[发明专利]径向无耦合四极混合磁轴承

说明书

本发明公开一种径向无耦合四极混合磁轴承，包括定子和位于定子内圈的转子。定子由从左到右依次排列的X定子铁心，永磁环，Y定子铁心组成；转子包括圆柱形转子铁心与转轴；X定子铁心沿内圆周与+x轴和‑x轴方向对称位置均匀分布两个悬浮齿；Y定子铁心沿内圆周与+y轴和‑y轴方向对称位置均匀分布两个悬浮齿；悬浮齿均为曲折型结构，其靠近转子铁心一端面与所述转子铁心圆周面弧度匹配且其与所述转子铁心轴向宽度相同且位置正对，所述悬浮齿与转子铁心间形成了气隙长度相等的径向气隙；四个悬浮齿上均绕制集中式径向控制绕组。本发明X和Y方向悬浮独立设计，实现悬浮力在X‑Y方向无耦合，控制简单。

技术领域

本发明涉及一种非机械接触磁轴承，特指一种径向无耦合四极混合磁轴承，可作为飞轮系统、机床电主轴、离心机等高速传动部件的无接触悬浮支承。

背景技术

磁轴承是利用定子和转子之间的电磁力将转子悬浮于空间，使定、转子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承。目前，磁轴承按照磁力提供的方式分为以下三种：（1）主动磁轴承，由偏置电流产生偏置磁场，控制电流产生的控制磁通与偏置磁通相互叠加，从而产生可控的悬浮力，该种磁轴承体积、重量和功耗都比较大；（2）被动磁轴承，悬浮力完全由永磁体提供，所需的控制器简单，悬浮功耗小，但是刚度和阻尼都较小，一般运用于仅在一个方向上支撑物体或者是减轻作用在传统轴承上的负荷；（3）混合磁轴承，是采用永磁材料替代主动磁轴承中的电磁铁来产生偏置磁场，控制电流仅提供平衡负载或干扰的控制磁通，大大降低了磁轴承的功率损耗，缩小了磁轴承的体积，减轻其重量，并提高了承载能力。

现有的混合磁轴承结构共性都是径向所有悬浮齿在同一平面的单片结构设计，径向悬浮齿绕制控制绕组产生径向控制磁通，与相应的偏置磁通相互作用产生径向悬浮力。该结构的混合磁轴承径向两自由度悬浮在单片中实现，导致悬浮力在XY方向存在耦合，控制复杂。

发明内容

本发明的目的是提出一种径向无耦合四极混合磁轴承结构，采用双片式结构，XY两个方向的悬浮分别由独立的定子铁心实现，悬浮力在X-Y方向无耦合，控制简单，结构紧凑，制造与装配方便。

本发明通过以下技术方案实现：

一种径向无耦合四极混合磁轴承，包括定子和位于定子内圈的转子，所述定子包括从左到右依次排列的X定子铁心、永磁环、Y定子铁心；所述转子包括圆柱形转子铁心与转轴，所述转轴贯穿于所述X定子铁心、永磁环、Y定子铁心以及转子铁心内；所述X定子铁心沿内圆周且与+x轴和-x轴方向对称位置均匀分布两个悬浮齿；所述Y定子铁心沿内圆周且与+y轴和-y轴方向对称位置均匀分布两个悬浮齿；所述悬浮齿均为曲折型结构，其靠近转子铁心一端面与所述转子铁心圆周面弧度匹配且其与所述转子铁心轴向宽度相同且位置正对，所述悬浮齿与转子铁心间形成了气隙长度相等的径向气隙；所述悬浮齿上均绕制集中式径向控制绕组。

进一步地，所述永磁环的外径与所述X定子铁心、Y定子铁心相同。

进一步地，所述X、Y定子铁心、转子铁心由导磁材料制成。

进一步地，所述永磁环为稀土永磁材料制成。

有益效果：

本发明采用双片式结构，X、Y两个方向的悬浮分别由独立的定子铁心实现，定子铁心上悬浮齿设计为曲折型，使其与转子铁心共面，这样保证X与Y方向的4个悬浮齿靠近转子铁心一端与转子铁心位置正对，悬浮力在X-Y方向无耦合，控制简单，结构紧凑，制造与装配方便。

附图说明

图1为本发明一种径向无耦合四极混合磁轴承结构图和悬浮磁通图。