[发明专利]一种具有容错功能的两气隙外转子径向混合磁轴承

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，特别是涉及一种具有容错功能的两气隙永磁偏置外转子径向混合磁轴承。

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，所以永磁偏置混合磁悬浮轴承得到了广泛的应用。在航空等要求高可靠性的领域，为了提高磁悬浮轴承系统的可靠性，要求具有容错功能，而目前具有容错功能的磁悬浮轴承多为纯电磁式，其结构示意图如图1所示，在具有容错功能的径向磁轴承上用了6个线圈，其中每3个不相邻的磁极和线圈组成一个径向磁悬浮轴承，此结构的径向磁悬浮轴承相当于领个径向磁悬浮轴承同时工作，当其中一个出现故障时，另一个轴承仍可以正常工作。这种结构的径向磁轴承通过电流产生静态偏置磁场，功耗多、体积和重量大等缺点。另外有一种具有容错功能的永磁偏置径向磁轴承(专利号：200710063271.1)，但是由于电磁磁路在X方向和Y方向上存在着严重的耦合，故会使得磁轴承的控制难度加大，并且磁轴承定转子之间气隙的磁密波动较大，从而增大了磁轴承的旋转功耗。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种具有容错功能的两气隙外转子径向混合磁轴承，与现有容错功能的径向磁轴承相比，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。

本发明的技术解决方案是：一种具有容错功能的两气隙外转子径向混合磁轴承，包括外导磁环、左转子铁芯、右转子铁芯、左定子铁芯、右定子铁芯、激磁线圈、左导磁体、右导磁体、永磁体和定子隔磁体，左转子铁芯和右转子铁芯与外导磁环相连，左定子铁芯和右定子铁芯的径向外部分别是左转子铁芯和右转子铁芯，定子铁芯外表面与转子铁芯内表面之间形成第一类气隙，左定子铁芯和右定子铁芯内部分别与左导磁体和右导磁体相连，永磁体嵌于左导磁体和右导磁体之间，并且在永磁体的径向两侧形成第二类气隙，左定子铁芯和右定子铁芯共组成16个磁极，定子铁芯磁极均为极靴形式，左定子铁芯的8个磁极和右定子铁芯的8个磁极沿圆周均匀分布，定子铁芯磁极之间通过定子隔磁体相连，左定子铁芯互不相邻的4个磁极与右定子铁芯互不相邻的4个磁极以及它们上面绕有的线圈共同组成了两组定子磁极，两组磁极互为冗余，当一组磁极发生故障时，另一组磁极可以正常工作。

所述定子铁芯磁极极靴在圆周方向上的两个定子极靴之间的距离为定转子之间第一类气隙的5倍～10倍，定子极靴的极尖角为10～30度；所述第二类气隙长度在其截面积与第一类气隙截面积相等时为大于2倍第一气隙长度；所述的永磁体采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料或钕铁硼永磁材料制成。

本发明提供的一种具有容错功能的两气隙外转子径向混合磁轴承，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，激磁线圈所产生的磁场其调节作用，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。左定子铁芯和右定子铁芯共组成16个磁极，左定子铁芯的8个磁极和右定子铁芯的8个磁极沿圆周均匀分布，每个磁极上绕有激磁线圈，左右定子铁芯由隔磁体隔开，左定子铁芯互不相邻的4个磁极与右定子铁芯互不相邻的4个磁极以及它们上面绕有的线圈共同组成了两组定子磁极，这样整个装置共组成了两个永磁偏置外转子径向磁轴承，可以实现容错功能。当其中一个径向磁轴承正常工作时，另一个径向磁轴承的激磁线圈不通电流，作为备用磁轴承。以其中一个径向磁轴承为例，阐述其永磁磁路与电磁磁路。

如图2所示，实线表示永磁磁路：磁通从永磁体N极出发，通过右导磁体、右定子铁芯、第一类气隙、右转子铁芯、外导磁环、左转子铁芯、第一类气隙、左定子铁芯和左导磁体，回到永磁体的S极，构成径向磁轴承的永磁磁路，在气隙中产生永磁偏置磁场。虚线表示电磁磁路(以+Y方向线圈通电为例予以说明)：磁通由右定子铁芯的定子磁极，沿径向通过第一类气隙、右转子铁芯，外导磁环，左转子铁芯、第一类气隙，左定子铁芯、左导磁体、第二类气隙回到右定子铁芯形成闭合磁回路，如图2中虚线所示，当-Y方向线圈通电时磁路与之相同。