一種永磁偏置混合軸向磁軸承制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種永磁偏置混合軸向磁軸承，包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件，所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸及轉(zhuǎn)子雙推力盤；所述定子組件包括定子外殼、上定子端板、上永磁體、定子中心板、下永磁體、下定子端板、定子勵磁線圈；所述上定子端板和下定子端板分別與轉(zhuǎn)子雙推力盤的外端面構(gòu)成外上氣隙和外下氣隙，所述定子中心板與轉(zhuǎn)子雙推力盤的內(nèi)端面構(gòu)成內(nèi)上氣隙和內(nèi)下氣隙；所述上永磁體和下永磁體軸向充磁，且充磁方向相反。在所述內(nèi)外氣隙內(nèi)產(chǎn)生永磁偏置磁場，定子勵磁線圈產(chǎn)生的磁場可以對永磁偏置磁場進行調(diào)節(jié)；所述磁軸承結(jié)構(gòu)堅固可靠、可應(yīng)用于高速運行場合、具有高能量密度，適用于大功率大承載力的高速系統(tǒng)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)公開一種永磁偏置混合軸向磁軸承，包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件，所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸及轉(zhuǎn)子雙推力盤；所述定子組件包括定子外殼、上定子端板、上永磁體、定子中心板、下永磁體、下定子端板、定子勵磁線圈；所述上定子端板和下定子端板分別與轉(zhuǎn)子雙推力盤的外端面構(gòu)成外上氣隙和外下氣隙，所述定子中心板與轉(zhuǎn)子雙推力盤的內(nèi)端面構(gòu)成內(nèi)上氣隙和內(nèi)下氣隙；所述上永磁體和下永磁體軸向充磁，且充磁方向相反。在所述內(nèi)外氣隙內(nèi)產(chǎn)生永磁偏置磁場，定子勵磁線圈產(chǎn)生的磁場可以對永磁偏置磁場進行調(diào)節(jié)；所述磁軸承結(jié)構(gòu)堅固可靠、可應(yīng)用于高速運行場合、具有高能量密度，適用于大功率大承載力的高速系統(tǒng)。【專利說明】一種永磁偏置混合軸向磁軸承
本專利技術(shù)屬于磁懸浮
，更具體地，涉及一種低待機損耗的永磁偏置混合軸向磁軸承；可應(yīng)用于飛輪儲能系統(tǒng)、電主軸、衛(wèi)星反作用輪等低損耗的高速場合。
技術(shù)介紹
軸向磁軸承是利用定、轉(zhuǎn)子之間磁力使二者互不接觸，達到控制轉(zhuǎn)子軸向單個自由度運動的高性能新型軸承，可按照磁力提供方式將軸向磁軸承分為三類:純永磁軸向軸承、純電勵磁軸向軸承和永磁偏置混合軸向軸承。其中純永磁軸向軸承損耗低，結(jié)構(gòu)簡單，但剛度小，軸承狀態(tài)不可控，不適合大承載力高速場合；純電勵磁軸向軸承狀態(tài)可控，剛度較大，但由于電勵磁提供偏置磁場，待機損耗大；永磁偏置混合軸向軸承綜合了二者的優(yōu)點，充分利用永磁體提供的偏置磁場，待機損耗小，狀態(tài)可控，是未來軸向磁軸承的發(fā)展主流。目前混合軸向軸承的結(jié)構(gòu)存在一些不足:有些采用轉(zhuǎn)子單推力盤結(jié)構(gòu)，將線圈置于定子槽內(nèi)，永磁體放在轉(zhuǎn)子的推力盤上，雖然簡化了磁路模型，但是增加了安裝工藝的難度，且永磁體質(zhì)地較脆的特性限制了這種結(jié)構(gòu)在高速場合的應(yīng)用；有些采用轉(zhuǎn)子雙推力盤結(jié)構(gòu)，永磁體置于定子鐵心內(nèi)，線圈嵌入轉(zhuǎn)子雙推力盤之間，這種結(jié)構(gòu)線圈安裝困難，不適用于高速場合；有些結(jié)構(gòu)將永磁體和線圈同時置于定子鐵心內(nèi)，安裝簡單，但電勵磁磁路穿過永磁體,造成運行過程中電勵磁磁場對永磁體反復沖退磁,縮短了永磁體的壽命，降低了系統(tǒng)的可靠性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種結(jié)構(gòu)堅固可靠、可高速運行、待機損耗小且能提供永磁卸載力的永磁偏置混合軸向磁軸承。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種永磁偏置混合軸向磁軸承，包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件，所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸及套裝在轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子雙推力盤；所述定子組件包括定子外殼、上定子端板、下定子端板、設(shè)置在上定子端板和下定子端板中間的定子中心板、位于定子中心板與上定子端板之間的上永磁體及位于定子中心板與下定子端板之間的下永磁體，以及位于定子外殼與上定子端板、定子中心板及下定子端板圍合形成空間內(nèi)的定子勵磁線圈；所述上定子端板和下定子端板分別與轉(zhuǎn)子雙推力盤的外端面構(gòu)成外上氣隙和外下氣隙，所述定子中心板與轉(zhuǎn)子雙推力盤的內(nèi)端面構(gòu)成內(nèi)上氣隙和內(nèi)下氣隙；所述上永磁體和下永磁體軸向充磁，且充磁方向相反。優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子雙推力盤的兩個推力盤的外徑相等，為軸對稱結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地,所述轉(zhuǎn)子雙推力盤采用軟磁材料。優(yōu)選地，所述外上氣隙與外下氣隙大小相等，所述內(nèi)下氣隙的大小小于內(nèi)上氣隙的大小。優(yōu)選地，所述上永磁體和下永磁體采用的是相同的環(huán)形永磁體；所述上永磁體距定子中心板和上定子端板的端面距離為其自身高度的一倍以上，所述下永磁體距定子中心板和下定子端板的端面距離為其自身高度的一倍以上。優(yōu)選地，所述定子組件內(nèi)的定子勵磁線圈進行灌膠處理。進一步地，所述定子外殼采用軟磁材料。本專利技術(shù)的工作原理是:由上、下永磁體提供混合軸向磁軸承的偏置磁場，由定子勵磁線圈來實現(xiàn)控制所需要的磁場調(diào)節(jié)。上、下永磁體的磁通路徑主要有三條，第一條為上永磁體N極一上定子端板一外上氣隙一轉(zhuǎn)子雙推力盤一內(nèi)上氣隙一定子中心板一上永磁體S極，第二條是上永磁體N極一上定子端板一外上氣隙一轉(zhuǎn)子雙推力盤一內(nèi)下氣隙一定子中心板一上永磁體S極,另一條是下永磁體N極一下定子端板一外下氣隙一轉(zhuǎn)子推力盤一內(nèi)下氣隙一定子中心板一下永磁體S極。定子勵磁線圈產(chǎn)生的電勵磁磁通路徑為上定子端板—外上氣隙一轉(zhuǎn)子雙推力盤一外下氣隙一下定子端板一定子外殼。永磁體和定子勵磁線圈產(chǎn)生的磁場在外上氣隙和外下氣隙中疊加或抵消，共同作用在轉(zhuǎn)子雙推力盤上產(chǎn)生承載力。定子組件內(nèi)定子勵磁線圈的電流方向可以雙向調(diào)節(jié)，當勵磁電流為正時，沿轉(zhuǎn)子雙推力盤分布的電勵磁磁場方向向上，分別在外上氣隙、外下氣隙處疊加，外上氣隙磁場增強，外下氣隙磁場削弱，導致抵消重力后的承載力向上；同理，當定子勵磁線圈的電流為負時，抵消重力后的承載力向下。本專利技術(shù)與現(xiàn)有永磁偏置混合軸向磁軸承相比，具有以下特點:(I)永磁體位于定子組件內(nèi)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對其影響小，特別適合應(yīng)用于高速場合；(2)電勵磁磁路不經(jīng)過永磁體，不存在附加氣隙，所需電勵磁磁動勢小，電勵磁效率高；調(diào)節(jié)勵磁電流不會引起永磁體的不可逆失磁，可靠性高；(3)通過轉(zhuǎn)子雙推力盤的內(nèi)上下氣隙大小不同來提供抵消轉(zhuǎn)子重力的磁場，有效減少了電勵磁電流，降低了磁軸承待機損耗；(4)電勵磁磁路與提供永磁卸載力的永磁磁路完全解耦，有利于控制系統(tǒng)實現(xiàn)精確控制，提供了系統(tǒng)的可靠性。【專利附圖】【附圖說明】圖1為本專利技術(shù)永磁偏置混合軸向磁軸承的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)實施例的永磁磁路示意圖； 圖3為本專利技術(shù)實施例的電勵磁磁路示意圖；在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:1.1一上氣隙、1.2一內(nèi)上氣隙、1.3一內(nèi)下氣隙、1.4一外下氣隙、10—轉(zhuǎn)軸、11 一轉(zhuǎn)子雙推力盤、12—上定子端板、13—下定子端板、14一上永磁體、15一下永磁體、16一定子中心板、17一定子勵磁線圈、18—定子外殼。【具體實施方式】為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本專利技術(shù)進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。此外，下面所描述的本專利技術(shù)各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。如圖1所示的一種永磁偏置混合軸向磁軸承，包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件。轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸10及套裝在轉(zhuǎn)軸10上的轉(zhuǎn)子雙推力盤11 ;轉(zhuǎn)子雙推力盤11的兩個推力盤的外徑相等，為軸對稱結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子雙推力盤11由于受轉(zhuǎn)速影響可根據(jù)實際進行選擇，高速場合需采用高強度的軟磁材料，強度的大小則需要根據(jù)實際應(yīng)用計算而定，而轉(zhuǎn)軸采用高強度鋼。定子組件均采用高導磁性能的電工純鐵材料，包括定子外殼18、上定子端板12、下定子端板13、設(shè)置在上定子端板12和下定子端板13中間的定子中心板16、位于定子中心板16與上定子端板12之間的上永磁體14及位于定子中心板16與下定子端板13之間的下永磁體15,以及位于定子外殼18與上定子端板12、定子中心板16及下定子端板13圍合形成空間內(nèi)的定子勵磁線圈17。上、下永磁體14、15位于定子中心板16和上、下定子端板12、13之間，與轉(zhuǎn)子雙推力盤11 一起構(gòu)成永磁磁路,定子勵磁線圈17位于定子外殼18與上、下定子端板12、13、定子中心板16之間，與轉(zhuǎn)子雙推力盤11構(gòu)成電勵磁磁路。上定子端板12和下定子端板13分別與轉(zhuǎn)子雙推力盤11的外端面構(gòu)成外上氣隙1.1和外下氣隙1.4，定子中心板16與轉(zhuǎn)子雙推力盤11的內(nèi)端面構(gòu)成內(nèi)上氣隙1.本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種永磁偏置混合軸向磁軸承，包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸（10）及套裝在轉(zhuǎn)軸（10）上的轉(zhuǎn)子雙推力盤（11）；所述定子組件包括定子外殼（18）、上定子端板（12）、下定子端板（13）、設(shè)置在上定子端板（12）和下定子端板（13）中間的定子中心板（16）、位于定子中心板（16）與上定子端板（12）之間的上永磁體（14）及位于定子中心板（16）與下定子端板（13）之間的下永磁體（15），以及位于定子外殼（18）與上定子端板（12）、定子中心板（16）及下定子端板（13）圍合形成空間內(nèi)的定子勵磁線圈（17）；所述上定子端板（12）和下定子端板（13）分別與轉(zhuǎn)子雙推力盤（11）的外端面構(gòu)成外上氣隙（1.1）和外下氣隙（1.4），所述定子中心板（16）與轉(zhuǎn)子雙推力盤（11）的內(nèi)端面構(gòu)成內(nèi)上氣隙（1.2）和內(nèi)下氣隙（1.3）；所述上永磁體（14）和下永磁體（15）軸向充磁，且充磁方向相反。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王東，蘇振中，吳磊濤，張賢彪，王抗，易新強，林楠，
申請(專利權(quán))人：中國人民解放軍海軍工程大學，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42