一种可以控制径向扭转的轴向磁轴承，由定子组件和转子组成，定子组件由2组定子铁芯、永磁体以及线圈组成，2组定子铁芯共4个磁极，沿内环和外环布置，一对内环定子铁芯磁极的重心连线与另一对外环定子铁芯磁极的重心连线相垂直每个定子铁芯磁极上绕制有线圈。定子组件与转子之间形成轴向磁气隙，永磁体的径向内侧与内环定子铁芯相连，径向外侧与外环定子铁芯相连，本发明专利技术通过2组定子铁芯可实现磁悬浮转子的径向扭动控制，可大大减小系统的轴向尺寸。该轴向磁轴承还具有旋转损耗低、性能可靠、利于控制等优点。
【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，特别是一种可控制径向扭转的轴向磁轴承， 可作为体积及功耗都要求严格的磁悬浮设备的无接触支撑。
技术介绍
常用磁悬浮轴承分电磁偏置式和永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，前者采用电流产生偏置磁场，因此工作电流大、功耗大，后者利用永磁体替代电流产生偏置磁场，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。现有多数结构的轴向磁轴承定子结构都是整圆结构，对转子只能进行轴向平动控制，无法对转子进行径向扭动控制，因而在要求系统整体轴向长度较小的应用场合中难以得到应用，特别是现有的飞轮系统，通常做成外转子结构形式以减小整体体积，利用成对使用的径向磁轴承控制扭转，所以成对使用的径向磁轴承之间必须要有一定的跨距，这就带来了轴向长度的增加。而现有的三自由度轴向磁轴承，由于其沿内环铁芯和外环铁芯沿圆周方向分为4个磁极，因此磁场在转子旋转一周时需要交变4次，在高速旋转时功耗仍然不可忽视。
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，提供一种旋转损耗低、可进行径向扭动控制的轴向磁轴承。本专利技术的技术解决方案为一种可控制径向扭转的轴向磁轴承，包括转子以及设置在转子上方的定子组件，定子组件包括永磁体以及四个定子铁芯磁极，该四个定子铁芯磁极周向均布在永磁体外围，且其中相对设置的一对内环定子铁芯磁极与永磁体的径向内侧相连，余下的另一对外环定子铁芯磁极与永磁体的径向外侧相连，一对内环定子铁芯磁极的重心连线与另一对外环定子铁芯磁极的重心连线相垂直；每个定子铁芯磁极上绕制有线圈，内环定子铁芯磁极和外环定子铁芯磁极与转子之间形成轴向磁气隙。所述的永磁体采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料制成，并为径向充磁。所述的内环定子铁芯磁极和外环定子铁芯磁极采用导磁性能良好的材料叠压而成，与转子之间形成的轴向磁气隙为0. 2—0. 4mm。所述的转子为导磁性能良好的材料制成的推力圆盘，或者为导磁性能良好的材料制成的系统转动部分的一部分。上述方案的原理是永磁体给磁轴承提供永磁偏置磁场，承担磁轴承所受的轴向力，激磁线圈产生的磁场起调节作用，保持磁轴承定转子气隙均勻，并使转子得到无接触支撑。本专利技术的永磁磁路通过永磁体、内环定子铁芯磁极、外环定子铁芯磁极、磁气隙以及转子构成闭合回路，形成磁悬浮轴承的主磁路；由于永磁体将内环定子铁芯磁极和外环定子铁芯磁极“隔开”(永磁体磁阻大，对电磁磁路来讲是一个很大的磁阻)，因此内环定子铁芯磁极绕制的线圈通电时产生的电磁磁路仅在两个内环定子铁芯磁极之间形成电磁磁路，同理，外环定子铁芯磁极绕制的线圈通电时产生的电磁磁路仅在两个外环定子铁芯磁极之间形成电磁磁路。这样保证了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，降低了轴承的功耗。本专利技术的轴向磁轴承成对使用，安装时保证上下两个轴向磁轴承的定子铁芯磁极正对，即同时保证两个轴向磁轴承的内环定子铁芯磁极同时沿+X和-χ 方向放置，并且外环定子铁芯磁极同时沿+Y和-Y方向放置，或者两个轴向磁轴承的内环定子铁芯磁极同时沿+Y和-Y方向放置，并且外环定子铁芯磁极同时沿+X和-X方向放置。 永磁体在内环定子铁芯磁极与转子之间气隙处产生的磁通方向相同，而内环定子铁芯磁极上的线圈通电在内环两个定子铁芯磁极与转子之间的气隙处产生的磁通方向相反，因此当转子发生径向扭转时，通过调节线圈电流可以实现电磁磁通在一个内环定子磁极与转子之间的气隙处与永磁磁通相叠加，而在另一个内环定子磁极与转子之间气隙处与永磁磁通相抵消，因此可以产生径向方向的回转力矩使转子恢复到平衡位置。同理，永磁体在外环定子铁芯磁极与转子之间气隙处产生的磁通方向相同，而外环定子铁芯磁极上的线圈通电在外环两个定子铁芯磁极与转子之间的气隙处产生的磁通方向相反，因此当转子发生径向扭转时，通过调节线圈电流可以实现电磁磁通在一个外环定子磁极与转子之间的气隙处与永磁磁通相叠加，而在另一个外环定子磁极与转子之间气隙处与永磁磁通相抵消，因此可以产生径向方向的回转力矩使转子恢复到平衡位置。本专利技术与现有技术相比的优点在于本专利技术由于采用永磁磁场作为偏置磁场，与传统电磁轴承相比消除了在线圈电流中占主要分量的偏置电流，降低了绕组铜耗和控制功放损耗，因此功耗低。与现有的永磁偏置轴向磁轴承相比，本专利技术所述的永磁偏置轴向磁轴承的定子组件采用了内环定子铁芯和外环定子铁芯的形式，并且内、外环定子铁芯均有 2个磁极，因而可实现转子的径向扭动控制，并且使得转子旋转一周时气隙中的磁场只有两次交变，减小了现有三自由度轴向磁轴承旋转损耗的缺陷，在实现系统减小轴向长度的同时，可以大大减小高速下的旋转损耗。附图说明图1为本专利技术的可控制径向扭转的轴向磁轴承定子结构示意图。图2为本专利技术的可控制径向扭转的轴向磁轴承定子结构示意图。图3为本专利技术的可控制径向扭转的轴向磁轴承定转子组件示意图。图中1，内环定子铁芯磁极；2，外环定子铁芯磁极；3，永磁体；4，线圈；5，磁气隙； 6，转子。具体实施例方式如图1、图2和图3所示，本专利技术的可控制径向扭动的轴向磁轴承，由定子组件和转子6组成，定子组件由内环定子铁芯磁极1、外环定子铁芯磁极2、永磁体3以及线圈4组成，一对内环定子铁芯磁极1的重心连线与另一对外环定子铁芯磁极2的重心连线相垂直， 即其中内环定子铁芯磁极1有两个，沿+X、_X方向，外环定子铁芯磁极2有两个，沿+Y、-Y 方向；或者两个轴向磁轴承的内环定子铁芯磁极1同时沿+Y和-Y方向放置，外环定子铁芯磁极2同时沿+X和-X方向放置，每个定子铁芯磁极上绕制有线圈4，内环定子铁芯磁极1和外环定子铁芯磁极2与转子6之间形成轴向磁气隙5，永磁体3的径向内侧与内环定子铁芯磁极1相连，径向外侧与外环定子铁芯磁极2相连。从图2可以看出内环定子铁芯磁极、外环定子铁芯磁极、永磁体和线圈之间的相对位置关系，图3给出了轴向磁轴承定转子组件示意图。所述的内环定子铁芯磁极1和外环定子铁芯磁极2与转子6之间形成的轴向磁气隙 5 为 0. 2—0. 4_。在实际安装时，最好成对使用本专利技术所述的轴向磁轴承，保证上下两个轴向磁轴承的定子铁芯磁极正对，即同时保证两个轴向磁轴承的内环定子铁芯1磁极同时沿+X和-X 方向放置，并且外环定子铁芯磁极2同时沿+Y和-Y方向放置。由于内环定子铁芯磁极1 的线圈4通电仅在内环铁芯之间形成回路，外环定子铁芯磁极2的线圈4通电仅在外环铁芯之间形成回路，因此通过控制内环定子铁芯磁极1的线圈4和外环定子铁芯磁极2的线圈4中的电流大小和方向就可以实现对转子6发生径向扭动方向的控制。本专利技术所用的内环定子铁芯磁极1和外环定子铁芯磁极2可用导磁性能良好的电工薄钢板如电工硅钢板01 510、01 470、01350、150、179或硅钢薄带等磁性材料制成；转子 6为导磁性能良好的材料如电工纯铁、1J50、1J79等制成的推力圆盘，或者为导磁性能良好的材料如电工纯铁、硅钢等制成的系统转动部分的一部分；永磁体3的材料为磁性能良好的稀土永磁体或铁氧体永磁体，并且为径向充磁，线圈4用导电良好的电磁线绕制后浸漆烘干而成。需要说明的是，如果需要进一步降低轴向磁轴承的功耗，可以将内环定子铁芯磁极1和外环定子铁本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，张颖超，孙宁，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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