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CN101526107B - 永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承 - Google Patents

永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承 Download PDF

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王晓琳
梅磊
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Abstract

一种永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承，属磁轴承中的混合磁轴承。包括转子组件、及一对对称安装于转子组件两侧的定子组件，其特征在于：上述转子组件由内向外依次由内转子铁心(6)、环形永磁体(7)、外转子铁心(8)组成；上述每一定子组件均包括环形内轴向磁极(4)和环形外轴向磁极(1)，且环形内轴向磁极(4)和环形外轴向磁极(1)之间为定子圆盘(2)和轴向控制绕组(3)；上述一对轴向控制绕组(3)串联相接；该混合型轴向磁轴承还安装有用于检测转子偏离其中间位移量的位移传感器，该位移传感器经过控制器和功率放大器与上述轴向控制绕组(3)相连。本发明结构简单，能够实现转轴轴向位移的主动控制。

Description

永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承
技术领域
本发明的永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承属磁轴承中的混合磁轴承。
背景技术
磁悬浮轴承又简称为磁轴承，是利用定子和转子之间的磁力作用将转子悬浮于空间，使定子和转子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承。由于定、转子之间不存在机械上的接触，所以磁悬浮轴承的转子可达到很高的运转转速，并且具有机械磨损小、能耗低、寿命长、无润滑、无污染等优点，特别适合高速、真空和超洁净等特殊的应用场合。
混合磁轴承采用永磁材料替代主动磁轴承中的电磁铁来产生偏置磁场，电磁铁提供的只是平衡负载或干扰的控制磁场，大大降低了因偏置电流产生的功率损耗，电磁铁所需的安匝数只是主动磁轴承的一半，缩小了磁轴承的体积，减轻了其重量，并提高了承载能力。
发明内容
本发明目的是提供一种结构简单，成本低，功耗小，占用空间小，能够实现转轴轴向位移的主动控制的永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承。
一种永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承，包括转子组件、及一对对称安装于转子组件两侧的定子组件，其特征在于：上述转子组件由内向外依次由内转子铁心、环形永磁体、外转子铁心组成；上述每一定子组件均包括环形内轴向磁极和环形外轴向磁极，且环形内轴向磁极和环形外轴向磁极之间为定子圆盘和轴向控制绕组；上述一对轴向控制绕组串联相接；该混合型轴向磁轴承还安装有用于检测转子偏离其中间位移量的位移传感器，该位移传感器经过控制器和功率放大器与上述轴向控制绕组相连。
其基本工作原理是：当转子位于中间位置，即平衡位置时，由于结构的对称性，环形永磁体产生的磁通在转子上面的气隙和下面的气隙处是相等的，此时上下吸力相等。如果在此时转子受到一个向上的外扰力，转子就会偏离平衡位置向上运动，造成环形永磁体产生的上下气隙的磁通变化，即下面的气隙增大，磁通减小；上面的气隙减小，磁通增大。由于磁场吸力与磁通的平方成正比，因此下边的吸力小于上边的吸力，在加入控制磁通前，转子将无法回到平街位置。此时位移传感器检测出转子偏离其参考位置的位移量，控制器将这一位移信号变换成控制信号，功率放大器又将此控制信号变换成控制电流，这个电流流经电磁线圈绕组使铁心内产生一个电磁磁通，这个电磁磁通与气隙中的永磁磁通叠加，使转子下面气隙中的磁通增加，上面气隙中的磁通减小，产生一个向下的吸力，将转子拉回平衡位置。同理，转子受到向下的外扰动，带位置负反馈的混合型轴向磁轴承通过控制器控制励磁绕组中的电流，调节各气隙磁通的大小，始终能保持转子在平衡位置。本发明的永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承，利用一个径向充磁的环形永磁体来建立静态偏置磁场，通过转子铁心和定子来形成闭合磁路，只需要一对定子和一对控制绕组，简化了结构，缩小了体积和重量，并且缩短了占用空间；本发明的永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承能够实现转轴轴向位移的主动控制，将它与两个被动型径向磁悬浮轴承组合可实现转轴的五自由度悬浮，在各种磁悬浮系统中都有广阔的应用前景，将其利用于航空航天和舰艇等领域则更具有重要意义。
上述环形外轴向磁极轴向长度等上述环形内轴向磁极轴向长度，等于上述轴向控制绕组和定子圆盘轴向长度和。上述轴向控制绕组外径等于上述环形外轴向磁极内径，上述轴向控制绕组内径等于上述环形内轴向磁极外径。这种设计充分利用轴承的内部空间，避免空间上的浪费，结构紧凑，缩小了体积和重量，缩短了占用空间。
附图说明
图1是永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承结构平面示意图。
图1中标号名称：1、环形外轴向磁极。2、定子圆盘。3、轴向控制绕组。4、环形内轴向磁极。5、转轴。6、内转子铁心。7、环形永磁体。8外转子铁心。
图2是永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承原理图。
图2中标号名称：A、B、C、D是气隙，单箭头表示永磁偏置磁通，双箭头表示控制绕组产生的磁通。
具体实施方式
图1是本发明的永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承结构示意图，图中的环形外轴向磁极1，定子圆盘2，环形内轴向磁极4由电工纯铁制成，轴向控制绕组3位于由环形内外轴向磁极1、4与定子圆盘2构成的空间内，两个集中式轴向控制绕组3串联相接，环形永磁体7贴装在内转子铁心6外圆上，外转子铁心8套装在环形永磁体7外圆上，内外转子铁心均为电工纯铁制成，内转子铁心6套装在转轴5中部，一对定子分别安装与转轴5两端。环形永磁体产生的偏置磁通依次经过内转子铁心、气隙A(气隙B)、环形内轴向磁极、定子圆盘、环形外轴向磁极、气隙C(气隙D)、外转子铁心构成回路。由控制绕组产生的控制磁通依次经过下部定子圆盘、下部内轴向磁极、气隙B、内转子铁心、气隙A、上部内轴向磁极、上部定子圆盘、上部外轴向磁极、气隙C、外转子铁心、气隙D、下部外轴向磁极构成回路。如图2的原理图所示。

Claims (3)

1.一种永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承，包括转子组件、及一对对称安装于转子组件两侧的定子组件，其特征在于：
上述转子组件由内向外依次由内转子铁心(6)、环形永磁体(7)、外转子铁心(8)组成；
上述每一定子组件均包括环形内轴向磁极(4)和环形外轴向磁极(1)，且环形内轴向磁极(4)和环形外轴向磁极(1)之间为定子圆盘(2)和轴向控制绕组(3)；
上述一对轴向控制绕组(3)串联相接；
该混合型轴向磁轴承还安装有用于检测转子偏离其中间位移量的位移传感器，该位移传感器经过控制器和功率放大器与上述轴向控制绕组(3)相连。
2.根据权利要求1所述的永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承，其特征在于：上述环形外轴向磁极(1)轴向长度等于上述环形内轴向磁极(4)轴向长度，等于上述轴向控制绕组(3)和定子圆盘(2)轴向长度和。
3.根据权利要求1所述的永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承，其特征在于：上述轴向控制绕组(3)为集中式。
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