[发明专利]一种自调整型五自由度磁轴承

说明书

本发明公开了一种自调整型五自由度磁轴承，包括外定子铁心、内定子铁心、圆柱形转子；所述圆柱形转子由内圈向外圈依次套有圆柱形的内定子铁心和外定子铁心，内定子铁心采用齿槽结构，内定子铁心内部沿着圆周均布有四对内定子齿，内定子铁心在水平方向相对的设置有两对内定子齿；内定子铁心在竖直方向上也相对的设置有两对内定子齿，组成八个内定子齿，在这八个内定子齿部分别绕置径向悬浮绕组；本发明解决了现有磁力轴承在支承较重转子和负载过大时，转子扭转过大，对转子悬浮的影响，同时简化了五自由度磁轴承支承结构，同时也节省了五自由度磁轴承控制元件，具有悬浮性能可靠，利于控制的优点。

技术领域

本发明涉及一种非接触型磁悬浮轴承，特别涉及径向扭转四自由度主动悬浮控制，轴向一自由度平动主动悬浮的混合磁轴承，可作为磁悬浮电机、风力发电等机械设备中旋转部分的无接触支承。

背景技术

由于实现了无机械接触和电子控制，磁轴承具有无摩擦损耗、无需润滑及密封、耐环境性强、发热少、功耗低、圆周速度高等优点，使得磁轴承在高速、高精度及高清洁等领域具有很高的应用价值。磁轴承分为主动磁轴承、被动磁轴承和混合磁轴承，对于被动磁轴承，其结构简单，无需系统控制，但磁悬力不可控制，主动磁轴承具有控制精度高、承载力大等特性，但需加传感器、控制器和功放等设备，混合磁轴承结合了两者优点，实现了磁轴承总体性能的优化。

目前国内外研究的磁轴承主要采用轴向单自由度和径向四自由度的结构来实现磁轴承的五自由度悬浮，这种磁轴承被广泛应用于精密机械加工、航空航天等行业。对于径向是四自由度磁轴承，常常采用两个二自由度磁轴承并行控制，一个二自由度磁轴承需要至少四套控制器和功率放大器等，那么要实现径向四自由度的悬浮，至少需要八套控制器和功率放大器，因此该种磁轴承结构略显复杂，功耗较高。另外，由于两个二自由度径向悬浮绕组并排放置的话，会增加转子的轴向长度，因此，使得系统体积增大，转子的扰动增加，给系统的稳定性和控制性带来的一定的难度。同时，为了保证轴向方向的悬浮，现阶段磁轴承中大都采用带转子推力盘结构，由于轴向转子推力盘卡在磁轴承定子中间，所以轴向安装或是拆卸推力盘都比较麻烦。

因此，研究人员对五自由度磁轴承进行改进和优化。国内外现有相关专利申请情况检索有：(1)一种由轴向混合磁轴承实现转子五自由度悬浮结构(专利公开号：CN104533945 A)；(2)一种单轴控制式五自由度微型磁轴承(专利公开号：CN102297202 A)；(3)一种永磁偏置外转子四自由度主被动混合磁轴承(专利公开号：CN 104533948 A)；(4)磁悬浮电机轴承结构(专利公开号：CN 101158376 A)等。

上述专利(1)中提出由轴向混合磁轴承实现转子五自由度悬浮，该方案中转子轴向两端的电磁永磁混合磁轴承对称分布，轴向采用了主动悬浮，径向采用了被动悬浮，虽然将磁悬浮系统主动控制自由度降低到最低，省去了多余的主动自由度控制所需的部件，但是径向自由度悬浮依靠转子的自协调能力，精度略显不足，转子径向位置准确度不高。专利(2)提出了一种单轴控制式五自由度磁轴承，轴向采用的是主动磁悬浮控制，径向方向上采用的被动悬浮，利用转子的外径向对于转子的轴向长度较短的结构特点和磁阻力总是有使磁路磁阻最小的性质，通过被动悬浮，将转子拉回径向平衡位置，径向四自由度控制准确度不可控。专利(3)提出了一种体积小、集成度高、被动自由度阻尼作用大的永磁偏置外转子四自由度混合磁轴承，该混合磁轴承能够根据需要改变主动控制的自由度个数，但控制设备较多，功耗较大。专利(4)利用磁阻最小原理，通过E型磁芯与环形结合部相对应的方式，省去了止推轴承的设置，但是将转子和定子都做成E型，工艺较复杂。

发明内容

本发明的目的：解决现有磁力轴承负载过重时，转子径向扭转较大，使得转子径向悬浮力自由度控制不足，功耗较高等问题，提出了一种自调整型磁轴承.

本发明的技术方案为：