一种两气隙永磁偏置内转子径向磁轴承制造技术

本发明专利技术提出的一种两气隙永磁偏置内转子径向磁轴承，包括左定子铁芯、右定子铁芯、永磁体、转子铁芯与激磁线圈，８个定子铁芯组成Ｘ、Ｙ方向磁极，４个定子带有极靴，并均匀分布在圆周上，其中４个永磁体镶嵌于左定子铁芯和右定子铁芯之间，且在定子圆周上呈９０度放置。定子铁芯磁极外表面与转子铁芯内表面留有间隙，形成第一类气隙，永磁体与定子铁芯两侧留有间隙，形成第二类气隙。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非接触混合式磁悬浮轴承，特别是涉及一种两气隙混合式内转子 径向磁轴承。
技术介绍
当前磁悬浮轴承分为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，电磁磁场提供辅助的调节 承载力，永磁体产生的磁场承担主要的承载力，因而这种承载可减小控制电流，降低损耗。 目前在混合式磁悬浮轴承领域，有以下几种结构其一，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，这将会增加 轴承的功耗；其二，如图1所示，将永磁体直接与定子叠片铁芯相连，这样永磁磁路在垂直穿过 定子铁芯时会损失过多的磁动势，因而会大大削减永磁体对转子的吸力；其三，将永磁体通过导磁环与叠片铁芯相连，电磁磁路经过叠片铁芯形成回路，这 样永磁磁动势不会再叠片铁芯中产生损失，同时电磁磁路也不会经过永磁体本身，但是这 种结构的径向磁轴承其永磁磁路所在平面与电励磁磁路所在平面相互垂直，因而会导致轴 向长度较长，故不能满足要求小体积、轻重量的应用场合。其四，如图2所示的永磁偏置径向磁轴承结构(中国专利申请号 2005100862233. 5)，其永磁磁路与电磁磁路互相平行，可以做到轴向长度短，但是由于8个 定子磁极依次相隔45度，因而在+X、-X、+Y和-Y方向上产生一定的承载力，就需要每个定 子磁极线圈中通入较大的电流才可实现，因而造成功耗增加。专利一种低功耗永磁偏置外 转子径向磁轴承(中国专利申请号=200510086832. 0)，所述结构虽然可以实现体积小的目 的，但是由于其气隙磁场在圆周方向上存在磁密大小的波动，因此会导致转子在高速旋转 时产生较大的涡流损耗，难以满足航天对功耗的要求。
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，提供一种两气隙永磁偏置内转 子径向磁轴承，体积小、重量轻且功耗低，易控制等优点。本专利技术的技术解决方案是本专利技术提供的一种两气隙永磁偏置内转子径向磁轴 承，包括左定子铁芯、右定子铁芯、永磁体、转子铁芯、激磁线圈以及隔磁体组成，4个左定子 铁芯和4个右定子铁芯组成8个定子铁芯磁极，组成X、Y正负方向上的四对磁极，每个定子 铁芯磁极为极靴形式，每对磁极之间采用隔磁体相连；4个永磁体镶嵌于左定子铁芯和右 定子铁芯之间，且在定子圆周上呈90度放置；8个定子铁芯磁极周围绕制激磁线圈，定子铁 芯径向内侧为转子铁芯，定子铁芯磁极外表面与转子铁芯内表面留有间隙，形成第一类气 隙，永磁体与左定子铁芯和右定子铁芯之间形成第二类气隙。所述相邻每对定子铁芯磁极的极靴在圆周方向上的距离为定转子之间第一类气 隙的5倍 10倍，其极尖角为15 30度；且第二类气隙的长度在其截面积与第一类气隙 截面积相等时为第一类气隙的两倍；所述的永磁体采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料或 钕铁硼永磁材料制成；所述的转子铁芯、左定子铁芯和右定子铁芯均采用导磁性能良好的 材料沿轴向冲压迭制而成。本专利技术提供的一种两气隙永磁偏置内转子径向磁轴承，永磁体给磁轴承提供的永 磁偏置磁场，承担磁轴承所受的径向力，电磁线圈所产生的磁场起调节作用，用来改变相邻 两个定子铁芯磁极方向上磁场的强弱，保持第一类气隙的均勻，并使得转子得到无接触支 撑。如图3所示，虚线表示永磁磁路磁通从永磁体N极出发，通过左定子铁芯，经第一类 气隙，沿转子铁芯，再经第一类气隙到右定子铁芯，回到永磁体S极，形成磁悬浮轴承的主 磁路。实线表示电磁磁路电磁磁通从左定子铁芯磁极出发，经第一类气隙，沿转子铁芯，再 经第一类气隙，到右定子铁芯，分两路经第二类气隙，回到左定子铁芯磁极，构成闭合的电 磁磁路。从电磁磁路可以看出，电磁磁路不通过永磁体内部，减小了电磁磁路的磁阻，降低 了激磁电流，从而降低了轴承的功耗，同时又使得永磁磁路任一径向截面内与电磁磁路共 面，减小了轴向尺寸，因而大大减小了磁轴承的重量和体积，8个定子铁芯磁极在+X、_X、+Y 和-Y方向上分布紧凑，使得产生同样大小承载力所需的电流更小。本专利技术与现有技术的优点在于本专利技术提供的一种两气隙永磁偏置内转子径向磁 轴承，采用永磁磁场作为偏置磁场，相比传统的电磁轴承，消除了线圈中的偏置电流，降低 了绕组的铜耗，因此轴承的功耗低。其永磁磁路与电磁磁路在任一径向截面内共面，相比图 1和图2的永磁偏置磁轴承，有效减小了磁轴承的轴向尺寸，同时由于定子铁心采用极靴形 式，因此可以降低径向磁轴承定转子之间气隙中的磁密波动，从而降低磁轴承的旋转功耗; 另外，永磁体与左定子铁芯和右定子铁芯之间的径向两侧均形成第二类气隙，因而更易于 定子的加工。附图说明图1 一种现有定子铁芯损耗较大的混合径向磁轴承截面2 —种现有永磁偏置外转子径向磁轴承截面3本专利技术一种两气隙永磁偏置内转子径向磁轴承具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明一种两气隙永磁偏置内转子径向磁轴承，包括左定子铁芯301、右定子铁芯302、 永磁体303、转子铁芯304、激磁线圈305以及隔磁体308组成，4个左定子铁芯301和4个 右定子铁芯302组成8个定子铁芯磁极，组成X、Y正负方向上的四对磁极，每个定子铁芯磁 均为极靴形式，每对磁极之间采用隔磁体308相连；4个永磁体303镶嵌于左定子铁芯301 和右定子铁芯302之间，且在定子圆周上呈90度放置；8个定子铁芯磁极周围绕制激磁线 圈，定子铁芯径向内侧为转子铁芯304，定子铁芯磁极外表面与转子铁芯304内表面留有间 隙，形成第一类气隙306，永磁体303与左定子铁芯和右定子铁芯的两侧之间形成第二类气 隙307。如图3中标注a所示部分，每对定子铁芯磁极的极靴在圆周方向上的距离为定转子之间第一类气隙的5倍 10倍以减小磁极之间的相互影响，一般第一类气隙为0. 3mm 0. 5mm，所以定子铁芯极靴之间的距离为1. 5 5mm，其极尖角0 :考虑磁饱和以及线圈305 的下线取15 30度，极尖角太小容易引起极靴部分的磁饱和，太大容易引起下线困难，另 外，定子磁极之间拐角的角度e 2为90 110度以保证铁芯中的磁密分布均勻不致于产生 磁密集中现象；第二类气隙307的长度在其截面积与第一类气隙306截面积相等时大于或 等于第一类气隙的两倍，一般为0. 6 1mm。本专利技术提供的一种两气隙永磁偏置内转子径向磁轴承，所用的左定子铁芯301和 右定子铁芯302采用高饱和磁密、高电阻率、叠片厚度更小的软磁材料，如硅钢片等叠压制 成；转子铁芯304应用导磁性能良好的电工薄片钢板，如电工纯铁、电工硅钢板或硅钢薄带 等磁性材料冲压迭制而成；永磁体303可采用磁性能良好的稀土永磁体或铁氧体永磁体或 钕铁硼永磁体，永磁体为平行充磁，励磁线圈305用导电良好的电磁线绕制后浸漆烘干而 成，所述隔磁体308的材料为铜、铝、钛合金的任意一种。本专利技术说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。权利要求一种两气隙永磁偏置内转子径向磁轴承，其特征在于包括左定子铁芯(301)、右定子铁芯(302)、永磁体(303)、转子铁芯(304)、激磁线圈(305)以及隔磁体(308)组成，4个左定子铁芯(301)和4个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两气隙永磁偏置内转子径向磁轴承，其特征在于：包括左定子铁芯（３０１）、右定子铁芯（３０２）、永磁体（３０３）、转子铁芯（３０４）、激磁线圈（３０５）以及隔磁体（３０８）组成，４个左定子铁芯（３０１）和４个右定子铁芯（３０２）组成８个定子铁芯磁极，组成Ｘ、Ｙ正负方向上的四对磁极，每个定子铁芯磁极为极靴形式，每对磁极之间通过隔磁体（３０８）相连；４个永磁体（３０３）镶嵌于左定子铁芯（３０１）和右定子铁芯（３０２）之间，且在定子圆周上呈９０度放置；８个定子铁芯磁极周围绕制激磁线圈，定子铁芯径向内侧为转子铁芯（３０４），定子铁芯磁极表面与转子铁芯（３０４）内表面留有间隙，形成第一类气隙（３０６），永磁体（３０３）与左定子铁芯（３０１）和右定子铁芯（３０２）之间形成第二类气隙（３０７）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋涛，
申请(专利权)人：北京奇峰聚能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]