[发明专利]一种永磁偏置内转子径向磁轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触混合式磁悬浮轴承，特别是涉及一种永磁偏置内转子径向磁轴承，可以替代现在有成对使用的磁轴承，大大缩短了轴向距离。

背景技术

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，具有降低功率放大器损耗，减少电磁铁安匝数，缩小磁轴承的体积和重量等优点，所以永磁偏置的混合磁悬浮轴承得到了广泛的应用。有些结构是将永磁体直接与定子叠片铁芯相连，这样永磁体磁路在垂直穿过定子铁芯时会损失过多的磁动势，因而大大削弱永磁体对转子轴的吸力，有些结构是将永磁体通过导磁环与叠片铁芯相连，电磁经过叠片铁芯形成回路，中国专利申请号：200510011271.8和200510011530.7结构的永磁偏转内转子径向磁轴承，如图1和图2所示，永磁磁动势不会在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，但因需成对使用而导致轴向长度较长，故不能满足卫星、空间站等航天器所要求的体积小、重量轻的目的。专利一种永磁偏置内转子径向磁轴承(中国专利申请号：200510011530.7)所述结构虽然可以实现轴向体积小的目的，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。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种旋转功耗低的永磁偏置内转子径向磁轴承，其体积小、重量轻且功耗低，易于控制以及可靠性能高等优点，可以替代原有磁轴承成对使用的永磁偏置内转子径向磁轴承。

本发明的技术解决方案是：本发明提供的一种永磁偏置内转子径向磁轴承，包括导磁体、定子铁芯、转子铁芯、内导磁环、外隔磁体、永磁体、内隔磁环、激磁线圈、第一空气隙和第二空气隙组成，定子铁芯包括定子铁芯I、定子铁芯II、定子铁芯III，转子铁芯包括转子铁芯I、转子铁芯II、转子铁芯III和转子铁芯IV，内导磁环包括内导磁环I和内导磁环II，外导磁体包括右导磁体、左导磁体和中导磁体，永磁体包括永磁体I和永磁体II，定子铁芯I、定子铁芯II和定子铁芯III组成磁轴承左、中、右部位的X、Y正负方向上的共12个磁极，每个定子磁极均为极靴形式，且定子铁芯I和定子铁芯III形成的8个定子磁极上绕有激磁线圈，定子铁芯I、定子铁芯II和定子铁芯III外部分别为左导磁体、中导磁体和右导磁体，左导磁体与中导磁体之间为永磁体I，中导磁体和右导磁体是永磁体II，永磁体I与左导磁体和中导磁体形成第二气隙，永磁体II与中导磁体和右导磁体也形成第二气隙，并且左导磁体、中导磁体、右导磁体以及永磁体I和永磁体II在圆周方向上通过外隔磁体相连；定子铁芯I和定子铁芯III径向内侧分别是转子铁芯I和转子铁芯IV，定子铁芯II内部分别是转子铁芯II，内隔磁环和转子铁芯III，转子铁芯I、转子铁芯II径向内部通过内导磁环I相连，转子铁芯III、转子铁芯IV内部通过内导磁环II相连，定子铁芯内表面与转子铁芯外表面留有一定的气隙，形成第一空气隙。

所述的右导磁体、左导磁体和中导磁体均由导磁性良好的材料制成。所述的永磁体I和永磁体II均采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料或钕铁硼永磁材料；所述的内隔磁环、外隔磁体的材料为铜、铝、钛合金的任意一种。所述的相邻定子铁芯极靴之间的距离为定转子之间第一气隙的5倍～10倍；所述第二气隙的长度在其截面积与第一气隙截面积相等时为大于2倍第一气隙长度；所述定子磁极极靴的极尖角为15～30度。

本发明提供的一种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，并使得转子得到无接触支撑。定子铁芯I、定子铁芯II和定子铁芯III共组成12个磁极，定子铁芯I的4个磁极和定子铁芯III的4个磁极沿圆周均匀分布，每个磁极上绕有激磁线圈，定子铁芯I、定子铁芯II和定子铁芯III的外部均为导磁体，定子铁芯I和定子铁芯III内部是转子铁芯I、转子铁芯IV，定子铁芯II内部是转子铁芯II、内隔磁环和转子铁芯III，转子铁芯I、II通过内导磁环I相连，转子铁芯III、IV通过内导磁环II相连；内导磁环I、转子铁芯II与内导磁环II、转子铁芯III通过内隔磁环相连；左导磁体与中导磁体通过永磁体I相连，右导磁体与中导磁体通过永磁体II相连。