一种轴向径向电磁型磁轴承制造技术

本发明专利技术公布了一种轴向径向电磁型磁轴承，采用各方向悬浮力磁路相隔离的方式，构造了一种可产生1个轴向悬浮力和2个径向悬浮力的集成结构；所述磁轴承包括三种绕组，分别为径向悬浮绕组、轴向悬浮绕组和偏置绕组，并且偏置绕组同时产生轴向偏置磁通和径向偏置磁通，两种磁通相互隔离且解耦，从而保证了两个径向悬浮力间、以及轴向与径向悬浮力间在结构上的自然解耦。本发明专利技术磁轴承悬浮控制简单、实施方便，悬浮精度高，无永磁体，成本低，结构紧凑，集成度高，加工装备简单，对工作环境适应性强；另外，偏置绕组采用单独励磁方式，偏置磁通调节方便，固有刚度高，临界转速高，还有利于控制器设计，且便于实现大功率运行。

An Axial Radial Magnetic Bearing

【技术实现步骤摘要】
一种轴向径向电磁型磁轴承
本专利技术涉及一种轴向径向电磁型磁轴承，属于磁悬浮轴承领域。
技术介绍
磁悬浮轴承具有无摩擦、无磨损、无需密封润滑、高速度、精度高、寿命长及维护成本低等优良特性，可有效解决高速电机的轴承支撑问题。根据悬浮力是否可主动控制，磁轴承通常可分为被动型和主动型两种类型。主动型磁轴承通过控制定、转子间电磁力以实现转轴的悬浮，在高速电机领域应用广泛。根据偏置磁场建立方式，主动型磁轴承分为电磁型与混合型。电磁型磁轴承的偏置、控制磁通均由电磁铁产生，二者利用同一线圈或两个独立线圈产生，具有承载能力大、刚度可调和控制灵活等特点，在高温等恶劣环境适应性强。具有三自由度悬浮功能的轴向径向磁轴承，集成度高，功率密度高，临界转速高，是目前磁轴承研究领域的研究热点。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术的不足，提出一种轴向径向电磁型磁轴承，采用各方向悬浮力磁路相隔离的方式，构造了产生轴向、径向悬浮力的集成结构。所述磁轴承包括三种绕组结构，分别为径向悬浮绕组、轴向悬浮绕组和偏置绕组，并且偏置绕组同时产生轴向偏置磁通和径向偏置磁通，两种磁通相互隔离且解耦，从而保证了两个径向悬浮力间、以及轴向与径向悬浮力间在结构上的自然解耦。本专利技术磁轴承内无永磁体，结构紧凑，成本低，对环境适应强；另外由于各悬浮力间相互解耦，控制简单，悬浮精度高，而且偏置绕组单独励磁，偏置磁通调节方便，固有刚度高，各方向承载力强，在高温、高湿等恶劣工作环境和高速、大功率应用场合具有独特优势。为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案为：一种轴向径向电磁型磁轴承，包括径向定子、径向转子、径向悬浮线圈、偏置线圈、偏置定子Ⅰ、轴向定子Ⅰ、轴向转子Ⅰ、轴向悬浮线圈Ⅰ、偏置定子Ⅱ、轴向定子Ⅱ、轴向转子Ⅱ、轴向悬浮线圈Ⅱ和转轴；偏置定子Ⅰ、径向定子和偏置定子Ⅱ紧密串联布置，且径向定子布置于偏置定子Ⅰ和偏置定子Ⅱ之间；偏置定子Ⅰ紧密布置在轴向定子Ⅰ内，偏置定子Ⅱ紧密布置在轴向定子Ⅱ内；所述径向转子布置在径向定子内，所述轴向转子Ⅰ布置在偏置定子Ⅰ内，所述轴向转子Ⅱ布置在偏置定子Ⅱ内；所述轴向转子Ⅰ、径向转子和轴向转子Ⅱ紧密串联布置，且径向转子布置于轴向转子Ⅰ和轴向转子Ⅱ之间；所述轴向转子Ⅰ、径向转子和轴向转子Ⅱ套在转轴上；所述径向定子由4个E型结构构成，4个E型结构均匀分布，空间上相差90°，其中2个E型结构位于水平方向，剩余2个E型结构位于竖直方向；每个E型结构的齿数为3，包括1个宽齿和2个窄齿，且所述宽齿处于2个窄齿的中间；所述E型结构的宽齿与其2个窄齿间的夹角相等；所述径向转子为圆柱结构；所述偏置定子Ⅰ为凸极结构，齿数为4；所述偏置定子Ⅰ的4个齿均匀分布，空间上相差90°，其中偏置定子Ⅰ的2个齿位于水平方向，偏置定子Ⅰ的剩余2个齿位于竖直方向；所述轴向转子Ⅰ为圆柱结构；所述偏置定子Ⅱ为凸极结构，齿数为4；所述偏置定子Ⅱ的4个齿均匀分布，空间上相差90°，其中偏置定子Ⅱ的2个齿位于水平方向，偏置定子Ⅱ的剩余2个齿位于竖直方向；所述轴向转子Ⅱ为圆柱结构；所述E型结构中宽齿的齿宽与偏置定子Ⅰ、偏置定子Ⅱ的齿宽相等；处于同一空间位置的E型结构的1个宽齿与偏置定子Ⅰ的1个齿和偏置定子Ⅱ的1个齿共同组合成1个复合齿，共形成4个复合齿；所述轴向定子Ⅰ为轴向凸极结构，包括两个圆柱型定子齿，分别为外环形齿Ⅰ和内环形齿Ⅰ，且外环形齿Ⅰ的齿高大于内环形齿Ⅰ的齿高；所述内环形齿Ⅰ内有1个通孔Ⅰ，所述通孔Ⅰ的中心线与转轴的中心线重合；所述内环形齿Ⅰ的外径大于所述通孔Ⅰ的内径，所述通孔Ⅰ的内径大于转轴的外径；所述转轴贯穿轴向定子Ⅰ，且布置在所述通孔Ⅰ内；所述轴向定子Ⅱ为轴向凸极结构，包括两个圆柱型定子齿，分别为外环形齿Ⅱ和内环形齿Ⅱ，且外环形齿Ⅱ的齿高大于内环形齿Ⅱ的齿高；所述内环形齿Ⅱ内有1个通孔Ⅱ，所述通孔Ⅱ的中心线与转轴的中心线重合；所述内环形齿Ⅱ的外径大于所述通孔Ⅱ的内径，所述通孔Ⅱ的内径大于转轴的外径；所述转轴贯穿轴向定子Ⅱ，且布置在所述通孔Ⅱ内；每个所述窄齿上绕有1个径向悬浮线圈，共形成8个径向悬浮线圈；在水平方向位置处，2个所述E型结构中4个窄齿上的4个径向悬浮线圈串联，构成1个水平径向悬浮绕组；在竖直方向位置处，2个所述E型结构中4个窄齿上的4个径向悬浮线圈串联，构成1个竖直径向悬浮绕组；每个所述复合齿上绕有1个偏置线圈，共形成4个偏置线圈；4个所述偏置线圈串联，构成1个偏置绕组；所述轴向定子Ⅰ的内环形齿Ⅰ上绕有1个轴向悬浮线圈Ⅰ，共1个；所述轴向定子Ⅱ的内环形齿Ⅱ上绕有1个轴向悬浮线圈Ⅱ，共1个；所述轴向悬浮线圈Ⅰ和轴向悬浮线圈Ⅱ反向串联，构成1个轴向悬浮绕组。当偏置绕组施加直流励磁时，在径向定子内将产生四个相互隔离的径向偏置磁通，与两个径向悬浮绕组电流相互作用后，产生两个相互结构的径向悬浮力；在两个轴向定子和两个偏置定子内，各产生一个轴向偏置磁通，分别与两个轴向悬浮绕组电流相互作用后，产生两个单方向的轴向悬浮力，两个轴向悬浮力相互合成，转子上将存在一个轴向悬浮力。由于各悬浮力的磁路相互隔离，各悬浮力间在结构上自然解耦，从而简化了悬浮控制难度，有利于提升悬浮精度；另外，由于偏置绕组单独励磁，偏置磁通调节方便，有利于控制器设计，且便于实现大功率运行。本专利技术的有益效果：本专利技术提出了一种轴向径向电磁型磁轴承，采用本专利技术的技术方案，能够达到如下技术效果：（1）无永磁体，成本低，结构紧凑，集成度高，加工装备简单，对工作环境适应性强；（2）径向磁路相互隔离，轴向磁路也相互隔离，两个径向悬浮力间、以及轴向与径向悬浮力间在结构上自然解耦，悬浮控制简单、实施方便，悬浮精度高；（3）偏置绕组单独励磁，偏置磁通调节方便，固有刚度高，临界转速高，还有利于控制器设计，且便于实现大功率运行。附图说明图1是本专利技术轴向径向电磁型磁轴承的三维结构示意图。图2是轴向径向电磁型磁轴承的径向磁通分布图。图3是轴向径向电磁型磁轴承的轴向磁通分布图。图4是轴向径向电磁型磁轴承中偏置定子内的磁通分布图。附图标记说明：图1至图4中，1是径向定子，2是径向转子，3是径向悬浮线圈，4是偏置线圈，5是偏置定子Ⅰ，6是轴向定子Ⅰ，7是轴向转子Ⅰ，8是轴向悬浮线圈Ⅰ，9是偏置定子Ⅱ，10是轴向定子Ⅱ，11是轴向转子Ⅱ，12是轴向悬浮线圈Ⅱ，13是转轴，14、15、16分别为x、y、z轴方向坐标轴的正方向，17是偏置绕组电流在径向定子中产生的径向偏置磁通，18是水平（即x轴方向）径向悬浮绕组产生的径向悬浮控制磁通，19是竖直（即y轴方向）径向悬浮绕组产生的径向悬浮控制磁通，20是偏置绕组电流在轴向定子Ⅰ和偏置定子Ⅰ中产生的轴向偏置磁通，21是轴向悬浮线圈Ⅰ中的电流产生的轴向悬浮控制磁通，22是轴向负方向气隙，即z轴负方向的轴向气隙，23是偏置绕组电流在轴向定子Ⅱ和偏置定子Ⅱ中产生的轴向偏置磁通，24是轴向悬浮线圈Ⅱ中的电流产生的轴向悬浮控制磁通，25是轴向负方向气隙，即z轴正方向的轴向气隙。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术一种轴向径向电磁型磁轴承的技术方案进行详细说明：如图1所示，是本专利技术轴向径向电磁型磁轴承的三维结构示意图，其中，1是径向定子，2是径向转子，3是径向悬浮线圈，4是偏置线圈，5是偏置定子Ⅰ，6是轴向定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴向径向电磁型磁轴承，包括径向定子、径向转子、径向悬浮线圈、偏置线圈、偏置定子Ⅰ、轴向定子Ⅰ、轴向转子Ⅰ、轴向悬浮线圈Ⅰ、偏置定子Ⅱ、轴向定子Ⅱ、轴向转子Ⅱ、轴向悬浮线圈Ⅱ和转轴；其特征在于，所述偏置定子Ⅰ、径向定子和偏置定子Ⅱ紧密串联布置，且径向定子布置于偏置定子Ⅰ和偏置定子Ⅱ之间；偏置定子Ⅰ紧密布置在轴向定子Ⅰ内，偏置定子Ⅱ紧密布置在轴向定子Ⅱ内；所述径向转子布置在径向定子内，所述轴向转子Ⅰ布置在偏置定子Ⅰ内，所述轴向转子Ⅱ布置在偏置定子Ⅱ内；所述轴向转子Ⅰ、径向转子和轴向转子Ⅱ紧密串联布置，且径向转子布置于轴向转子Ⅰ和轴向转子Ⅱ之间；所述轴向转子Ⅰ、径向转子和轴向转子Ⅱ套在转轴上；所述径向定子由4个E型结构构成，4个E型结构均匀分布，空间上相差90°，其中2个E型结构位于水平方向，剩余2个E型结构位于竖直方向；每个E型结构的齿数为3，包括1个宽齿和2个窄齿，且所述E型结构的宽齿处于该E型结构的2个窄齿的中间；所述E型结构的宽齿与其2个窄齿间的夹角相等；所述径向转子为圆柱结构；所述偏置定子Ⅰ为凸极结构，齿数为4；所述偏置定子Ⅰ的4个齿均匀分布，空间上相差90°，其中偏置定子Ⅰ的2个齿位于水平方向，偏置定子Ⅰ的剩余2个齿位于竖直方向；所述轴向转子Ⅰ为圆柱结构；所述偏置定子Ⅱ为凸极结构，齿数为4；所述偏置定子Ⅱ的4个齿均匀分布，空间上相差90°，其中偏置定子Ⅱ的2个齿位于水平方向，偏置定子Ⅱ的剩余2个齿位于竖直方向；所述轴向转子Ⅱ为圆柱结构；所述E型结构中宽齿的齿宽与偏置定子Ⅰ、偏置定子Ⅱ的齿宽相等；处于同一空间位置的E型结构的宽齿与偏置定子Ⅰ的1个齿和偏置定子Ⅱ的1个齿共同组合成1个复合齿，共形成4个复合齿；所述轴向定子Ⅰ为轴向凸极结构，包括两个圆柱型定子齿，分别为外环形齿Ⅰ和内环形齿Ⅰ，且外环形齿Ⅰ的齿高大于内环形齿Ⅰ的齿高；所述内环形齿Ⅰ内有1个通孔Ⅰ，所述通孔Ⅰ的中心线与转轴的中心线重合；所述内环形齿Ⅰ的外径大于所述通孔Ⅰ的内径，所述通孔Ⅰ的内径大于转轴的外径；所述转轴贯穿轴向定子Ⅰ，且布置在所述通孔Ⅰ内；所述轴向定子Ⅱ为轴向凸极结构，包括两个圆柱型定子齿，分别为外环形齿Ⅱ和内环形齿Ⅱ，且外环形齿Ⅱ的齿高大于内环形齿Ⅱ的齿高；所述内环形齿Ⅱ内有1个通孔Ⅱ，所述通孔Ⅱ的中心线与转轴的中心线重合；所述内环形齿Ⅱ的外径大于所述通孔Ⅱ的内径，所述通孔Ⅱ的内径大于转轴的外径；所述转轴贯穿轴向定子Ⅱ，且布置在所述通孔Ⅱ内；每个所述窄齿上绕有1个径向悬浮线圈，共8个；在水平方向位置处，2个所述E型结构中4个窄齿上的4个径向悬浮线圈串联，构成1个水平径向悬浮绕组；在竖直方向位置处，2个所述E型结构中4个窄齿上的4个径向悬浮线圈串联，构成1个竖直径向悬浮绕组；每个所述复合齿上绕有1个偏置线圈，共4个；4个所述偏置线圈串联，构成1个偏置绕组；所述轴向定子Ⅰ的内环形齿Ⅰ上绕有1个轴向悬浮线圈Ⅰ，共1个；所述轴向定子Ⅱ的内环形齿Ⅱ上绕有1个轴向悬浮线圈Ⅱ，共1个；所述轴向悬浮线圈Ⅰ和轴向悬浮线圈Ⅱ反向串联，构成1个轴向悬浮绕组。...

【技术特征摘要】
1.一种轴向径向电磁型磁轴承，包括径向定子、径向转子、径向悬浮线圈、偏置线圈、偏置定子Ⅰ、轴向定子Ⅰ、轴向转子Ⅰ、轴向悬浮线圈Ⅰ、偏置定子Ⅱ、轴向定子Ⅱ、轴向转子Ⅱ、轴向悬浮线圈Ⅱ和转轴；其特征在于，所述偏置定子Ⅰ、径向定子和偏置定子Ⅱ紧密串联布置，且径向定子布置于偏置定子Ⅰ和偏置定子Ⅱ之间；偏置定子Ⅰ紧密布置在轴向定子Ⅰ内，偏置定子Ⅱ紧密布置在轴向定子Ⅱ内；所述径向转子布置在径向定子内，所述轴向转子Ⅰ布置在偏置定子Ⅰ内，所述轴向转子Ⅱ布置在偏置定子Ⅱ内；所述轴向转子Ⅰ、径向转子和轴向转子Ⅱ紧密串联布置，且径向转子布置于轴向转子Ⅰ和轴向转子Ⅱ之间；所述轴向转子Ⅰ、径向转子和轴向转子Ⅱ套在转轴上；所述径向定子由4个E型结构构成，4个E型结构均匀分布，空间上相差90°，其中2个E型结构位于水平方向，剩余2个E型结构位于竖直方向；每个E型结构的齿数为3，包括1个宽齿和2个窄齿，且所述E型结构的宽齿处于该E型结构的2个窄齿的中间；所述E型结构的宽齿与其2个窄齿间的夹角相等；所述径向转子为圆柱结构；所述偏置定子Ⅰ为凸极结构，齿数为4；所述偏置定子Ⅰ的4个齿均匀分布，空间上相差90°，其中偏置定子Ⅰ的2个齿位于水平方向，偏置定子Ⅰ的剩余2个齿位于竖直方向；所述轴向转子Ⅰ为圆柱结构；所述偏置定子Ⅱ为凸极结构，齿数为4；所述偏置定子Ⅱ的4个齿均匀分布，空间上相差90°，其中偏置定子Ⅱ的2个齿位于水平方向，偏置定子Ⅱ的剩余2个齿位于竖直方向；所述轴向转子Ⅱ为圆柱结构；所述E型结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘泽远，蔡骏，魏明霞，
申请(专利权)人：南京埃克锐特机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32