一種模塊化的徑向單自由度混合磁懸浮軸承制造技術

本發明專利技術公開了一種模塊化的徑向單自由度混合磁懸浮軸承。一個模塊單元結構包括兩塊定子鐵芯、永磁體、轉子鐵芯和控制線圈，轉子鐵芯同軸固定在轉軸上，兩塊定子鐵芯均為半環形體，兩塊定子鐵芯的兩端之間各通過一永磁體相對接，并套在轉子鐵芯外圈對稱的兩側形成環形定子，兩塊定子鐵芯的齒部位于兩端部，每塊定子鐵芯的中間為軛部上繞制控制線圈，定子鐵芯的兩端磁極和轉子鐵芯之間留有工作氣隙；一個模塊單元結構控制轉子一個自由度的運動，相同結構的模塊進行旋轉90°就可控制轉子另一個自由度的運動。本發明專利技術能夠讓不同模塊單元結構之間單獨進行控制，因而，不同方向的控制磁場相互解耦，便于控制系統的設計，具有靈活度。

A modular radial single degree of freedom hybrid magnetic suspension bearing

The invention discloses a modular radial single degree of freedom hybrid magnetic suspension bearing. A module structure comprises two pieces of stator core, permanent magnet, a rotor core and a control coil, coaxial rotor core is fixed on the rotary shaft, two pieces of stator core are semi ring shape between two pieces of stator core ends through a permanent magnet relative access, and form an annular stator set on both sides of the outer rotor iron core symmetric, two pieces of stator teeth located at both ends of each intermediate stator core is winded on the control yoke coil, a gap is left between the stator core and rotor core pole ends; a module structure to control the rotor with one degree of freedom movement, the same structure module to rotate 90 you can exercise a degree of freedom control rotor. The invention can control the structure of different modules and units separately, so that the controlled magnetic fields in different directions are decoupled from each other, so that the design of the control system is convenient, and the activity is flexible.

【技術實現步驟摘要】
一種模塊化的徑向單自由度混合磁懸浮軸承
本專利技術涉及了一種磁懸浮軸承，尤其涉及了一種模塊化的徑向單自由度混合磁懸浮軸承。
技術介紹
磁懸浮軸承是利用磁力作用產生承載力，將轉子懸浮，使轉子和定子之間沒有機械接觸的新型軸承。和其它傳統軸承相比，主要有無機械接觸和特性可控的優勢。無機械接觸使轉子可以實現高轉速，并且能耗低、無需潤滑；特性可控使整體系統更加靈活智能，并能在線監控工作狀態，在工業應用中具有廣泛的前景。磁懸浮軸承根據磁場來源一般可分成三類：主動磁軸承(電磁)、被動磁軸承(永磁)和混合磁懸浮軸承(永磁和電磁混合)。混合磁懸浮軸承采用永磁體來產生偏置磁場，線圈通電產生控制磁場，兩者在氣隙中相互疊加或者抵消產生承載力。能夠減小線圈的銅耗和尺寸，從而提高磁懸浮軸承的結構緊湊性，在多個應用領域得到很大發展。但是現有的混合磁懸浮軸承結構設計存在一些不足：大部分結構設計中，線圈纏繞在磁極上，線圈需要一定的空間容納，從而造成軸承的外徑過大；大部分的結構設計都是對兩自由度同時進行控制，甚至是三個、五個自由度同時考慮，這種情況下，轉軸中需要集中幾段較長的部分來安裝軸承，因而，轉軸往往也需要根據磁懸浮軸承的結構進行設計制造；大部分的結構設計是根據特定工況進行的，在工況改變之后，磁軸承的結構無法相應調整；部分結構過于復雜，加工制造難度大；部分結構不同方向的磁場存在耦合現象，增加控制系統的復雜度，影響軸承的可靠性。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供了一種模塊化的徑向單自由度混合磁懸浮軸承，能夠為克服上述的一些現有結構的不足。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：本專利技術包括至少一個模塊單元結構，一個模塊單元結構包括兩塊定子鐵芯、永磁體、轉子鐵芯和控制線圈，轉子鐵芯同軸固定在轉軸上，兩塊定子鐵芯置于轉子鐵芯外圈對稱的兩側，兩塊定子鐵芯之間通過永磁體連接，定子鐵芯上繞制控制線圈。所述的兩塊定子鐵芯均為半環形體，兩塊定子鐵芯的兩端之間各通過一永磁體相對接，并套在轉子鐵芯外形成環形定子，兩塊定子鐵芯的齒部位于兩端部，每塊定子鐵芯的中間為軛部上繞制控制線圈，從而組成定子部分，定子鐵芯的兩端磁極和轉子鐵芯之間留有工作氣隙。現有的控制線圈是纏繞在定子鐵芯的軛部，但是本專利技術的控制線圈纏繞在定子鐵芯的軛部，而不是纏繞在齒部。兩塊定子鐵芯上的兩個控制線圈相串聯相接，通入電流后產生的磁場方向為沿同一順或逆時針方向。兩塊定子鐵芯兩端之間的兩塊永磁體的磁極方向相同。所述的轉子鐵芯和定子鐵芯均由硅鋼片疊壓而成。疊壓方向都垂直于通過的磁場方向。所述的磁懸浮軸承是模塊化的，是由至少一個模塊單元結構以相同角度方向安裝在轉軸上，一個模塊單元結構控制轉子一個自由度的運動，相同結構的模塊進行旋轉90°就可控制轉子另一個自由度的運動，多個模塊單元結構結合使用，因此不同模塊單元結構控制轉子不同自由度的運動，不同模塊之間單獨進行控制，不同角度方向的模塊單元結構的控制磁場相互解耦。一個模塊單元結構在轉軸上所占的長度較小，可以在轉軸空置部分靈活地安裝和調整，而無需集中安裝。本專利技術的工作原理是：以Y軸方向為例，定子安裝時，兩個磁極沿Y軸方向。永磁體產生偏置磁場，其磁通從永磁體N極出發，通過定子鐵芯、工作氣隙、轉子鐵芯、工作氣隙、定子鐵芯，回到永磁體的S極。控制線圈產生控制磁場，控制磁通通過定子鐵芯、工作氣隙、轉子鐵芯、工作氣隙，回到定子鐵芯。通過控制系統向控制線圈通入控制電流，其產生的控制磁場在一個磁極下的工作氣隙中和永磁體產生的偏置磁場抵消，在另一個磁極下的工作氣隙中疊加，從而在轉子上產生一個Y軸方向的承載力。同理，定子旋轉90°安裝，就可產生X軸方向的承載力。本專利技術的有益效果是：1、結構簡單、各個部分加工容易；2、控制線圈纏繞在定子鐵芯的軛部，齒部上無需纏繞線圈，可以減小齒部的長度，軛部供線圈纏繞空間較大，線圈能夠沿軛部均勻的纏繞使其減小所占空間的徑向長度，因而，能減小軸承的外徑，使整體結構能夠更加緊湊；3、一個模塊結構只控制一個方向的力，不同模塊之間單獨進行控制，因而，不同方向的控制磁場相互解耦，便于控制系統的設計；4、多個模塊化結合使用，可以實現靈活的設計安裝，可以安裝在轉軸的空置部分，無需重新設計轉軸，在工況改變時，也可以對各個模塊進行調整以適應工況，而無需重新設計軸承，靈活度高；5、定子鐵芯和轉子鐵芯中的磁場方向都與硅鋼片的疊壓方向垂直，既能減小磁路中鐵芯部分的磁阻，減小永磁體用量和控制電流大小，也能減小渦流損耗。附圖說明圖1為本專利技術的結構示意圖；圖2為本專利技術實施例的永磁體產生的偏置磁路和控制電流產生的控制磁路示意圖；圖中：1、定子鐵芯，2、永磁體，3、轉子鐵芯，4、控制線圈，5、轉軸，6、永磁偏置磁場磁路，7、控制磁場磁路。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1所示，本專利技術提供一種模塊化的徑向單自由度混合磁懸浮軸承，一個模塊結構由兩塊定子鐵芯1、轉子鐵芯3、永磁體2、控制線圈4組成。其中兩個C字形狀的定子鐵芯1對稱放置，中間安裝有兩塊永磁體2，定子鐵芯1的齒部形成兩個磁極，軛部上纏繞控制線圈4，組成定子部分。轉子鐵芯3安裝在轉軸5上，磁極和轉子鐵芯3之間留有工作氣隙。控制線圈4纏繞在定子鐵芯1的軛部，而不是在齒部，可以減小齒部的長度，軛部可供控制線圈4纏繞空間較大，控制線圈4能夠沿軛部均勻的纏繞使其減小其所占空間的徑向長度，因此能減小軸承的外徑，使整體結構能夠更加緊湊。兩塊定子鐵芯1均為半環形體，兩塊定子鐵芯1的兩端之間各通過一永磁體2相對接，并套在轉子鐵芯3外形成環形定子，兩塊定子鐵芯1的齒部位于兩端部，每塊定子鐵芯1的中間為軛部上繞制控制線圈4，從而組成定子部分，定子鐵芯1的兩端磁極和轉子鐵芯3之間留有工作氣隙。兩塊定子鐵芯1上的兩個控制線圈4相串聯相接，通入電流后產生的磁場方向為沿同一順或逆時針方向，兩塊定子鐵芯1兩端之間的兩塊永磁體2的磁極方向相同，從而控制磁場和永磁偏置磁場在氣隙中抵消或疊加，產生承載力。本專利技術的具體實施原理如下：如圖2所示，XY二維坐標系中，X軸方向和Y軸方向相垂直，Y軸方向沿兩塊永磁體2之間的連線方向。在本實施例中，以Y軸方向為例，兩塊永磁體2充磁方向為X軸負方向，產生永磁偏置磁場，永磁偏置磁場磁路6如圖2中的實線所示，其磁通從永磁體2的N極出發進入左側定子鐵芯1的一磁極端，然后經工作氣隙進入轉子鐵芯3上部，再經工作氣隙進入右側定子鐵芯1的一磁極端，最后回到永磁體2的S極。控制線圈4產生控制磁場，兩個控制線圈串聯相接，通入電流后產生的磁場方向一致。控制磁場磁路7如圖2中的虛線所示，例如對于左側的定子鐵芯1，控制磁通由定子鐵芯1的一磁極端出發，經工作氣隙進入轉子鐵芯3，接著在轉子鐵芯3通過半圈后經由工作氣隙回到定子鐵芯1的另一磁極端。通過控制系統向控制線圈4中通入控制電流，其產生的控制磁場磁路7在Y軸正方向的工作氣隙中和永磁體2產生的偏置磁場磁路6方向相同，磁場相互疊加，在Y軸負方向的工作氣隙中方向相反，磁場相互抵消，從而在轉子鐵芯3上產生一個Y軸正方向的承載力。如要產生X方向的承載力，只需定子部分轉動90°即可，根據實際情況，多個模塊單元結構可以結合使用，一個模塊單元結構在轉軸5上所占的長度較小，可本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種模塊化的徑向單自由度混合磁懸浮軸承，其特征在于：包括至少一個模塊單元結構，一個模塊單元結構包括兩塊定子鐵芯(1)、永磁體(2)、轉子鐵芯(3)和控制線圈(4)，轉子鐵芯(3)同軸固定在轉軸(5)上，兩塊定子鐵芯(1)置于轉子鐵芯(3)外圈對稱的兩側，兩塊定子鐵芯(1)之間通過永磁體(2)連接，定子鐵芯(1)上繞制控制線圈(4)。

【技術特征摘要】
1.一種模塊化的徑向單自由度混合磁懸浮軸承，其特征在于：包括至少一個模塊單元結構，一個模塊單元結構包括兩塊定子鐵芯(1)、永磁體(2)、轉子鐵芯(3)和控制線圈(4)，轉子鐵芯(3)同軸固定在轉軸(5)上，兩塊定子鐵芯(1)置于轉子鐵芯(3)外圈對稱的兩側，兩塊定子鐵芯(1)之間通過永磁體(2)連接，定子鐵芯(1)上繞制控制線圈(4)。2.根據權利要求1所述的一種模塊化的徑向單自由度混合磁懸浮軸承，其特征在于：所述的兩塊定子鐵芯(1)均為半環形體，兩塊定子鐵芯(1)的兩端之間各通過一永磁體(2)相對接，兩塊定子鐵芯(1)的齒部位于兩端部，每塊定子鐵芯(1)軛部上繞制控制線圈(4)，定子鐵芯(1)的兩端磁極和轉子鐵芯(3)之間留有工作氣隙。3.根據權利要求1所述的一種模塊化的徑向單自由度...

【專利技術屬性】
技術研發人員：方攸同，吳立建，鐘云龍，黃曉艷，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江,33