本发明专利技术公开了一种安培力径向电磁轴承，为实现磁场源(31)在工作时更可靠，将磁场源(31)设在定子(6)上，圆环磁极(2)由与工作气隙(12)相接的转子(1)一侧的转子铁芯(4)形成，使线圈(5)处在圆环磁极(2)引导的磁场中。它使物体的磁悬浮支撑更可靠。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电磁轴承，特别是一种利用载流导体在磁场中受到的安培力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200710135188.0永磁偏置轴向径向磁轴承、200510040267.4永磁偏置径向磁轴承,均为吸力或称磁阻力电磁轴承。现有技术的电磁轴承在其平衡位附近其执行力AFy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。参见《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，其执行力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》刘延柱等编著，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公开了与上一专利类似的短接的导体环在转子上，有偏移时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，将它固定并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，否则执行力较小。美国专利，US75374371inearactuator,and valve device and pump device usedsame公开了一种线性轴向执行器，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。中国专利申请号201210095846.9公开了一种安培力径向电磁轴承，包括定子和转子，其中转子包括永磁体、圆环磁极，定子包括线圈、定子铁芯，在转子和定子之间为工作气隙，其特征在于所述的转子和定子铁芯为轴向并列，圆环磁极的圆环中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，线槽内嵌卡有线圈，在定子铁芯中心沿径向建立x、y轴直角坐标系，线圈和线槽均按x、y轴分组，并设在以定子铁芯为中心的圆周方向，所述的线槽还具有圆弧窄槽口，圆弧窄槽口的圆弧圆心在定子铁芯中心上，圆弧窄槽口的半径与圆环磁极的半径相同，圆弧窄槽口开口方向也为轴向，圆弧窄槽口与圆环磁极的极面间通过工作气隙隔开，且圆弧窄槽口与圆环磁极的极面对齐，使线圈处在圆环磁极的磁场中。构成了安培力径向电磁轴承，线圈流过控制电流时，X方向的线圈或线圈组，给转子产生X向执行力；y方向的线圈或线圈组，给转子产生y向执行力。由于磁动势源永磁体设在转子上，强振动和高温时许多种类的永磁体会失磁，转子的制造工艺要求很高。从振动力学的知识可知，低刚度支撑的高转速不平衡转子，转速越高其回转中心越逼近于转子的质心。所以，电磁轴承控制器一般内嵌陷波器来实现对转子不平衡离心力所产生的位移振动释放不控，使转子回转中心接近或处于转子的质心以减弱或消除旋转离心力，并且节省控制器功耗。但这样做会使转子在电磁轴承位置处的径向晃动过大，对于吸力型电磁轴承来说会影响执行力与电流的线性关系度稳定控制较难。
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，提供一种主动式安培力电磁轴承，其执行力不仅是控制电流的单调函数且与转子所处的位置无关，还要降低转子的制造工艺技术要求，并要使安培力电磁轴承应用可靠性更高，实现的成本更低。为解决上述技术问题，本专利技术的基本构思是:设计一种径向安培力电磁轴承，应用通电导体在磁场中受到安培力即洛伦茨力作用原理，在转子上仅设铁磁性材料的导磁部件，在定子上设永磁体、励磁绕组等作为磁场源来建立气隙基础磁场，其磁极的极面方向为轴向即气隙为轴向厚度，定子上导线绕组处在该基础磁场中，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。相对于中国专利申请号201210095846.9公开的安培力径向电磁轴承，由于基础磁场源在定子上，不仅完全避免了高速旋转的转子的对磁场源的振动，而且即使定子温度过高也便于设置附加的冷却装置使磁场源工作可靠。径向安培力电磁轴承在定子上设磁场源与径向吸力型电磁轴承在定子上设磁场源之间有原理上的本质区别:前者是为建立轴向气隙基础磁场，其目的是使通电导体线圈在其中产生径向安培力，且理论上基础磁场在工作时磁场强度是不变的，通电导体线圈不是通过改变基础磁场磁场强度的大小来产生作用力的，由安培力定律基础磁场必须具备，否则通电导体线圈不会产生力；后者是为建立径向气隙偏置磁场，设偏置磁场目的是为了减少电流与力的非线性现象，通常为两侧成对，工作时通电导体线圈使磁场强度一侧增加另一侧减少来产生吸力差生成径向力，偏置磁场在工作时磁场强度必然变，它也可以不设置，这时通电导体线圈照样可以产生吸力形成径向作用力。所以两者的磁场源有着截然不同的特征。由安培力定律，径向安培力电磁轴承其执行力为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。径向安培力电磁轴承在定子上设磁场源与被动式径向磁轴承有永磁体装在定子上之间有目的性的区别:前者是为建立轴向气隙基础磁场，使定子上的通电导线绕组处在磁场中受到安培力；后者是为了使转子上运动的短接导体环中感生电动势，继而产生涡流，生成反磁动势形成反作用力。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，执行力仅是控制电流的单调函数，与转子的所处的位置无关，控制电流为零时力也为零，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别。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，当传感器感应出本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种安培力径向电磁轴承，包括基础磁场源(31)、定子(6)、转子(1)、转子铁芯(4)、圆环磁极(2)，还包括线圈(5)、线槽(9)、圆弧窄槽口(8)、定子铁芯(7)，在转子(1)和定子(6)之间设有工作气隙(12)，转子(1)和定子铁芯(7)为轴向并列，圆环磁极(2)的极面朝轴向和圆弧窄槽口(8)开口朝轴向，它们中间间隔工作气隙(12)，其特征在于所述的基础磁场源(31)设在定子(6)上，圆环磁极(2)由与工作气隙(12)相接的转子铁芯(4)的侧面形成，使线圈(5)处在圆环磁极(2)引导的磁场中。
【技术特征摘要】
【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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