[发明专利]五自由度永磁偏置磁轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种五自由度永磁偏置磁轴，特别涉及一种适用于无轴承电机和高速飞轮储能系统等机械设备中旋转部件的无轴承支承的五自由度永磁偏置磁轴。

背景技术

磁轴承又称磁悬浮轴承，是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触，即在转子和定子之间形成一定距离的空气间隙(简称气隙)，所以磁悬浮轴承的转子可以达到很高的转速，并且没有机械磨损、无需润滑、能耗低、无污染等优点，特别适用于高速、真空和超洁净的应用场合。

目前，磁轴承按照磁力提供的方式可以分为以下几种：第一种是主动磁悬浮轴承，这种磁轴承线圈中存在偏置电流，以提供偏置磁场，由控制电流流经控制绕组产生的控制磁通进行叠加，从而产生可控的磁浮力，体积、重量和功耗都比较大。第二种是被动磁轴承，这种磁轴承的悬浮力完全由永磁提供，其所需的控制器简单，悬浮功耗小，但是刚度和阻尼都比较小，一般运用于仅在一个方向支承物体或者是减轻作用在传统轴承上的负荷。第三种是混合磁轴承，这种磁轴承采用永磁材料替代主动磁轴承中的电磁铁来产生偏置磁场，电磁铁提供的只是平衡负载或干扰的控制磁场，大大降低了因偏置电流产生的功率损耗，电磁铁所需的安匝数只是主动磁轴承的一半，缩小了吃轴承的体积，减轻了其重量，并提高了承载能力。

目前对五自由度永磁偏置磁轴承的研究主要有以下几种：一种是采用单独的轴向磁轴承和径向磁轴承的组合来实现五自由度的支承，这种方式使得整个轴向尺寸较长。另一种是将径向和轴向磁轴承集成在一起，但是转子结构复杂，转动惯量大，定子径向尺寸也较大，装配困难；轴向控制无被动刚度，消耗功率大；有些径向主动控制的磁路不能形成闭合回路，因此消耗功率较大。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种适用于无轴承电机和高速飞轮储能系统等机械设备中旋转部件的无轴承支承的五自由度永磁偏置磁轴。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种五自由度永磁偏置磁轴承，包括定子组件和转子组件，其特征在于：定子组件上的径向定子磁极和轴向定子磁极分别与转子组件上的磁极一一对应的设置。

进一步地，所述定子组件位于转子组件的外侧，包括，沿定子组件轴向方向依次布置的一个径向定子，一个轴向定子，一个径向定子，各个径向定子向转子组件方向径向延伸出四个径向定子磁极，相对的一对径向定子磁极偏置磁场方向相反，每个径向定子磁极上安装有一径向控制线圈，在相对的一对径向定子磁极上的径向控制线圈相串联。

进一步地，各个径向定子磁极上均开有一个或多个槽。

进一步地，轴向定子在转子组件轴向方向上位于两个径向定子之间，其轴向方向的两端各自连接一个永磁铁，两个永磁铁在轴向的充磁方向是相反的。

进一步地，两个径向定子分别对称的设于轴向定子的两端，其内表面与永磁铁的外表面贴在一起。

进一步地，轴向定子具有两个在定子组件轴向方向上间隔布置的轴向定子磁极，两个轴向定子磁极之间形成一个槽，槽中设有轴向控制线圈。

进一步地，所述转子组件包括一转子轴和套装在转子轴上的转子软铁。

进一步地，所述转子软铁在轴向分布四个磁极，分别与定子组件上的磁极相对应。

进一步地，各个径向定子磁极上均开有一个或多个槽，所述转子软铁上与径向定子磁极相对应的磁极上开有相同数量的槽。

进一步地，转子软铁上与轴向定子磁极相对应的磁极在定子组件轴向方向上错开2/3磁极厚度设置。

本发明的有益效果主要体现在：简化了转子结构，装配方便，在径向定子磁极上开槽，消耗功率低。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明的优选实施方式的结构示意图。

图2：本发明的优选实施方式的图1的结构示意图的左视图。

图3：本发明的优选实施方式的偏置磁场原理图

图4：本发明的优选实施方式的径向磁浮控制磁路原理图。

图5：本发明的优选实施方式的轴向磁浮控制磁路原理图。

图6：本发明的优选实施方式的扭转磁浮控制磁路原理图。

其中：

1转子轴      5径向控制线圈

2径向定子    6转子软铁

3轴向定子    7轴向控制线圈

4永磁铁      8径向定子磁极

具体实施方式

有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。