[发明专利]一种具有容错功能的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，特别是涉及一种具有容错功能的永磁偏置内转子径向磁轴承。

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，所以永磁偏置的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，在具有冗余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。专利一种具有冗余结构的永磁偏置径向磁轴承(专利号：200710063270.7)中，所述结构虽然可以实现冗余功能，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，提供一种具有容错功能的永磁偏置内转子径向磁轴承，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永磁偏置内转子径向磁轴承，包括左外导磁环、右外导磁环、永磁体、左定子铁芯、右定子铁芯、激磁线圈、左转子铁芯、右转子铁芯和内导磁环，左定子铁芯和右定子铁芯径向外部分别与左外导磁环和右外导磁环相连，永磁体位于左外导磁环和右外导磁环之间，左定子铁芯和右定子铁芯的径向内侧分别是左转子铁芯和右转子铁芯，左转子铁芯和右转子铁芯与内导磁环相连，定子铁芯的外表面与转子铁芯的内表面之间形成气隙，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，且均为极靴形式，每个磁极上绕有激磁线圈，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。

所述相邻定子铁芯磁极极靴之间的距离为定转子铁芯之间气隙的5倍～10倍，所述定子极靴的极尖角为10～30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组永磁偏置内转子径向磁轴承，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。下面阐述径向磁轴承的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，通过右外导磁环、右定子铁芯、气隙、右转子铁芯、内导磁环、左转子铁芯、气隙、左定子铁芯和左外导磁环，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、-Y线圈同时通电情况下予以说明)：①磁通由左定子铁芯的定子磁极，沿径向通过气隙(如+Y方向气隙)、左转子铁芯，经与该定子铁芯磁极对称的定子铁芯磁极与转子之间的气隙(-Y方向气隙)，回到左定子铁芯的定子磁极，形成闭合磁回路，如图2和3中虚线所示；②磁通由右定子铁芯的定子磁极，沿径向通过气隙(如+Y方向气隙)、右转子铁芯，经与该定子铁芯磁极对称的定子铁芯磁极与转子之间的气隙(-Y方向气隙)，回到右定子铁芯的定子磁极，形成闭合磁回路，如图2和4中虚线所示。整个装置共组成两个径向的磁轴承，备用径向磁轴承的永磁磁路与正常工作径向磁轴承的永磁磁路相同，电磁磁路也分为两路。根据此原理，两组磁极互为冗余结构，当其中一个径向磁轴承发生故障时，另一个备用的径向磁轴承进入正常的工作状态，保证了整个系统的安全可靠地运行。