最终减小悬浮功耗。图3为本专利技术中锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ内的磁通分布图。锥形定子Ⅱ的4个永磁体环向充磁，且同极性布置，在空间上呈SSSS分布，并产生经两种路径闭合的磁通，一种仅通过其定子轭闭合，标号为14，由于该磁通不经转子和气隙，故不产生悬浮力；另一种仅定子、气隙和转子闭合，标号为15，该磁通将与悬浮绕组的控制磁通(16)作用，产生轴向悬浮力。当悬浮绕组施加电流施加如图3所示方向的电流时，产生的控制磁通(16)，与永磁体产生的偏置磁通(15)，在气隙内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锥形轴向磁轴承，其特征在于，所述锥形轴向磁轴承由锥形定子Ⅰ、锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅰ、锥形转子Ⅱ、永磁体、绕组和转轴构成；所述锥形转子Ⅰ布置在锥形定子Ⅰ内，所述锥形转子Ⅱ布置在锥形定子Ⅱ内；所述锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ轴向布置，且二者间存在间隙，所述锥形转子Ⅰ与锥形转子Ⅱ轴向布置，套在转轴上；所述锥形定子Ⅰ、锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ的锥形角相等；所述锥形定子Ⅰ与锥形转子Ⅰ的锥形角方向相同，所述锥形定子Ⅱ与锥形转子Ⅱ的锥形角方向相同，且锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ的锥形角方向相反；所述锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ均为锥形圆柱结构；锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ均为凸极锥形结构，锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ的定子齿数均为8，锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ的定子齿与齿对齐；所述锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ的定子轭均嵌有4个永磁体，锥形定子Ⅰ的4个永磁体在空间上相差90°，锥形定子Ⅱ的4个永磁体在空间上相差90°，且锥形定子Ⅰ的4个永磁体与锥形定子Ⅱ的4个永磁体相互对齐；锥形定子Ⅰ的4个永磁体环向充磁，且同极性布置，锥形定子Ⅱ的4个永磁体环向充磁，且同极性布置；锥形定子Ⅰ的4个永磁体与锥形定子Ⅱ的4个永磁体充磁方向相反；同一空间位置的锥形定子Ⅰ的1个定子齿与锥形定子Ⅱ的1个定子齿上共同缠绕1个绕组，共8个，串联一起构成1个悬浮绕组。...

【技术特征摘要】
1.一种锥形轴向磁轴承，其特征在于，所述锥形轴向磁轴承由锥形定子Ⅰ、锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅰ、锥形转子Ⅱ、永磁体、绕组和转轴构成；所述锥形转子Ⅰ布置在锥形定子Ⅰ内，所述锥形转子Ⅱ布置在锥形定子Ⅱ内；所述锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ轴向布置，且二者间存在间隙，所述锥形转子Ⅰ与锥形转子Ⅱ轴向布置，套在转轴上；所述锥形定子Ⅰ、锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ的锥形角相等；所述锥形定子Ⅰ与锥形转子Ⅰ的锥形角方向相同，所述锥形定子Ⅱ与锥形转子Ⅱ的锥形角方向相同，且锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ的锥形角方向相反；所述锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ均为锥形圆柱结构；锥形定子Ⅰ与锥形定子Ⅱ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘泽远，蔡骏，杨艳，曹鑫，邓智泉，郭前岗，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32