[发明专利]一种轴向径向电磁型磁轴承

说明书

本发明公布了一种轴向径向电磁型磁轴承，采用各方向悬浮力磁路相隔离的方式，构造了一种可产生1个轴向悬浮力和2个径向悬浮力的集成结构；所述磁轴承包括三种绕组，分别为径向悬浮绕组、轴向悬浮绕组和偏置绕组，并且偏置绕组同时产生轴向偏置磁通和径向偏置磁通，两种磁通相互隔离且解耦，从而保证了两个径向悬浮力间、以及轴向与径向悬浮力间在结构上的自然解耦。本发明磁轴承悬浮控制简单、实施方便，悬浮精度高，无永磁体，成本低，结构紧凑，集成度高，加工装备简单，对工作环境适应性强；另外，偏置绕组采用单独励磁方式，偏置磁通调节方便，固有刚度高，临界转速高，还有利于控制器设计，且便于实现大功率运行。

技术领域

本发明涉及一种轴向径向电磁型磁轴承，属于磁悬浮轴承领域。

背景技术

磁悬浮轴承具有无摩擦、无磨损、无需密封润滑、高速度、精度高、寿命长及维护成本低等优良特性，可有效解决高速电机的轴承支撑问题。根据悬浮力是否可主动控制，磁轴承通常可分为被动型和主动型两种类型。主动型磁轴承通过控制定、转子间电磁力以实现转轴的悬浮，在高速电机领域应用广泛。根据偏置磁场建立方式，主动型磁轴承分为电磁型与混合型。电磁型磁轴承的偏置、控制磁通均由电磁铁产生，二者利用同一线圈或两个独立线圈产生，具有承载能力大、刚度可调和控制灵活等特点，在高温等恶劣环境适应性强。

具有三自由度悬浮功能的轴向径向磁轴承，集成度高，功率密度高，临界转速高，是目前磁轴承研究领域的研究热点。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提出一种轴向径向电磁型磁轴承，采用各方向悬浮力磁路相隔离的方式，构造了产生轴向、径向悬浮力的集成结构。所述磁轴承包括三种绕组结构，分别为径向悬浮绕组、轴向悬浮绕组和偏置绕组，并且偏置绕组同时产生轴向偏置磁通和径向偏置磁通，两种磁通相互隔离且解耦，从而保证了两个径向悬浮力间、以及轴向与径向悬浮力间在结构上的自然解耦。本发明磁轴承内无永磁体，结构紧凑，成本低，对环境适应强；另外由于各悬浮力间相互解耦，控制简单，悬浮精度高，而且偏置绕组单独励磁，偏置磁通调节方便，固有刚度高，各方向承载力强，在高温、高湿等恶劣工作环境和高速、大功率应用场合具有独特优势。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种轴向径向电磁型磁轴承，包括径向定子、径向转子、径向悬浮线圈、偏置线圈、偏置定子Ⅰ、轴向定子Ⅰ、轴向转子Ⅰ、轴向悬浮线圈Ⅰ、偏置定子Ⅱ、轴向定子Ⅱ、轴向转子Ⅱ、轴向悬浮线圈Ⅱ和转轴；

偏置定子Ⅰ、径向定子和偏置定子Ⅱ紧密串联布置，且径向定子布置于偏置定子Ⅰ和偏置定子Ⅱ之间；偏置定子Ⅰ紧密布置在轴向定子Ⅰ内，偏置定子Ⅱ紧密布置在轴向定子Ⅱ内；所述径向转子布置在径向定子内，所述轴向转子Ⅰ布置在偏置定子Ⅰ内，所述轴向转子Ⅱ布置在偏置定子Ⅱ内；

所述轴向转子Ⅰ、径向转子和轴向转子Ⅱ紧密串联布置，且径向转子布置于轴向转子Ⅰ和轴向转子Ⅱ之间；所述轴向转子Ⅰ、径向转子和轴向转子Ⅱ套在转轴上；

所述径向定子由4个E型结构构成，4个E型结构均匀分布，空间上相差90°，其中2个E型结构位于水平方向，剩余2个E型结构位于竖直方向；每个E型结构的齿数为3，包括1个宽齿和2个窄齿，且所述宽齿处于2个窄齿的中间；所述E型结构的宽齿与其2个窄齿间的夹角相等；所述径向转子为圆柱结构；

所述偏置定子Ⅰ为凸极结构，齿数为4；所述偏置定子Ⅰ的4个齿均匀分布，空间上相差90°，其中偏置定子Ⅰ的2个齿位于水平方向，偏置定子Ⅰ的剩余2个齿位于竖直方向；所述轴向转子Ⅰ为圆柱结构；

所述偏置定子Ⅱ为凸极结构，齿数为4；所述偏置定子Ⅱ的4个齿均匀分布，空间上相差90°，其中偏置定子Ⅱ的2个齿位于水平方向，偏置定子Ⅱ的剩余2个齿位于竖直方向；所述轴向转子Ⅱ为圆柱结构；