一种永磁偏置外转子径向磁轴承制造技术

一种永磁偏置外转子径向磁轴承由内导磁环、定子铁心、转子铁心、外导磁环、外隔磁环、永磁体、激磁线圈、空气隙组成。其中定子铁心Ⅰ、Ⅱ组成左右两端Ｘ、Ｙ正负方向８个磁极，每个磁极绕有激磁线圈，定子铁心内部是内导磁环，定子铁心Ⅰ、Ⅱ外部是转子铁心Ⅰ、Ⅳ；定子铁心Ⅲ外部是转子铁心Ⅱ、外隔磁环、转子铁心Ⅲ；转子铁心Ⅰ、Ⅱ通过外导磁环Ⅰ相连；转子铁心Ⅲ、Ⅳ通过外导磁环Ⅱ相连；外导磁环Ⅰ、转子铁心Ⅱ与外导磁环Ⅱ、转子铁心Ⅲ之间通过外隔磁环相连；转子铁心与定子铁心之间为空气隙；内导磁环Ⅱ和内导磁环Ⅲ通过永磁体Ⅰ相连，内导磁环Ⅲ和内导磁环Ⅰ通过永磁体Ⅱ相连。本发明专利技术可替代现有成对使用的磁轴承，大大缩短了轴向距离。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种永磁偏置外转子径向磁轴承，可作为磁悬浮飞轮、磁悬浮控制力矩陀螺、电机、机床等机械设备中旋转部件的无接触支撑。
技术介绍
磁悬浮轴承分纯电磁式和永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，前者使用电流大、功耗大，永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，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承载力，因而这种轴承可大大减小控制电流，降低损耗。目前的永磁偏置外转子径向磁轴承结构，有些是在普通径向电磁轴承的基础上，在电磁磁路上放置永磁体，这样控制线圈所产生的磁通要穿过永磁体，由于永磁体磁阻很大，因而控制线圈要产生一定的电磁磁通需要较大的激磁电流，这显然会增加轴承的功耗；有些结构是将永磁体直接与定子叠片铁心相连，这样永磁磁路在垂直穿过定子铁心时会损失过多的磁动势，因而会大大削弱永磁体对转子轴的吸力；有些结构是将永磁体通过导磁环与叠片铁心相连，电励磁磁路经过叠片铁心形成回路，中国专利申请号200510011270.3和200510011690.1结构的永磁偏置外转子径向磁轴承，如图1和图2所示，永磁磁动势不会在叠片铁心中产生损失，同时电励磁磁路也不会经过永磁体本身，但因需成对使用而导致轴向长度较长，故不能满足卫星、空间站等航天器所要求的体积小、重量轻的目的。如果为了使轴向长度缩短而将这两种磁轴承结构两端的激磁线圈单独控制，即将一个径向磁轴承作为两个磁轴承使用，那么磁轴承两端的激磁线圈所产生的电磁磁通在轴向将经过相同的电磁磁路，耦合影响严重，不利于控制；有些结构如中国专利申请号200510086223.5、200510086213.1和200510086832.0结构的永磁偏置径向磁轴承，如图3、图4和图5所示，虽然其永磁磁路与电励磁磁路共面，可以做到单个轴承时轴向长度短，但是这几种结构的径向磁轴承在使用时仍需成对使用，导致整体系统的轴向长度仍然较长。并且这几种结构在成对使用时均为16个定子铁心磁极结构，因而重量、体积相对较大；还有些结构如中国专利申请号200510086831.6结构的永磁偏置径向磁轴承，如图6所示，永磁体间隔镶嵌于相邻两个定子铁心磁极中，其永磁磁路与电激磁磁路在任一径向截面中共面，虽然可以减小单个径向磁轴承的轴向尺寸，但在实际使用中仍须成对使用导致设备的轴向长度和体积均较大，并且第二气隙的存在使得加工工艺复杂。因而现有的永磁偏置外转子径向磁轴承存在因需成对使用所导致轴向长度长并且体积、重量较大的缺点。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种体积小、重量轻、便于控制的、可替代原有磁轴承成对使用的永磁偏置外转子径向磁轴承。本专利技术的技术解决方案为永磁偏置外转子径向磁轴承由内导磁环、定子铁心、转子铁心、外导磁环、外隔磁环、永磁体、激磁线圈、空气隙组成。转子铁心内表面与定子铁心外表面留有一定的间隙，形成空气隙，其中定子铁心包括定子铁心I、定子铁心II和定子铁心III，转子铁心包括转子铁心I、转子铁心II、转子铁心III和转子铁心IV，内导磁环包括内导磁环I、内导磁环II和内导磁环III，外导磁环包括外导磁环I和外导磁环II，永磁体包括永磁体I和永磁体II，定子铁心I、定子铁心III和定子铁心II分别组成磁轴承右、中、左三层X、Y正负方向上的12个磁极，且定子铁心I和定子铁心II形成的8个定子磁极上均绕制有激磁线圈，定子铁心I、定子铁心II和定子铁心III的内部分别是内导磁环I、内导磁环II和内导磁环III，定子铁心I、定子铁心II外部是转子铁心I、转子铁心IV，定子铁心III外部是转子铁心II、外隔磁环和转子铁心III，转子铁心I、转子铁心II外部通过外导磁环I相连，转子铁心III、转子铁心IV外部通过外导磁环II相连，外导磁环I、转子铁心II与外导磁环II、转子铁心III之间通过外隔磁环相连，内导磁环II和内导磁环III通过永磁体I相连，内导磁环III和内导磁环I通过永磁体II相连。上述方案的原理是永磁体给磁轴承提供永磁偏置磁场，承担磁轴承所受的径向力，激磁线圈所产生的磁场起调节作用，用来改变每极下磁场的强弱，保持磁轴承定转子气隙均匀，使转子得到无接触稳定支撑。在理想情况下，转子处于平衡位置，X、Y正负方向受到吸力相同。如果转子由于扰动发生平动，假设转子偏离平衡位置向+Y方向移动，那么+Y方向气隙加大导致吸力减小，而-Y方向气隙减小使得吸力增大，此时在定子铁心I Y方向上的激磁线圈中通电流，使定子铁心I+Y方向气隙的电磁磁密和永磁磁密叠加，-Y方向气隙的电磁磁密和永磁磁密抵消；同时在定子铁心II Y方向上的激磁线圈中通电流，使定子铁心II+Y方向气隙的电磁磁密和永磁磁密叠加，-Y方向气隙的电磁磁密和永磁磁密抵消，从而使转子受到一个-Y方向的合力，可使转子回到平衡位置；同理，若转子偏离平衡位置在X方向上移动时，可通过调节定子铁心I、II中X方向激磁线圈中电流的方向使转子回到平衡位置。如果转子由于扰动而偏离平衡位置发生扭转，假设转子铁心I向-Y方向扭动而转子铁心IV向+Y方向扭动，那么转子铁心I处+Y方向气隙减小导致吸力增大，-Y方向气隙增大使得吸力减小，而转子铁心IV处+Y方向气隙加大导致吸力减小，-Y方向气隙减小使得吸力增大。此时在定子铁心I Y方向上的激磁线圈中通电流，使定子铁心I+Y方向气隙的电磁磁密和永磁磁密抵消，在-Y方向气隙的电磁磁密和永磁磁密叠加，使转子铁心I受到一个+Y方向上的合力；在定子铁心II Y方向上的激磁线圈中通电流，使定子铁心II+Y方向气隙的电磁磁密和永磁磁密叠加，-Y方向气隙的电磁磁密和永磁磁密抵消，使转子铁心IV受到一个-Y方向上的合力，从而保证转子回到平衡位置。本专利技术的永磁磁路可分为左右两部分，左半部分磁路为磁通从永磁体I的N极出发，通过内导磁环II、定子铁心II、气隙、转子铁心IV、外导磁环II，经转子铁心III、气隙、定子铁心III、内导磁环III回到永磁体I的S极，构成闭合回路；同理，右半部分磁路为磁通从永磁体II的N极出发，通过内导磁环I、定子铁心I、气隙、转子铁心I、外导磁环I，经转子铁心II、气隙、定子铁心III、内导磁环III回到永磁体II的S极，构成闭合回路。左右两部分磁路形成磁悬浮轴承的主磁路，如图7所示，外隔磁环将左右两部分永磁磁路有效的隔离开。以定子铁心I+Y方向激磁线圈电流产生的磁通为例，电励磁磁路路径为电励磁磁通从+Y方向上的定子铁心磁极出发、经+Y方向气隙到转子铁心I，然后经+X、-X和-Y三个方向的气隙到达+X、-X和-Y三个方向的定子铁心磁极，再通过内导磁环I回到定子铁心I+Y方向上的定子铁心磁极，构成闭合回路；同理，定子铁心II+Y方向激磁线圈电流产生的磁通的电励磁磁路路径为电励磁磁通从+Y方向上的定子铁心磁极出发、经+Y方向气隙到转子铁心II，然后经+X、-X和-Y三个方向的气隙到达+X、-X和-Y三个方向的定子铁心磁极，再通过内导磁环II回到定子铁心II+Y方向上的定子铁心磁极，构成闭合回路，如图8所示。外隔磁环的存在将电励磁磁路的左右两部分均有效的隔离开，避免了磁路耦合，从而使得一个磁轴承替代现有两个磁轴承使用后仍利于控制。同时这种结构保证了电励磁磁路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁偏置外转子径向磁轴承，其特征在于：由内导磁环、定子铁心、转子铁心、外导磁环、外隔磁环、永磁体、激磁线圈（３）、空气隙（１７）组成。转子铁心内表面与定子铁心外表面留有一定的间隙，形成空气隙（１７），定子铁心包括定子铁心Ⅰ（２）、定子铁心Ⅱ（１１）和定子铁心Ⅲ（１５），转子铁心包括转子铁心Ⅰ（４）、转子铁心Ⅱ（６）、转子铁心Ⅲ（８）和转子铁心Ⅳ（１０），内导磁环包括内导磁环Ⅰ（１）、内导磁环Ⅱ（１２）和内导磁环Ⅲ（１４），外导磁环包括外导磁环Ⅰ（５）和外导磁环Ⅱ（９），永磁体包括永磁体Ⅰ（１３）和永磁体Ⅱ（１６），定子铁心Ⅰ（２）、定子铁心Ⅲ（１５）和定子铁心Ⅱ（１１）分别组成磁轴承右、中、左Ｘ、Ｙ正负方向上的１２个磁极，且定子铁心Ⅰ（２）和定子铁心Ⅱ（１１）形成的８个定子磁极上均绕制有激磁线圈（３），定子铁心Ⅰ（２）、定子铁心Ⅱ（１１）和定子铁心Ⅲ（１５）的内部分别是内导磁环Ⅰ（１）、内导磁环Ⅱ（１２）和内导磁环Ⅲ（１４），定子铁心Ⅰ（２）和定子铁心Ⅱ（１１）外部分别是转子铁心Ⅰ（４）和转子铁心Ⅳ（１０），定子铁心Ⅲ（１５）外部是转子铁心Ⅱ（６）、外隔磁环（７）和转子铁心Ⅲ（８），转子铁心Ⅰ（４）、转子铁心Ⅱ（６）外部通过外导磁环Ⅰ（５）相连，转子铁心Ⅲ（８）、转子铁心Ⅳ（１０）外部通过外导磁环Ⅱ（９）相连，外导磁环Ⅰ（５）、转子铁心Ⅱ（６）与外导磁环Ⅱ（９）、转子铁心Ⅲ（８）之间通过外隔磁环（７）相连，内导磁环Ⅱ（１２）和内导磁环Ⅲ（１４）通过永磁体Ⅰ（１３）相连，内导磁环Ⅲ（１４）和内导磁环Ⅰ（１）通过永磁体Ⅱ（１６）相连。...

【技术特征摘要】
1.一种永磁偏置外转子径向磁轴承，其特征在于由内导磁环、定子铁心、转子铁心、外导磁环、外隔磁环、永磁体、激磁线圈(3)、空气隙(17)组成。转子铁心内表面与定子铁心外表面留有一定的间隙，形成空气隙(17)，定子铁心包括定子铁心I(2)、定子铁心II(11)和定子铁心III(15)，转子铁心包括转子铁心I(4)、转子铁心II(6)、转子铁心III(8)和转子铁心IV(10)，内导磁环包括内导磁环I(1)、内导磁环II(12)和内导磁环III(14)，外导磁环包括外导磁环I(5)和外导磁环II(9)，永磁体包括永磁体I(13)和永磁体II(16)，定子铁心I(2)、定子铁心III(15)和定子铁心II(11)分别组成磁轴承右、中、左X、Y正负方向上的12个磁极，且定子铁心I(2)和定子铁心II(11)形成的8个定子磁极上均绕制有激磁线圈(3)，定子铁心I(2)、定子铁心II(11)和定子铁心III(15)的内部分别是内导磁环I(1)、内导磁环II(12)和内导磁环III(14)，定子铁心I(2)和定子铁心II(11)外部分别是转子铁心I(4)和转子铁心IV(10)，定子铁心III(15)外部是转子铁心II(6)、外隔磁环(7)和转子铁心III(8)，转子铁心I(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：房建成，杨磊，韩邦成，孙津济，王曦，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]