本發明專利技術涉及一種非對稱永磁偏置軸向磁軸承，由定子鐵心、帶有推力盤的轉子鐵心、永磁體和激磁線圈組成。雙E型定子鐵心組成了磁軸承Z正負方向上的4個定子磁極，Z正和Z負方向各兩個定子磁極。Z正方向和Z負方向的兩個定子磁極之間是兩個磁動勢不同的環形永磁體，可以在提供偏置磁密的時候，同時產生軸向兩個方向不同的靜態承載力。本發明專利技術利用Z正和Z負方向采用不同磁動勢的非對稱環形永磁體在產生偏置磁場的同時，產生軸向兩個方向不同的靜態承載力，從而大大減小靜態偏置電流；利用雙E型的定子鐵心的徑向空間放置激勵線圈，既節省了軸向空間，又避免了產生不必要的徑向力，且具有性能可靠、利于控制，損耗小的優點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種非接觸磁懸浮軸承，特別是一種非對稱永磁偏置軸向磁軸承，可作為電機、分子栗等機械設備中旋轉部件的無接觸支撐。
技術介紹
磁懸浮軸承分為被動磁軸承、純電磁式主動磁軸承和永磁偏置加電磁控制的混合式磁懸浮軸承。被動磁軸承雖然功耗低，但是不穩定；純電磁式磁軸承使用的電流大、功耗大；永磁偏置加電磁控制的混合式磁懸浮軸承，永磁體產生的磁場承擔主要的承載力，電磁磁場提供輔助的調節承載力，因而這種軸承可大大減小控制電流，降低損耗。目前的永磁偏置軸向磁軸承結構主要有以下幾種:一些永磁偏置軸向磁軸承使用圓柱形轉子，但是沒有推力盤，這樣雖然轉速可以保持很高，但是軸向負載力會受到限制。也有一些永磁偏置軸向磁軸承采用帶推力盤的圓柱形轉子，U型定子中間加上相同的永磁體，這樣可以避免不必要的徑向力。但是當存在軸向兩端受力不均衡時，如鼓風機等，線圈電流中占主要分量的偏置電流較大，增加了繞組銅耗和控制功放損耗。還有一些永磁偏置的徑軸向一體化磁軸承，雖然較小了體積，縮短了軸向長度，但是存在徑軸向耦合問題。由于存在上述缺陷，故現有的永磁偏置軸向磁軸承存在功耗大的缺點，并且當出現軸向兩個方向承載力不相同的情況時，現有的永磁偏置軸向磁軸承結構通常都采用偏置電流來提供靜態承載力。這就會增加控制電流，加大損耗，增加磁軸承控制系統的復雜性和控制難度。
技術實現思路
本專利技術的技術解決問題是:克服現有技術的不足，提供一種適合于軸向兩個方向承載力不同的場合使用的損耗小、易于控制、性能可靠的非對稱永磁偏置軸向磁軸承，解決了軸向兩個方向承載力不同時，對功耗要求高的磁軸承應用時所面臨的降低損耗問題，且具有性能可靠、利于控制，損耗小的優點。本專利技術的技術解決方案之一為:非對稱永磁偏置軸向磁軸承由定子鐵心、轉子鐵心、第一永磁體、激磁線圈和第二永磁體組成。雙E型定子鐵心組成了磁軸承Z正負方向上的4個定子磁極，Z正和Z負方向各兩個定子磁極。Z正方向和Z負方向的兩個定子磁極之間是兩個形狀大小相同但磁動勢不同的環形永磁體。為了保證兩個環形永磁體具有相同的溫度和頻率特性，采用不同牌號的永磁材料。兩個環形永磁體，在提供偏置磁密的時候，同時產生靜態承載力。定子鐵心內部是轉子鐵心，Z正和Z負方向定子磁極之間是推力盤。定子磁極內表面，兩個永磁體的內表面都分別與推力盤外表面留有一定的間隙，形成空氣氣隙。本專利技術利用Z正和Z負方向采用不同材料構成的非對稱永磁體在產生偏置磁場的同時，軸向兩個方向產生不同的靜態承載力，從而大大減小靜態偏置電流，減小功耗。上述方案的原理是:永磁體給軸向磁軸承提供永磁偏置磁場，并承擔磁軸承所受的靜態軸向力，激磁線圈所產生的磁場起調節作用，用來改變每個磁極下磁場的強弱，保持磁軸承定子和推力盤氣隙均勻，并使轉子得到無接觸的軸向支撐。本專利技術的永磁磁路分為第一永磁體產生的永磁磁路和第二永磁體產生的永磁磁路兩部分。第一永磁體產生的永磁磁路為:一部分磁通從第一永磁體的N極出發，通過定子鐵心構成的Z正方向的兩個磁極、Z正方向磁極對應的氣隙、第一永磁體對應的氣息回到第一永磁體的S極，形成磁懸浮軸承的第一偏置子磁路閉合回路，如圖2的實線所示。另一部分磁通從第一永磁體的N極出發，通過定子鐵心，Z負方向的兩個磁極、Z負方向磁極對應的氣隙、推力盤，第一永磁體對應的氣息回到第一永磁體的S極，形成磁懸浮軸承的第二偏置子磁路閉合回路，如圖2的實線所示。第二永磁體產生的永磁磁路為:一部分磁通從第二永磁體的N極出發，通過定子鐵心構成的Z負方向的兩個磁極、Z負方向磁極對應的氣隙、第二永磁體對應的氣息回到第二永磁體的S極，形成磁懸浮軸承的第三子偏置磁路閉合回路，如圖2的點劃線所示。另一部分磁通從第二永磁體的N極出發，通過定子鐵心，Z正方向的兩個磁極、Z正方向磁極對應的氣隙、推力盤，第二永磁體對應的氣息回到第二永磁體的S極，形成磁懸浮軸承的第四偏置子磁路閉合回路，如圖2的點劃線所示。以Z軸正方向激磁線圈電流產生的磁通為例，其路徑為:磁通的通過定子鐵心構成的Z正方向的兩個磁極，Z正方向磁極對應的氣隙，推力盤，Z負方向磁極對應的氣隙，定子鐵心構成的Z負方向的兩個磁極，最后匯合于定子鐵心，形成控制磁通閉合回路，如圖2的虛線所示。這種結構中，永磁體沒有貫穿定子鐵心，保證了電勵磁磁路不通過永磁體內部而從定子鐵心通過，從而減小了電勵磁磁路的磁阻，降低了勵磁電流。本專利技術的技術解決方案之二為:非對稱永磁偏置軸向磁軸承由定子鐵心、帶推力盤的轉子鐵心、第一永磁體、激磁線圈和第二永磁體組成。4個定子鐵心組成了磁軸承Z正負方向上的4個定子磁極，Z正和Z負方向各兩個定子磁極。Z正方向和Z負方向的兩個定子磁極之間是材料相同，但是形狀大小不同，充磁長度不同的兩個環形永磁體。這樣既保證了兩個環形永磁體相同的溫度和頻率特性，又可以在提供偏置磁密的時候，產生靜態承載力。定子鐵心內部是轉子鐵心，Z正和Z負方向定子磁極之間是推力盤。定子磁極內表面，兩個永磁體內表面都分別與推力盤外表面留有一定的間隙，形成Z正和Z負方向的空氣氣隙。本專利技術利用Z正和Z負方向采用不同形狀大小相同材料的非對稱永磁體在產生偏置磁場地同時，產生靜態軸向承載力，從而大大減小靜態偏置電流。上述方案的原理是:永磁體給軸向磁軸承提供永磁偏置磁場，并承擔磁軸承所受的靜態軸向力，激磁線圈所產生的磁場起調節作用，用來改變每個磁極下磁場的強弱，保持磁軸承定子和推力盤氣隙均勻，并使轉子得到無接觸的軸向支撐。本專利技術的永磁磁路分為第一永磁體產生的永磁磁路和第二永磁體產生的永磁磁路兩部分。第一永磁體產生的永磁磁路為:一部分磁通從第一永磁體的N極出發，通過定子鐵心構成的Z正方向的兩個磁極、Z正方向磁極對應的氣隙、第一永磁體對應的氣息回到第一永磁體的S極，形成磁懸浮軸承的第一偏置子磁路閉合回路，如圖4的實線所示。另一部分磁通從第一永磁體的N極出發，通過定子鐵心，Z負方向的兩個磁極、Z負方向磁極對應的氣隙、推力盤，第一永磁體對應的氣息回到第一永磁體的S極，形成磁懸浮軸承的第二偏置子磁路閉合回路，如圖4的實線所示。第二永磁體產生的永磁磁路為:一部分磁通從第二永磁體的N極出發，通過定子鐵心構成的Z負方向的兩個磁極、Z負方向磁極對應的氣隙、第二永磁體對應的氣息回到第二永磁體的S極，形成磁懸浮軸承的第三子偏置磁路閉合回路，如圖4的點劃線所示。另一部分磁通從第二永磁體的N極出發，通過定子鐵心，Z正方向的兩個磁極、Z正方向磁極對應的氣隙、推力盤，第二永磁體對應的氣息回到第二永磁體的S極，形成磁懸浮軸承的第四偏置子磁路閉合回路，如圖4的點劃線所示。以Z軸正方向激磁線圈電流產生的磁通為例，其路徑為:磁通的通過定子鐵心構成的Z正方向的兩個磁極，Z正方向磁極對應的氣隙，推力盤，Z負方向磁極對應的氣隙，定子鐵心構成的Z負方向的兩個磁極，最后匯合于定子鐵心，形成控制磁通閉合回路，如圖4的虛線所示。這種結構中，永磁體沒有貫穿定子鐵心，保證了電勵磁磁路不通過永磁體內部而從定子鐵心通過，從而減小了電勵磁磁路的磁阻，降低了勵磁電流。本專利技術與現有技術相比的優點在于:(I)本專利技術由于采用永磁磁場作為偏置磁場，與傳統純電磁軸承相比消除了在線圈電流中占主要分量的偏置電流，降低了繞組銅耗和控制功放損耗，因此本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種非對稱永磁偏置軸向磁軸承，包括4個定子鐵心(1)、轉子鐵心(2)、第一永磁體(3)、激磁線圈(4)和第二永磁體(5)，其特征在于：所述4個定子鐵心(1)組成磁軸承上下兩端4個磁極，其中每2個定子鐵心(1)組成了磁軸承一端的2個定子磁極；第一永磁體(3)位于由定子鐵心(1)構成的Z正方向上的2個定子磁極之間，第二永磁體(5)位于由定子鐵心(1)構成的Z負方向上的2個定子磁極之間；定子鐵心(1)內部為轉子鐵心(2)，轉子鐵心帶有推力盤(2?1)；定子鐵心(1)構成的磁極內表面，第一永磁體(3)和第二永磁體(5)內表面均分別與推力盤(2?1)上下兩個外表面均留有間隙，形成Z正方向空氣氣隙(6)和Z負方向空氣氣隙(7)；激磁線圈(4)位于定子鐵心(2)最外端與推力盤(2?1)之間形成的徑向空間里。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：房建成，任小均，韓邦成，樂韻，劉剛，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：北京;11
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