[发明专利]一种永磁上吸下斥结构的低功耗混合式磁轴承

说明书

所属技术领域

本发明专利属于非接触式磁悬浮轴承领域，是一种永磁上吸下斥结构的低功耗混合式 磁轴承，可取代目前的接触式机械轴承，可作为风力发电机、电动机、分子泵，高速轴承， 能量存贮、空间和物理应用等旋转设备的无接触支撑部件。

背景技术

磁悬浮轴承具有无接触、无磨损、无摩擦、寿命长、无润滑、免维护、温度适应性好， 可控性高等优点，在节能降阻和高速运转等领域有重要的意义。目前磁悬浮轴承一般是单 纯研究径向磁轴承或轴向磁轴承，纯径向磁轴承在实际应用过程中，需结合使用钢珠等机 构完成轴向的约束，而纯轴向的磁轴承一般应用在径向不需要约束的场合，均没有实现6 自由度全方位稳定立体悬浮，而且无论是径向磁轴承还是轴向磁轴承，其实现方式主要有 三类：①纯依靠永磁，减小轴承间的摩擦力，但不能实现无接触悬浮；②纯依靠电磁，调 节转子的平衡位置，但系统功耗较大；③基于永磁偏置的电磁调节模式，该模式中永磁磁 路和电磁磁路可以相同也可以不同，磁路相同时应预留空气隙，以使电磁磁场能够通过， 但是这种模式不能抵消转轴的重力，而且气隙减小侧的作用吸力更大，不利于建立稳定的 工作状态，电流功耗也不是最低。本专利采用永磁体上吸下斥的结构抵消了磁悬浮轴的重 力，并将径向磁轴承和轴向磁轴承封装在一起，实现了转轴的稳定悬浮和稳定旋转。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种零重力作用的，低功耗的， 可径向和轴向混合调节的，能6自由度稳定悬浮和旋转的磁轴承。

本发明的技术解决方案为：永磁上吸下斥结构的低功耗混合式磁轴承，其基本特征在 于：由外导磁环，外绝磁环，定子铁芯，径向励磁线圈，径向调节外永磁半环，径向调节 内永磁环，转子铁芯，内绝磁环，内导磁环，轴向调节外永磁环，吸力盘，轴向励磁线圈、 径向调节空气隙、轴向调节空气隙、预留空气隙和转子轴组成。定子铁芯包括电磁铁芯、 永磁铁芯、永磁和电磁共用铁芯三个主要部分，每个电磁铁芯组成4个方向的电磁磁极， 在每个电磁铁芯上都绕有径向励磁线圈，分别分布在X轴、Y轴的正负方向，左右两端电磁 铁芯一共形成8个电磁磁极，2个永磁铁芯环形成4个半圆环形的永磁磁极，圆环的上半面 是吸引力，下半面是排斥力。永磁铁芯环和电磁铁芯都固定在外导磁环上，永磁铁芯环和 电磁铁芯之间采用外绝磁环隔离磁路，定子Y轴负半方向，两个永磁铁芯环中间，通过外 导磁环夹着径向调节外永磁半环，定子铁芯的内部是转子铁芯，定子铁芯内表面与转子铁 芯外表面之间有一定的间隙，形成径向空气隙。2个永磁和电磁共用铁芯，内部缠绕轴向励 磁线圈，分别对称分布在Z轴的正负方向，永磁和电磁共用铁芯由2部分组成，均固定在 外导磁环上，中间夹着轴向调节外永磁圆环，并在外导磁环上夹有外隔磁环。转子铁芯包 括永磁铁芯环、电磁铁芯环、吸力盘三部分，永磁铁芯环和电磁铁芯环都固定在内导磁环 上，永磁铁芯环和电磁铁芯环之间是内绝磁环，永磁铁芯环和永磁铁芯环之间是内导磁环， 内导磁环中间夹着径向调节内永磁环，吸力盘固定在转轴的两端。