[发明专利]一种磁悬浮飞轮与全永磁相斥型磁悬浮轴承及位置检测和气隙控制

说明书

技术领域：

本发明涉及磁悬浮飞轮，尤其是涉及采用双边相斥型全永磁磁悬浮轴承自适应磁悬浮转子支撑系统的全永磁相斥型磁悬浮飞轮；本发明还涉及双边相斥型全永磁磁悬浮轴承与防止全永磁相斥型磁悬浮轴承定转子挤压磁场自由扩散干扰周围敏感性电磁元件的方法与调节定转子气隙大小的装置；本发明还涉及防止全永磁相斥型磁悬浮轴承定转子产生磁场内漏的方法。 

发明内容：

本发明所提供的是一种采用全永磁磁悬浮轴承自适应磁悬浮转子支撑系统的磁悬浮飞轮及其双边相斥型全永磁磁悬浮轴承。以及解决全永磁相斥型磁悬浮轴承定转子挤压磁场自由扩散干扰周围敏感性电磁元件的方法与调节定转子气隙大小的装置；本发明还涉及防止全永磁相斥型磁悬浮轴承定转子产生磁场内漏的方法。 

其基本思路是： 

首先，利用两组单边斥力的全永磁相斥型磁悬浮轴承同轴心对置安装后构成具有双边相斥型全永磁磁悬浮轴承与自适应调中的全永磁磁悬浮转子支撑系统，然后，将电机的定转子初次级铁心分别连接固定与双边相斥型全永磁磁悬浮轴承的定转子部上，从而成为全永磁相斥型的磁悬浮飞轮。通过避免采用空心截锥体定转子永磁体解决全永磁磁悬浮轴承普遍存在的气隙磁场存在内漏损耗的技术弊病和在全永磁磁悬浮轴承的非工作气隙侧设置强导磁材料避免挤压 磁场自由扩散给周围敏感性电磁元件造成的干扰现象。通过设置磁悬浮轴承定转子气隙大小的调节装置保证气隙磁密达到一定的悬浮荷载能力。通过设置轴向位置传感器，方便于对内部转子动态变化的检测。通过与现有技术吸引型磁悬浮轴承的兼容使用，极大地提高磁悬浮转子支撑系统的稳定性。具体技术方案如下： 

1、一种全永磁相斥型的磁悬浮飞轮。 

它是由机座和机座芯轴、芯轴顶盘以及飞轮和由全永磁单边斥力的磁悬浮轴承轴组成具有双边相斥型全永磁磁悬浮轴承的自适应磁悬浮转子支撑系统所组成。电机设置于机座芯轴与外转子飞轮的相对面上，所述外转子飞轮的上下面设有环形永磁体，所述机座的上面和所述芯轴顶盘的下面，分别设有环形永磁体。所述环形永磁体全部采用轴向充磁的环形永磁体。所述每组全永磁单边斥力的磁悬浮轴承轴，均有一个带有梯形、“V”形或弧形凸极的环形永磁体和一个带有轴向口环形凹槽的环形永磁体通过曲面气隙相对而成。所述各环形永磁体通过非工作气隙侧的软磁材料所固定。 

本发明的双边相斥型全永磁磁悬浮轴承除了在磁悬浮飞轮的应用外，还可以在任何磁悬浮转子支撑系统中与现有技术的各种吸引型磁悬浮轴承兼容使用。 

本发明的全永磁相斥型磁悬浮飞轮，还可以在所述机座的芯轴上设置肩台，肩台与芯轴顶盘之间放置弹簧，芯轴顶盘的上面与调节螺母接触。 

2、一种全永磁相斥型磁悬浮飞轮，它是由两组全永磁单边斥力的磁悬浮轴承轴向对置后，分别将它们的定子环形永磁体通过非工作气隙侧的软磁材料连接固定在磁悬浮飞轮机壳内部的上下面，将它们的转子环形永磁体通过非工作气隙侧的软磁材料连接固定在内转子飞轮的上下面，共同构成双边相斥型全永 磁磁悬浮轴承自适应磁悬浮的转子支撑系统，然后再将电机的定转子初次级铁心与双边相斥型全永磁磁悬浮轴承的定转子部连接。所述全永磁单边斥力的磁悬浮轴承轴，分别是由一个在一端端面上带有梯形、“V”形或弧形凸极的环形永磁体和一个在一端端面上带有梯形、“V”形或弧形凹陷部轴向口环形凹槽的环形永磁体通过曲面气隙相对而成。所述各环形永磁体通过非工作气隙侧的软磁材料所固定，所述各环形永磁体均为轴向充磁。 

在本发明当中，还可以将所述磁悬浮飞轮的筒形机壳设置成内外结构的插装套接型，并通过调节螺栓对磁悬浮轴承的工作气隙大小进行控制。 

3、一种全永磁相斥型磁悬浮飞轮，它是将一个带有底盘的芯轴通过通过芯轴上的调节螺母与芯轴顶盘连接构成全永磁相斥型磁悬浮转子支撑系统的转子部，由机座筒形机座和有筒形机座向内径向延伸于芯轴底盘和芯轴顶盘之间的小径部分构成全永磁相斥型磁悬浮转子支撑系统的定子部，在定子部的上下面与芯轴顶盘的下面和芯轴底盘的上面分别设有全永磁相斥型磁悬浮轴承的定转子环形永磁体，共同构成全永磁相斥型磁悬浮转子支撑系统。然后，将电机设置在芯轴与机座最小内径的相对面上。 

在本发明的双边相斥型全永磁磁悬浮轴承自适应磁悬浮的转子支撑系统当中，还可以在转子的芯轴部位上设置轴向位置传感器，随时对系统内的磁悬浮轴承的气隙磁进行检测，而不用打开设备完成。 

本发明所述的相斥型磁悬浮轴承转子支撑系统，可广泛适用于各种磁悬浮平台和磁悬浮经纬仪及高精密天平上使用。