[发明专利]一种双线圈径向球面纯电磁磁轴承

摘要

一种双线圈径向球面纯电磁磁轴承，主要由沿±X方向和±Y方向放置的四个定子铁心、第一线圈、第二线圈、套筒、气隙和转子组成。本发明采用球面磁轴承结构，使转轴所受电磁力始终经过球心，当转轴球心与质心重合时，电磁力相对转轴产生的扭矩为零，从而消除了径向扭动对轴向平动的干扰。此外，定子铁心采用特定的极靴结构，使圆周上的磁场分布更加均匀，定子铁心的激磁线圈采用双线圈结构，且两线圈匝数不同，匝数少的线圈电流可控，匝数大的线圈电流不变，与单线圈结构相比提高了电流响应速率，可控电流采用差动形式，进一步提高了磁轴承的控制精度。

主权项

1.一种双线圈径向球面纯电磁磁轴承，其特征在于：主要包括：沿±X方向和±Y方向放置的四个定子铁芯(1)、线圈(2)、套筒(3)、气隙(4)和转子(5)；其中径向轴承线圈(2)绕制于每个定子铁芯(1)的两个磁极上，四个定子铁芯(1)的径向内侧为转子(5)，定子铁芯(1)和转子(5)之间形成径向磁气隙(4)，定子铁芯(1)的径向外侧为套筒(3)，所述的每个定子铁芯(1)磁极分为前部、中部和根部，其前部左侧边缘与右侧边缘形成的夹角为83°，沿圆周上相邻的两个定子铁芯(1)磁极之间的距离为2mm，每个定子铁芯(1)磁极前部的左侧边缘与中部连接处夹角为152°，中部的两个直线段之间的夹角为91°，中部与根部圆弧的切线方向的夹角为123°；同理，每个定子铁芯(1)磁极前部的右侧边缘与中部连接处夹角为152°，中部的两个直线段之间的夹角为91°，中部与根部圆弧的切线方向的夹角为123°，定子铁芯采用的极靴结构，使磁场沿圆周方向具有较好的均匀度，并且磁极部分的各个部分角度不同，可以使得磁极中磁密更加均匀，不会导致局部磁密饱和的现象，进一步提高了磁轴承的控制精度，每个定子铁芯(1)的磁极上所缠绕的线圈(2)包括第一激磁线圈(2‑1)和第二激磁线圈(2‑2)，定子铁芯的激磁线圈采用双线圈结构，且两线圈匝数不同，匝数少的线圈电流可控，产生调节磁场，匝数多的线圈电流不变，产生偏置磁场，由于可控线圈的匝数少，因此电感小，可大大提高电流响应速率，可控电流采用差动形式，其中第一激磁线圈(2‑1)靠近气隙(4)侧，第二激磁线圈(2‑2)靠近磁极根部，第一激磁线圈(2‑1)匝数为29匝，其控制电流可调，第二激磁线圈(2‑2)匝数为168匝，其控制电流不变，第一激磁线圈(2‑1)和第二激磁线圈(2‑2)之间的径向间隙为1.6mm，所述的定子铁芯(1)和转子(5)均为1J50导磁实心块材，所述的转子(5)的球面直径取21.9mm直径，转子(5)左球面所对应的球心角为84°，转子(5)左球面上侧边缘与转子(5)左球面上侧圆弧边缘切线所成夹角为132°，转子(5)左球面下侧边缘与转子(5)左球面下侧圆弧边缘切线所成夹角为132°，转子(5)右球面所对应的球心角为84°，转子(5)右球面上侧边缘与转子(5)右球面上侧圆弧边缘切线所成夹角为132°，转子(5)右球面下侧边缘与转子(5)右球面下侧圆弧边缘切线所成夹角为132°，所述的径向气隙(4)大小为0.55mm，当需要径向承重时，上定子铁芯(1)的两个磁极的第一线圈匝数为30匝，第二线圈匝数为160匝，下定子铁芯(1)的两个磁极的第一线圈匝数为20匝，第二线圈匝数为120匝，这样设计的目的是使得偏置磁场大小不同，使得承重方向的线圈电流实现最小化。