一种包围式永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承制造技术

本发明专利技术公开了一种包围式永磁偏置轴向‑径向磁悬浮轴承，转轴、转子、第一轴向定子、第二轴向定子、套筒、径向定子、第一永磁体环、第二永磁体环。轴向定子与径向定子之间的内腔内设置有轴向控制绕组，轴向定子与转子端面之间具有轴向气隙，径向定子铁心内腔壁向轴心处延伸出周向均匀分布的定子磁极，定子磁极上绕有径向控制绕组；在轴向定子与套筒之间设置轴向充磁的永磁体环，永磁体环的N极朝向轴向定子，S极朝向套筒。本发明专利技术结构轴向、径向气隙磁场较为均匀，具有功耗低、体积小、重量轻、承载力大等优点。

A kind of surrounded permanent magnet biased axial radial magnetic bearing

【技术实现步骤摘要】
一种包围式永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承
本专利技术涉及一种磁悬浮轴承，具体涉及一种包围式永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承，属于磁悬浮

技术介绍
早在1842年，英国物理学家Earnshaw就对磁悬浮轴承技术进行了研究和论述，磁悬浮轴承技术的基本原理是利用定子铁芯与转子铁芯之间的磁场力来实现转轴的无接触支承。由于定、转子之间没有机械接触，磁悬浮轴承具有以下优点：1、能够承受极高的转速。采用磁悬浮轴承支承的转轴可以在超临界、每分钟数十万转的工况下运行，其圆周速度只受转轴材料强度的限制。通常来说，在轴颈直径相同的情况下，采用磁悬浮轴承支承的转轴能达到的转速比采用滚动轴承支承的转轴大约高2倍，比采用滑动轴承支承的转轴大约高3倍。德国FAG公司通过试验得出：滚动轴承的dn值，即轴承平均直径与主轴极限转速的乘积，约为2.5～3×106mm·r/min，滑动轴承的dn值约为0.8～2×106mm·r/min，磁悬浮轴承的dn值约为4～6×106mm·r/min。2、摩擦功耗较小。在10000r/min时，磁悬浮轴承的功耗大约只有流体动压润滑支承的6％，只有滚动支承的17％，节能效果明显。3、寿命长，维护成本低。由于磁悬浮轴承依靠磁场力悬浮转轴，定、转子之间无机械接触，因此不存在由磨擦、磨损和接触疲劳所带来的寿命问题，所以磁悬浮轴承的寿命与可靠性均远高于传统的机械轴承。4、无需添加润滑剂。由于定、转子之间不存在机械摩擦，工作时不需要添加润滑剂，因此不存在润滑剂对环境所造成的污染问题，在禁止使用润滑剂和禁止污染的场合，如真空设备、超净无菌室等场合，磁悬浮轴承有着无可比拟的优势。根据磁场建立方式的不同，磁悬浮轴承可分为永磁型、电磁偏置型和永磁偏置型三种类型。永磁型磁悬浮轴承主要利用磁性材料之间固有的斥力或吸力(如永磁材料之间，永磁材料与软磁材料之间)来实现转轴的悬浮，其结构简单，能量损耗少，但刚度和阻尼也都比较小。电磁偏置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。永磁偏置型磁悬浮轴承采用永磁材料替代偏磁线圈来产生所需的偏置磁场，能够较大程度地降低磁悬浮轴承的能量损耗，随着磁悬浮轴承技术在航空航天、能量存储以及能量转换等领域的广泛应用，对磁悬浮轴承的功耗、体积、性能等方面提出了越来越高的要求，永磁偏置型磁悬浮轴承的特点使它在这些领域有着不可替代的优势，永磁偏置型磁悬浮轴承技术也成为磁悬浮轴承技术研究与发展的一个重要方向。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种包围式永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承，结构简单，体积小，重量轻，能耗少。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种包围式永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承，包括转轴、转子、第一轴向定子、第二轴向定子、套筒、径向定子、第一永磁体环、第二永磁体环；所述转轴的外壁中间位置设置有转子，所述径向定子设置于转子的外侧，且正对于转子，径向定子包括多个相同的径向定子铁心磁极，多个径向定子铁心磁极沿径向定子的圆周方向均匀分布，每个径向定子铁心磁极上绕制有相同的径向控制绕组，径向定子铁心磁极在径向上与转子的外壁之间存在径向气隙；所述第一轴向定子、第二轴向定子结构相同，且对称设置于径向定子的两侧，每个轴向定子均包括一个圆盘、一个大圆环体、一个小圆环体，圆盘朝向径向定子一侧的径向方向上分别连接一个大圆环体和一个小圆环体，且小圆环体的内径与圆盘的内径相等，第一轴向定子的大圆环体的外壁连接第一永磁体环，第二轴向定子的大圆环体的外壁连接第二永磁体环，大圆环体的外径与永磁体环的内径相等，小圆环体在轴向上与转子的端面相对，且小圆环体与转子的端面之间存在轴向气隙，第一轴向定子与径向定子之间的内腔内设置有轴向控制绕组，第二轴向定子与径向定子之间的内腔内设置有轴向控制绕组；所述套筒设置于径向定子的外壁，且套筒的外径与第一永磁体环、第二永磁体环的外径相等，第一永磁体环设置于第一轴向定子与套筒之间的内腔内，第二永磁体环设置于第二轴向定子与套筒之间的内腔内，第一轴向定子的大圆环体与套筒之间存在第一辅助气隙，第二轴向定子的大圆环体与套筒之间存在第二辅助气隙。作为本专利技术的一种优选方案，所述径向气隙与轴向气隙的宽度相等。作为本专利技术的一种优选方案，所述第一辅助气隙与第二辅助气隙的宽度相等。作为本专利技术的一种优选方案，所述第一永磁体环、第二永磁体环的充磁方向均为轴向充磁，且第一永磁体环的N极朝向第一轴向定子，S极朝向套筒，第二永磁体环的N极朝向第二轴向定子，S极朝向套筒。作为本专利技术的一种优选方案，所述第一永磁体环产生的偏置磁场是从第一永磁体环的N极流出，经第一轴向定子、轴向气隙、转子、径向气隙、径向定子、套筒回到第一永磁体环的S极的磁回路；第二永磁体环产生的偏置磁场是从第二永磁体环的N极流出，经第二轴向定子、轴向气隙、转子、径向气隙、径向定子、套筒回到第二永磁体环的S极的磁回路。作为本专利技术的一种优选方案，所述轴向控制绕组通电流，在第二轴向定子、第二辅助气隙、套筒、第一辅助气隙、第一轴向定子、轴向气隙、转子产生的磁回路为轴向控制磁场。作为本专利技术的一种优选方案，所述径向控制绕组通电流，在径向定子、径向气隙、转子产生的磁回路为径向控制磁场。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术利用永磁体环在气隙中建立偏置磁场，利用径向定子与转子之间的相互作用实现转子在径向的稳定悬浮，利用轴向定子与转子之间的相互作用实现转子在轴向的稳定悬浮。减少了径向控制磁场对轴向磁场的影响。附图说明图1是本专利技术一种包围式永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承的结构及其磁路示意图。图2是转子、径向定子沿轴向的剖面图。图3是第一或第二轴向定子的主视图。图4是第一或第二轴向定子沿轴向的剖面图。其中，1-转轴，2-转子，31-第一轴向定子，32-第二轴向定子，311-大圆环体，312-圆盘，313-小圆环体，4-套筒，5-径向定子；51、52、53、54-径向定子铁心磁极，61-第一永磁体环、62-第二永磁体环，71、72-轴向控制绕组，81、82、83、84-径向控制绕组，91、92-偏置磁场，10-轴向控制磁场，11-径向控制磁场，12-轴向气隙，13-径向气隙，14-第一辅助气隙，15-第二辅助气隙。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。如图1所示，本专利技术的一种包围式永磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包围式永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承，其特征在于，包括转轴(1)、转子(2)、第一轴向定子(31)、第二轴向定子(32)、套筒(4)、径向定子(5)、第一永磁体环(61)、第二永磁体环(62)；所述转轴(1)的外壁中间位置设置有转子(2)，所述径向定子(5)设置于转子(2)的外侧，且正对于转子(2)，径向定子(5)包括多个相同的径向定子铁心磁极，多个径向定子铁心磁极沿径向定子(5)的圆周方向均匀分布，每个径向定子铁心磁极上绕制有相同的径向控制绕组，径向定子铁心磁极在径向上与转子(2)的外壁之间存在径向气隙；所述第一轴向定子(31)、第二轴向定子(32)结构相同，且对称设置于径向定子(5)的两侧，每个轴向定子均包括一个圆盘、一个大圆环体、一个小圆环体，圆盘朝向径向定子(5)一侧的径向方向上分别连接一个大圆环体和一个小圆环体，且小圆环体的内径与圆盘的内径相等，第一轴向定子(31)的大圆环体的外壁连接第一永磁体环(61)，第二轴向定子(32)的大圆环体的外壁连接第二永磁体环(62)，大圆环体的外径与永磁体环的内径相等，小圆环体在轴向上与转子(2)的端面相对，且小圆环体与转子(2)的端面之间存在轴向气隙，第一轴向定子(31)与径向定子(5)之间的内腔内设置有轴向控制绕组，第二轴向定子(32)与径向定子(5)之间的内腔内设置有轴向控制绕组；所述套筒(4)设置于径向定子(5)的外壁，且套筒(4)的外径与第一永磁体环(61)、第二永磁体环(62)的外径相等，第一永磁体环(61)设置于第一轴向定子(31)与套筒(4)之间的内腔内，第二永磁体环(62)设置于第二轴向定子(32)与套筒(4)之间的内腔内，第一轴向定子(31)的大圆环体与套筒(4)之间存在第一辅助气隙，第二轴向定子(32)的大圆环体与套筒(4)之间存在第二辅助气隙。/n...

【技术特征摘要】
1.一种包围式永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承，其特征在于，包括转轴(1)、转子(2)、第一轴向定子(31)、第二轴向定子(32)、套筒(4)、径向定子(5)、第一永磁体环(61)、第二永磁体环(62)；所述转轴(1)的外壁中间位置设置有转子(2)，所述径向定子(5)设置于转子(2)的外侧，且正对于转子(2)，径向定子(5)包括多个相同的径向定子铁心磁极，多个径向定子铁心磁极沿径向定子(5)的圆周方向均匀分布，每个径向定子铁心磁极上绕制有相同的径向控制绕组，径向定子铁心磁极在径向上与转子(2)的外壁之间存在径向气隙；所述第一轴向定子(31)、第二轴向定子(32)结构相同，且对称设置于径向定子(5)的两侧，每个轴向定子均包括一个圆盘、一个大圆环体、一个小圆环体，圆盘朝向径向定子(5)一侧的径向方向上分别连接一个大圆环体和一个小圆环体，且小圆环体的内径与圆盘的内径相等，第一轴向定子(31)的大圆环体的外壁连接第一永磁体环(61)，第二轴向定子(32)的大圆环体的外壁连接第二永磁体环(62)，大圆环体的外径与永磁体环的内径相等，小圆环体在轴向上与转子(2)的端面相对，且小圆环体与转子(2)的端面之间存在轴向气隙，第一轴向定子(31)与径向定子(5)之间的内腔内设置有轴向控制绕组，第二轴向定子(32)与径向定子(5)之间的内腔内设置有轴向控制绕组；所述套筒(4)设置于径向定子(5)的外壁，且套筒(4)的外径与第一永磁体环(61)、第二永磁体环(62)的外径相等，第一永磁体环(61)设置于第一轴向定子(31)与套筒(4)之间的内腔内，第二永磁体环(62)设置于第二轴向定子(32)与套筒(4)之间的内腔内，第一轴向定子(31)的大圆环体与套筒(4)之间存在第一辅助气隙，第二轴向定子(32)的大圆环体与套筒(...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹春敏，邓智泉，梅磊，李克翔，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32