一种五自由度混合磁轴承制造技术

本发明专利技术公开一种五自由度混合磁轴承，包括一对两个半自由度混合磁轴承，以中间设置的间隙为轴对称设置，每个两个半自由度混合磁轴承的定子包括径向定子铁心、永磁体、轴向定子铁心。径向定子铁心沿圆周分布N个控制磁极、N个嵌入了永磁体的永磁磁极，控制磁极上绕制径向控制绕组；轴向定子铁心的内侧面，且与转子铁心侧面相对部分分布2M块绕制轴向控制绕组的弧形控制铁心；径向定子铁心与轴向定子铁心通过隔磁材料相连；转子铁心与径向定子铁心位置相对，且与2N个磁极形成径向气隙，与2M个弧形控制铁心形成轴向气隙。本发明专利技术集成转子径向气隙和轴向单侧气隙可调功能于一体，径向悬浮力大，成对应用于支撑电机转子五自由度稳定悬浮。浮。浮。

【技术实现步骤摘要】
一种五自由度混合磁轴承
[0001]

[0002]本专利技术涉及轴承制造
，具体涉及一种集转子径向气隙和轴向单侧气隙可调的五自由度混合磁轴承。

技术介绍

[0003]磁悬浮电机是利用磁轴承产生的电磁力支承电机转子五自由度稳定悬浮的特种电机。由于定、转子之间不存在机械接触，所以磁悬浮电机可达到很高的运转转速，并且具有无机械磨损、能耗低、寿命长、无需润滑、无污染等优点，特别适合应用于高速或超高速直接驱动领域。
[0004]要实现电机转子稳定悬浮，必须采用多个磁轴承组成五自由度磁悬浮系统共同支承高速电机转子。目前，五自由度磁悬浮电机解决方案主要包括两种，一种是用单自由度磁轴承、两自由度磁轴承和三自由度磁轴承自由组合来支承高速电机转子（CN201210472348.1与CN201720195930.6）；另一种是采用能够在一个单元内实现电机转子五自由度稳定悬浮的集成化磁轴承来支承电机转子（CN201610399378.2，CN202011015788.5）。第一种磁悬浮电机的体积庞大、轴向长度长、临界转速低、悬浮力密度低，多个单元协调控制困难；第二种磁悬浮电机的轴向磁路太长，漏磁严重，且轴向控制绕组电流与功耗较大。因此，如何设计磁路短、结构合理、悬浮力密度大的磁轴承是实现其工业应用的基础，本专利技术公开一种结构新颖、轴向磁路短、漏磁小、功耗低的两个半自由度混合磁轴承，可成对使用共同支承电机转子，形成五自由度磁悬浮电机。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种五自由度混合磁轴承，其可成对使用，用于支撑电机转子五自由度稳定悬浮，有效减小了五自由度磁悬浮电机的磁路长度，体积小，功耗低，结构紧凑，临界转速高，径向悬浮力密度大。
[0006]技术方案：本专利技术提供了一种五自由度混合磁轴承，包括一对两个半自由度混合磁轴承，一对所述两个半自由度混合磁轴承中间设置间隙，一对所述两个半自由度混合磁轴承均以其中间空隙为轴，左右轴对称设置，每个所述两个半自由度混合磁轴承包括定子和转子，所述定子包括径向定子铁心、永磁体、轴向定子铁心；所述径向定子铁心沿其内圆周均匀分布2N个磁极，其中，N个磁极为控制磁极，其余N个磁极为分别嵌入了所述永磁体的永磁磁极，N个所述控制磁极与N个永磁磁极间隔设置；N个控制磁极上均绕制径向控制绕组；所述轴向定子铁心的内侧面沿圆周径向均匀分布2M块弧形控制铁心；所述弧形控制铁心上均绕制轴向控制绕组；所述径向定子铁心与轴向定子铁心通过隔磁材料相连；所述转子包括转子铁心和转轴，所述转子铁心与所述径向定子铁心位置相对，且与2N个磁极形成径向气隙，与所述弧形控制铁心形成轴向气隙，。
[0007]进一步地，所述控制磁极圆周弧长是所述永磁磁极的两倍，所述控制磁极下的气隙偏置磁通密度为B
s
，则永磁磁极下的偏置磁密为2B
s
。
[0008]进一步地，取N=4，4个所述控制磁极上绕制的径向控制绕组用于径向悬浮两自由度控制，相对的两极绕组反向串联或并联。
[0009]进一步地，取N=3，3个所述控制磁极上绕制的径向控制绕组用于径向两自由度悬浮控制，且连接为星型绕组。
[0010]进一步地，取M=1或2或3；2M块所述弧形控制铁心上绕制的轴向控制绕组用于轴向半自由度悬浮控制，在相对的两个绕组反向串联或反向并联之后串联或并联为一个绕组。
[0011]进一步地，N个所述永磁体为块状结构，其充磁方向为沿径向同极性充磁。
[0012]进一步地，所述径向定子铁心、轴向定子铁心、转子铁心均采用导磁性能的材料制成，所述永磁体均为稀土永磁材料制成。
[0013]有益效果：本专利技术提到的两个半自由度混合磁轴承集径向两自由度气隙和轴向单侧气隙可调特征，实现了2.5自由度悬浮控制，可成对用于支撑高速电机转子，形成五自由度磁悬浮电机，与现有的五自由度磁悬浮电机相比，具有体积小，轴向长度短，临界转速高，且磁路短、功耗低、漏磁小、悬浮力密度大的特点。本专利技术径向部分控制磁极圆周弧长是永磁磁极的两倍，增大了悬浮力。
附图说明
[0014]图1为本专利技术两个半自由度混合磁轴承结构图；图2为本专利技术五自由度混合磁轴承右视悬浮磁通图；图3为本专利技术两个半自由度混合磁轴承径向悬浮磁通图。
[0015]其中，1
‑
径向定子铁心，2
‑
永磁体，3
‑
轴向定子铁心，4
‑
控制磁极，5
‑
永磁磁极，6
‑
径向控制绕组，7
‑
控制圆盘，8
‑
轴向控制绕组，9
‑
转子铁心，10
‑
转轴，11
‑
径向气隙，12
‑
轴向气隙， 13
‑
偏置磁通，14
‑
径向悬浮控制磁通，15
‑
轴向悬浮控制磁通，16
‑
隔磁材料。
具体实施方式
[0016]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0017]具体实施方式如图1
‑
3所示，本专利技术公开了一种五自由度混合磁轴承，包括一对两个半自由度混合磁轴承，一对两个半自由度混合磁轴承中间设置间隙，一对两个半自由度混合磁轴承均以其中间空隙为轴，左右轴对称设置，每个两个半自由度混合磁轴承包括定子和转子，定子包括径向定子铁心1、块状永磁体2、轴向定子铁心3。径向定子铁心1沿其内圆周均匀分布2N个磁极，其中N个为控制磁极4，N个为嵌入了块状永磁体2的永磁磁极5，N个控制磁极4与N个永磁磁极5间隔设置，N常取3或4，本实施方式中取N=4，参见附图1和附图3，4个控制磁极4上绕制径向控制绕组6。轴向定子铁心3的内侧面沿圆周径向均匀分布2M块弧形控制铁心7，本实施方式中，取M=2，4块弧形控制铁心7沿圆周均匀分布。在4块弧形控制铁心7上绕制轴向控制绕组8，参见附图1。
[0018]径向定子铁心1与轴向定子铁心3通过隔磁材料16相连；转子包括转子铁心9和转
轴10，转轴10贯穿于转子铁心9，转子铁心9与径向定子铁心1位置相对，且与8个磁极形成径向气隙11，与弧形控制铁心7形成轴向气隙12，参见附图2。
[0019]控制磁极4圆周弧长是永磁磁极5的两倍，控制磁极4下的气隙偏置磁通密度为B
s
，则永磁磁极5下的偏置磁密为2B
s
。
[0020]4个块状永磁体2的充磁方向为径向同极性充磁，本实施方式中，4个块状永磁体2均为45
°
方向充磁，提供径向偏置磁通。
[0021]4个控制磁极4上绕制的径向控制绕组6用于径向两自由度悬浮控制，相对的径向两极绕组反向串联或并联。
[0022]4个弧形控制铁心7上绕制的轴向控制绕组8用于轴向半自由度悬浮控制，相对的两极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五自由度混合磁轴承，其特征在于，包括一对两个半自由度混合磁轴承，一对所述两个半自由度混合磁轴承中间设置间隙，一对所述两个半自由度混合磁轴承均以其中间空隙为轴，左右轴对称设置，每个所述两个半自由度混合磁轴承包括定子和转子，所述定子包括径向定子铁心（1）、永磁体（2）、轴向定子铁心（3）；所述径向定子铁心（1）沿其内圆周均匀分布2N个磁极，其中，N个磁极为控制磁极（4），其余N个磁极为分别嵌入了所述永磁体（2）的永磁磁极（5），N个所述控制磁极（4）与N个永磁磁极（5）间隔设置；N个控制磁极（4）上均绕制径向控制绕组（6）；所述轴向定子铁心（3）的内侧面沿圆周径向均匀分布2M块弧形控制铁心（7）；所述弧形控制铁心（7）上均绕制轴向控制绕组（8）；所述径向定子铁心（1）与轴向定子铁心（3）通过隔磁材料（16）相连；所述转子包括转子铁心（9）和转轴（10），所述转子铁心（9）与所述径向定子铁心（1）位置相对，且与2N个磁极形成径向气隙（11），与所述弧形控制铁心（7）形成轴向气隙（12），。2.根据权利要求1所述的五自由度混合磁轴承，其特征在于，所述控制磁极（4）圆周弧长是所述永磁磁极（...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，田涛，郭凯铭，殷辉，丁卫红，陈亚娟，李华，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：