[发明专利]一种永磁偏置磁悬浮轴承

说明书

本发明公开了一种永磁偏置磁悬浮轴承，包括轴向磁悬浮轴承以及放置在轴向磁悬浮轴承内部的径向磁悬浮轴承，永磁体连接轴向导磁环与径向定子铁芯，同时提供轴向与径向的偏置磁场；锥形推力盘前后面为平面，与轴向导磁环形成轴向磁间隙；轴向线圈位于轴向导磁环内部上下两侧，提供轴向控制磁场；径向定子铁芯中心形成锥形孔，锥形推力盘外部为锥形转子叠层；锥形转子叠层外侧圆周边缘为锥形，边缘锥形面与径向定子铁芯的锥形孔表面相平行，形成锥形径向磁间隙；径向磁通在每个径向磁极处产生一个垂直径向锥形面的力，因此径向磁轴承在输出径向力的同时可提供一个轴向卸载力，实现一个较小的轴向电流、较小的轴向推力盘即可提供大的轴向载荷。

技术领域

本发明涉及非接触磁轴承的技术领域，特别是一种小体积低功耗永磁偏置三自由度磁悬浮轴承，可作为压缩机、鼓风机、分子泵等机械设备中旋转部件的无接触支撑。

背景技术

磁悬浮轴承具有无摩擦、无磨损、高速度、易于控制及寿命长等优点。由于定转子之间没有机械接触，磁轴承的转子可达到很高的转速，因此在高速旋转机械中，磁轴承有着独一无二的优势。当磁轴承应用于鼓风机、压缩机等场合时，叶轮进出口压力差在转子上产生非常大的轴向载荷，因此对轴向磁轴承的设计提出了较高的要求。为了提高轴向磁轴承的最高承载力，常用的技术手段有：

1、增大轴向定子线圈电流，这种方法会导致线圈铜耗增加，线圈温度升高，损耗增加，同时，大的电流会限制电子功率器件的选择。

2、增大推力盘半径，这种方法会增大的转子风摩损耗，增大转子表面线速度，降低转子动力学安全裕度，降低系统控制的稳定性。

3、增加轴向线圈匝数，增加轴向导磁部件尺寸。这种方法会让磁轴承体积增加。

由此可见，在现有技术手段下，要提高轴向承载力，会影响损耗，体积等其他方面的性能指标。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：在保证磁轴承体积小、损耗低的情况下，尽可能增大磁轴承的轴向负载能力。

本发明采用的技术方案为：一种永磁偏置磁悬浮轴承，包括轴向磁悬浮轴承以及放置在轴向磁悬浮轴承内部的径向磁轴承，轴向磁轴承导磁环与内部径向磁轴承定子铁芯通过永磁体圆环连接起来，所述永磁体圆环为径向充磁，同时提供轴向与径向的偏置磁场；锥形推力盘前后面为平面，与所述轴向导磁环形成轴向气隙；轴向线圈位于所述轴向导磁环内部上下两侧，提供轴向控制磁场；径向定子铁芯中心形成锥形孔，所述锥形推力盘外部是锥形转子叠层，所述锥形转子叠层的圆周边缘为锥形，边缘锥形面与所述径向定子铁芯的锥形孔表面相平行，形成锥形径向间隙；径向磁通在每个径向磁极处产生一个垂直径向锥形面的力，因此所述径向磁悬浮轴承在输出径向力的同时可提供一个轴向卸载力，实现一个较小的轴向电流、较小的轴向推力盘即可提供大的轴向载荷，减小了轴向磁轴承负担。

根据本发明，该磁悬浮轴承中，所述锥形推力盘的厚度为所述径向定子铁芯厚度的1.2～1.5倍。

根据本发明，所述的磁悬浮轴承中所述径向定子铁芯包括4个定子齿部与连接定子齿部的定子轭部，由导磁性能良好的硅钢片制成，每个齿部构成一个磁极，外面绕有径向线圈，4个线圈极性相同。

根据本发明，所述的磁悬浮轴承中轴向导磁环为上下两个相同圆环以及中间圆环组成的一体结构，选用导磁性能良好的电工纯铁为材料；

根据本发明，所述的磁悬浮轴承中永磁体圆环为圆环状，径向充磁，由铁氧体永磁材料或稀土永磁材料制成。

根据本发明，所述的磁悬浮轴承中锥形推力盘与转子轴连接，组成转动部分，锥形推力盘外部为锥形转子叠层，锥形转子叠层由导磁性能良好的硅钢叠片制成，锥形推力盘与转子轴采用强度较高的导磁材料40Cr制成。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明结构紧凑，空间利用率极高，体积小，方便安装、拆卸，增加了磁悬浮轴承的适用范围；