本发明专利技术公开了一种安培力径向电磁轴承，为实现执行力是控制电流的单调函数，它的圆环磁极(2)在转子(1)上，转子(1)和定子铁芯(7)为轴向并列，圆环磁极(2)的环心在转子几何中心(1-1)上，圆环磁极(2)的极面朝向为轴向，定子铁芯(7)上开设线槽(9)，线槽(9)内嵌卡线圈(5)，线圈(5)和线槽(9)按x、y轴分组来设置，并且其位置偏离定子铁芯中心(7-1)，所述的线槽(9)还具有圆弧窄槽口(8)，开口方向也为轴向，它与圆环磁极(2)的极面间隔工作气隙(12)并对齐，使线圈(5)处在圆环磁极(2)的磁场中，它可用与物体的磁悬浮支撑。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种电磁轴承，特别是ー种利用载流导体在磁场中受到的安培カ来对转子或非转动部件无接触磁力支撑的主动电磁轴承。现有技术电磁轴承广义上，包括电磁轴承执行器、传感器和控制器三部分，它由外界输入电能量并产生控制力，常称主动磁轴承，习惯上只将该电磁轴承执行器称为电磁轴承，它们通常是以磁铁磁极对铁磁材料产生吸力的原理来实现悬浮。比如中国专利号200710135188. O永磁偏置轴向径向磁轴承、200510040267. 4永磁偏置径向磁轴承，均为吸カ电磁轴承。现有 技术的电磁轴承在其平衡位附近其执行カΛ Fy并不仅仅是控制电流iy的单调函数，它同时与转子所处的位置I有关AFy ^ kyyy+kyiiy，式中kyy为电磁轴承的位移刚度恒小于零；kyi为电磁轴承的电流刚度。參见《可控磁悬浮转子系统》虞烈著，科学出版社2003年第一版，第38页第16行至19行。使用吸力型电磁轴承悬浮的转子，当转子的位移扰动过大时，其执行カ必须考虑转子位置的影响，否则控制将失稳。《可控磁悬浮转子系统》虞烈著，科学出版社2003年第一版，第252页，9.3节，记载了转子运动的自动平衡现象。《振动力学》刘延柱等編著，高等教育出版社1998年第I版，第38页至40页，第二章第2. 2节3，论述了过临界转速之后，高速挠性轴转子的自动定心现象。使用吸力型电磁轴承悬浮的转子，由于在控制电流为零时径向为负位移刚度，实现转子的自动定心即自动平衡时难度较高。美国专利，US6304015magneto-dynamic bearing公开了一种被动式径向磁轴承，它不用附加的电子电路和电源，短接的导体环装在转子上，永磁体装在定子上，当转子有晃动时，导体环产生感应电涡流并在磁场中产生反作用力，其力的大小有限且不可调整。美国专利，US5469006lorentzforce magnetic bearing utilizing closedconductive loops and selectively controlled electromagnets 公开 Ji 与上一专利失似的短接的导体环在转子上，有偏移时在磁场中产生感应电涡流并在磁场中产生反作用力的磁悬浮系统，不同的是它的磁场强度可控，由于产生作用力的能量主要还是来自转子自身，所以还是属被动式磁轴承，在有大扰动时有执行力不够强的问题。美国专利，US4700094magnetic suspension system公开了一种洛伦茨力磁悬浮系统，设置了一个圆套筒状的多层线圈，将它固定井置于永磁径向磁场的气隙中，轴向电流和周向电流产生轴向和x、y向的洛伦茨力实现转子磁悬浮。缺点是为容纳集成线圈其周向气隙较大，要使气隙磁场磁通密度较高必须使永磁体体积很大，否则执行カ较小。美国专利，US75374371inearactuator,and valve device and pump device usedsame公开了ー种线性轴向执行器，永磁体在运动体上,线圈在静止体上,线圈有电流时运动体可被轴向驱动，它没有径向驱动的结构。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种主动式电磁轴承，它由外界输入电能并产生控制用执行力，其执行カ是控制电流的单调函数，与转子所处的位置无关。给定了控制电流，在一定的位移范围内，对于径向电磁轴承，即便转子几何中心不在定子中心，或者转子存在不平衡质点趋向自动平衡时，转子回转中心不在其几何中心，其执行カ一电流的特性也不受影响。使得构造磁浮系统只需确定传感器的位置中心，不要求对执行器即电磁轴承的位置中心精密对中，使安装简化，转子动平衡精度的要求降低。为解决上述技术问题，本专利技术的基本构思是设计ー种非吸力型电磁轴承，应用通电导体在磁场中受到安培力即洛伦茨力作用原理，在定子上设规定的导线绕组，在转子上设置永磁体建立气隙基础磁场，其磁极的极面方向为轴向即气隙为轴向厚度，规定的导线绕组处在基础磁场中，当导线绕组流过控制电流时，便在径向产生安培力实现可控制悬浮。 由安培力定律，其执行カ为F = iLXB ;B为导线处磁场磁通密度，L导线绕组总长，i为导线控制电流。通电导线绕组所受的安培力方向和磁场B的方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判定。结构固定后，在磁极磁场有效范围内，执行カ仅是控制电流的单调函数，与转子的所处的位置无关，控制电流为零时カ也为零，即这时径向的位移刚度为零。磁场方向与导线方向垂直。径向电磁轴承磁极磁场方向为轴向，这与吸力型径向电磁轴承的永磁偏置磁极磁场为径向有明显区別。线圈，组成导线绕组。在电磁轴承的定子中心沿径向定出x、y直角坐标系，当传感器感应出位移，控制器给出控制电流时，X方向的线圈或线圈组，产生X向执行カ；y方向的线圈或线圈组，产生y向执行力。为实现本专利技术基本构思的技术方案是一种安培カ径向电磁轴承，包括永磁体、圆环磁极、线圈、转子、定子铁芯、工作气隙，永磁体和圆环磁极在转子上，其特征在于所述的转子和定子铁芯为轴向并列，圆环磁极的环心在转子几何中心上，圆环磁极的极面朝向为轴向，定子铁芯上开设线槽，线槽内嵌卡线圈，在定子铁芯中心沿径向建立x、y轴直角坐标系，线圈和线槽按X、y轴分组来设置，并且其位置偏离定子铁芯中心，所述的线槽还具有圆弧窄槽ロ，圆弧窄槽ロ的圆弧圆心在定子铁芯中心上，其半径与圆环磁极相同，圆弧窄槽ロ开ロ方向也为轴向，它与圆环磁极的极面间隔工作气隙并对齐，使线圈处在圆环磁极的磁场中，构成了安培カ径向电磁轴承，线圈流过控制电流吋，X方向的线圈或线圈组，给转子产生X向执行カ；y方向的线圈或线圈组，给转子产生y向执行力。本专利技术圆环磁极是指显圆环状，面对工作气隙的磁极，以这个定义将它与个数必然是对偶数的一般意义的磁极作区分。工作气隙是指它不仅是磁场的通路，还为实现本专利技术的意图，将所需要的磁力在定子和转子间通过磁场进行传递。它可以为两个圆环磁极面对工作气隙，比如ー个是N极另ー个是S扱，半径一大一小。两个圆弧窄槽ロ也半径一大一小与两个圆环磁极的极面对齐，也就是它们的大小半径对应相同。当线圈流过电流时，两个不同半径圆弧窄槽口下的槽内导线电流流向相反，并且处在不同方向的磁场中，故它们的安培カ为合力相加。圆环磁极也可以是ー个或更多个，相同半径的圆弧窄槽ロ与其相配，设置好圆环磁极极性和线圈电流流向，使安培力同向相加。本专利技术的定子铁芯和线圈属于定子，也可以认为定子铁芯或者定子铁芯和线圈就是定子。本专利技术可以是两个定子和ー个在中间的转子显两侧対称的轴向排列。也可以是两个转子和ー个在中间的定子显两侧对称的轴向排列。也可以是ー个定子和ー个转子并列。本专利技术的线圈和线槽还可以按各坐标设在两对边，线圈匝数和尺寸相同呈完全对称，也可以不完全相同，设计好线圈中电流的流向，使两对边产生的安培カ为合力相加。两对边是指位置，在坐标的正方为ー边，负方为另ー边。在每个坐标轴的位置，也可以只有一组线圈和线槽。为了线圈的安装方便，每个定子铁芯被按坐标轴的位置分割，当线圈两对边设置时分割成四块。定子铁芯的块与块之间，还可以设定子铁芯搭桥，以使转子上的圆环磁极在掠过定子铁芯分割块之间的空档时，磁路磁阻不至于变化过大而影响永磁体工作点的稳定。本专利技术的圆弧窄槽ロ的圆弧半径与圆环磁本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种安培カ径向电磁轴承，包括永磁体(3)、圆环磁极(2)、线圈(5)、转子(I)、定子铁芯(7)、工作气隙(12)，永磁体(3)和圆环磁极(2)在转子(I)上，其特征在于所述的转子⑴和定子铁芯(7)为轴向井列，圆环磁极(2)的环心在转子几何中心(1-1)上，圆环磁极(2)的极面朝向为轴向，定子铁芯(7)上开设线槽(9)，线槽(9)内嵌卡线圈(5)，在定子铁芯中心(7-1)沿径向建立x、y轴直角坐标系，线圈(5)和线槽(9)按x、y轴分组来设置，并且其位置偏离定子铁芯中心(7-1)，所述的线槽(9)还具有圆弧窄槽ロ(8)，圆弧窄槽ロ(8)的圆弧圆心在定子铁芯中心(7-1)上，其半径与圆环磁极⑵相同，圆弧窄槽ロ⑶开ロ方向也为轴向，它与圆环磁极(2)的极面间隔工作气隙(12)并对齐，使线圈(5)处在圆环磁极(2)的磁场中。2.如权利要求I所述的安培カ径向电磁轴承，其特征还在于所述的转子(I)和定子铁芯(7)轴向并列是，两个定子铁芯(7)和ー个在中间的转子(I)显两侧対称的轴向排列，或者两个转子(I)和ー个在中间的定子铁芯(7)显两侧対称的轴向排列。3.如权利要求I所述的安培カ径向电磁轴承，其特征还在于所述的定子铁芯(7)按每个坐标轴各有两组线圈(5)和线槽(9)，分别设在坐标轴的两个对边位置，两对边的线圈(5)匝数和尺寸相同或者不相同。4.如权利要求3所述的安培カ径向电磁轴承，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘延风，
申请(专利权)人：刘延风，
类型：发明
国别省市：
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