[发明专利]新结构径向两自由度六极交流/直流混合磁轴承

说明书

本发明公开一种新结构径向两自由度六极交流/直流混合磁轴承，包括定子、转子。定子包括三片控制铁心、三个径向磁化永磁环和一个环形导磁桥；控制铁心沿内圆周均匀分布两个悬浮齿，左侧和右侧控制铁心上的两个悬浮齿向内弯曲，并与中间控制铁心上的悬浮齿、转子铁心轴向宽度相同、径向共面，且六个悬浮齿在圆周上互差60度，且中间控制铁心上的悬浮齿宽度是左、右侧控制铁心上的悬浮齿宽度的两倍；六个悬浮齿上均绕制集中式控制绕组；转子包括转子铁心与转轴。本发明由三个永磁环分别给三片空心铁心提供静态偏置磁通，径向控制绕组通电产生的径向控制磁通仅在各自的控制铁心内形成闭合路径，悬浮力控制无耦合，控制简单。

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮磁轴承，特指一种结构新颖的径向两自由度交流/直流混合磁轴承，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，导致径向悬浮力存在耦合，控制复杂。

发明内容

本发明的目的是提出一种新结构径向两自由度六极交流/直流混合磁轴承，三对悬浮齿分别独立设计，实现悬浮力无耦合，控制简单。

本发明通过以下技术方案实现：

一种新结构径向两自由度六极交流/直流混合磁轴承，包括定子以及位于定子内圈的转子，所述定子包括左控制铁心、中控制铁心、右控制铁心、分别紧密连接于左控制铁心、中控制铁心、右控制铁心外侧的的三个径向磁化永磁环和紧密连接于三个永磁环外侧的环形导磁桥；所述转子包括转子铁心与转轴，所述转轴贯穿于转子铁心内；所述三个控制铁心均沿内圆周均匀分布两个悬浮齿，所述左、右控制铁心上的四个悬浮齿均向中控制铁心方向弯曲，所述六个悬浮齿靠近转子铁心一端面与所述转子铁心圆周面弧度匹配，且与所述转子铁心轴向宽度相同且位置正对，其与转子铁心间形成了气隙长度相等的径向气隙；所述六个悬浮齿上均绕制集中式控制绕组，位于左控制铁心和右控制铁心外侧的两个永磁环极性相同，且与中控制铁心外侧永磁环极性相反。

进一步地，所述六个悬浮齿在圆周上互差60度，且中控制铁心上的一对悬浮齿宽度是左、右控制铁心上的悬浮齿宽度的两倍。

进一步地，三个控制铁心上的成对控制绕组分别同向串联后由三相逆变器供电或左、右控制铁心上的四个控制绕组依次同向串联、中控制铁心上的两个控制绕组同向串联后分别由不同的直流开关功放供电。

进一步地，所述导磁桥由导磁材料制成，所述左、中、右控制铁心和转子铁心由硅钢片叠压而成；所述三个永磁环为稀土永磁材料制成。

有益效果：

1、本发明三对悬浮齿分别独立设计，控制铁心上悬浮齿设计为向内弯曲，使3片控制铁心上的六个悬浮齿与转子铁心径向共面，这样保证6个悬浮齿靠近转子铁心一端与转子铁心位置正对，每个控制铁心上的悬浮绕组通电产生的控制磁通仅经过自身、气隙和转子形成闭合回路，悬浮力控制无耦合，控制简单。