[实用新型]五自由度磁悬浮轴承系统

说明书

本实用新型公开一种五自由度磁悬浮轴承系统，包括两个导磁体、一个隔磁体、一个转轴、一个高速电机、两个结构相同的永磁偏置磁轴承，置于转轴两端的永磁偏置磁轴承包括轴向定子磁极和轴向控制绕组,轴向控制绕组绕设于轴向定子磁极上，轴向定子分置于转轴两端；轴向转子铁芯套装在转轴上。永磁偏置磁轴承还包括径向定子磁极和径向控制绕组，径向控制绕组套装在径向定子磁极上；径向充磁的永磁环贴装在径向定子磁极的外表面，并置于轴向定子的内表面。导磁体套装在转轴上，隔磁体置于高速电机定子外表面，套装于轴向定子内。此系统将轴向定子分置于转轴两端，使结构简化，设计安装方便。两侧使用相同的磁轴承，提高了系统的互换性。

技术领域

本实用新型涉及一种混合磁轴承技术和高速电机相结合的五自由度磁悬浮轴承系统。

背景技术

现代航空、航天、汽车工业、机械加工和生产等领域中越来越离不开高速和超高速电机的发展，特别是在航空、航天、航海、汽车摩托车工业、机械加工和生产等领域高速电机获得了广泛应用。但是轴承支撑技术一直是限制高速电机实现大功率实用化的障碍。当前角接触球轴承由于接触磨损发热，承载力和刚度小，极易发生机械故障而停工停产，造成重大的经济损失甚至人员的伤亡。磁悬浮轴承是利用定子和转子之间的磁力作用将转子悬浮于空间，使定子和转子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承，由于定、转子之间不存在机械上的接触，所以磁悬浮轴承的转子可达到很高的运转转速，并且具有机械磨损小、能耗低、寿命长、无润滑、无污染等优点，特别适合高速、真空和超洁净等特殊的应用场合。

但传统高速电机系统多采用两个径向电磁轴承和一个轴向电磁轴承取代机械轴承来控制电机的五个自由度悬浮，占有相当的轴向空间，结构复杂，可靠性和安全性不高。近年来，国内外众多学者提出了多种形式的三自由度混合型轴向/径向磁轴承和径向磁轴承构建五自由度磁悬浮轴承系统，这类三自由度混合型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，也称永磁偏置磁轴承，大大降低了因偏置电流产生的功率损耗，同时部分解决了磁轴承轴向空间利用率低的问题，但其设计、安装相对比较复杂，尤其对轴向安装要求较高，一侧都需做成哈弗结构，导致磁路磁阻增大，安装复杂。

发明内容

本实用新型的目的，在于提供一种五自由度磁悬浮轴承系统，其结构简单，安装方便。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

本实用新型提供一种五自由度磁悬浮轴承系统，包括转轴、导磁体、隔磁体、高速电机、两个结构相同的永磁偏置磁轴承，所述永磁偏置磁轴承包括轴向定子组件和轴向转子组件、径向定子组件和径向转子组件，其中，轴向定子组件包括轴向定子磁极和轴向控制绕组，轴向定子磁极由实心软磁材料制成，轴向控制绕组绕设于轴向定子磁极上；轴向转子组件包括转子铁芯，转子铁芯由硅钢片叠压而成，套装在转轴上，从而与轴向定子磁极形成轴向气隙。径向定子组件包括径向充磁的永磁环、径向定子磁极和径向控制绕组，永磁环由钕铁硼制成，径向定子磁极由硅钢片叠压而成，永磁环贴装在径向定子磁极的外表面，并置于轴向定子的内表面，径向控制绕组套装在径向定子磁极上；径向转子组件与轴向转子组件共用转子铁芯，转子铁芯与径向定子磁极形成径向气隙。导磁体套装在转轴上，置于高速电机转子与转子铁芯之间，隔磁体置于高速电机定子外表面，套装于轴向定子内。

上述轴向定子由实心软磁材料制成。

上述径向定子由硅钢片叠压制成。

上述转子铁芯由硅钢片叠压而成。

上述永磁环由钕铁硼制成。