[实用新型]一种新型永磁偏置轴向磁悬浮轴承

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种磁悬浮轴承，具体是一种新型永磁偏置轴向磁悬浮轴承；属于磁悬浮技术领域。

背景技术

早在1842年，英国物理学家Earnshaw就对磁悬浮轴承技术进行了研究和论述，磁悬浮轴承技术的基本原理是利用定子铁芯与转子铁芯之间的磁场力来实现转轴的无接触支承。由于定、转子之间没有机械接触，磁悬浮轴承具有以下优点：

1.能够承受极高的转速。采用磁悬浮轴承支承的转轴可以在超临界、每分钟数十万转的工况下运行，其圆周速度只受转轴材料强度的限制。通常来说，在轴颈直径相同的情况下，采用磁悬浮轴承支承的转轴能达到的转速比采用滚动轴承支承的转轴大约高2倍，比采用滑动轴承支承的转轴大约高3倍。德国FAG公司通过试验得出：滚动轴承的dn值，即轴承平均直径与主轴极限转速的乘积，约为2.5～3×106mm·r/min，滑动轴承的dn值约为0.8～2×106mm·r/min，磁悬浮轴承的dn值约为4～6×106mm·r/min。

2.摩擦功耗较小。在10000r/min时，磁悬浮轴承的功耗大约只有流体动压润滑支承的6%，只有滚动支承的17%，节能效果明显。

3.寿命长，维护成本低。由于磁悬浮轴承依靠磁场力悬浮转轴，定、转子之间无机械接触，因此不存在由磨擦、磨损和接触疲劳所带来的寿命问题，所以磁悬浮轴承的寿命与可靠性均远高于传统的机械轴承。

4.无需添加润滑剂。由于定、转子之间不存在机械摩擦，工作时不需要添加润滑剂，因此不存在润滑剂对环境所造成的污染问题，在禁止使用润滑剂和禁止污染的场合，如真空设备、超净无菌室等场合，磁悬浮轴承有着无可比拟的优势。

根据磁场建立方式的不同，磁悬浮轴承可分为永磁型、电磁偏置型和永磁偏置型三种类型。

永磁型磁悬浮轴承主要利用磁性材料之间固有的斥力或吸力（如永磁材料之间，永磁材料与软磁材料之间）来实现转轴的悬浮，其结构简单，能量损耗少，但刚度和阻尼也都比较小。

电磁偏置型磁悬浮轴承由通入直流电的偏磁绕组在气隙中建立偏置磁场，由通入大小和方向都受到实时控制的交变电流的控制绕组来在气隙中建立控制磁场，这两个磁场在气隙中的叠加和抵消产生了大小和方向都可以主动控制的磁场吸力，从而实现了转子的稳定悬浮，这种类型的磁悬浮轴承刚度大，可以精密控制，但产生单位承载力所需的体积、重量和功耗也都比较大。

永磁偏置型磁悬浮轴承采用永磁材料替代偏磁线圈来产生所需的偏置磁场，能够较大程度地降低磁悬浮轴承的能量损耗，随着磁悬浮轴承技术在航空航天、能量存储以及能量转换等领域的广泛应用，对磁悬浮轴承的功耗、体积、性能等方面提出了越来越高的要求，永磁偏置型磁悬浮轴承的特点使它在这些领域有着不可替代的优势，永磁偏置型磁悬浮轴承技术也成为磁悬浮轴承技术研究与发展的一个重要方向。

目前现有技术中的轴向磁悬浮轴承存在下述不足之处：

1、中国专利申请号200510011272.2给出的一种永磁偏置轴向磁轴承，其漏磁较大，利用率不高；

2、中国专利申请号200910030777.1给出的永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承，其内外轴向定子磁极和半径差别较大，导致漏磁系数差别较大，很难保证轴向气隙中偏置磁场相同；

3、中国专利申请号200710098751.1给出的一种具有冗余结构的低功耗轴向磁轴承，其漏磁较大，利用率不高；

4、中国专利申请号201120216533.5给出的一种新型永磁偏置型轴向磁悬浮轴承，其结构较复杂，体积较大，能耗较大。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种更为结构简单，体积小，重量轻，能耗少的永磁偏置型轴向磁悬浮轴承。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案是：

一种新型永磁偏置轴向磁悬浮轴承，包括定子套筒A、定子套筒B、永磁体环、定子圆盘A、定子圆盘B、定子圆盘C、定子圆盘D、控制绕组A、控制绕组B、主轴和转子铁芯；

永磁体环设置在定子套筒A和定子套筒B之间，连接定子套筒A和定子套筒B；所述定子套筒A、定子套筒B和永磁体环的截面厚度均相等；

定子圆盘A和定子圆盘B分别设置在定子套筒A内壁的两端；控制绕组A设置在定子圆盘A和定子圆盘B之间；

定子圆盘C和定子圆盘D分别设置在定子套筒B内壁的两端；控制绕组B设置在定子圆盘C和定子圆盘D之间；

所述定子套筒A和定子圆盘D的两个端面之间连同控制绕组A的内壁、控制绕组B的内壁、定子圆盘B的内壁以及定子圆盘C的内壁之间形成一个空气腔；