[发明专利]四自由度异极性多片结构磁轴承

说明书

本发明公开一种四自由度异极性多片结构磁轴承，包括定子和转子。定子为轴向对称结构，由左X定子铁心，左Y定子铁心，右X定子铁心，右Y定子铁心组成；转子包括左、右转子铁心与转轴。左、右X定子铁心、左、右Y定子铁心分别通过一对插入了永磁体的连接体相连。左、右X定子铁心、左、右Y定子铁心均沿内圆周均匀分布一对悬浮齿，悬浮齿为曲折型结构且均绕制集中式径向控制绕组，左、右两侧悬浮齿与左、右转子铁心垂直部分共面，悬浮齿与左、右转子铁心间形成长度相等的径向气隙。本发明X和Y方向悬浮独立设计，实现悬浮力在X‑Y方向无耦合，控制简单，永磁体位于轴向，不占用径向空间，径向悬浮力大。

技术领域

本发明涉及一种非机械接触磁轴承，特指一种四自由度异极性多片结构磁轴承，可作为飞轮系统、机床电主轴、离心机等高速传动部件的无接触悬浮支承。

背景技术

磁轴承是利用定子和转子之间的电磁力将转子悬浮于空间，使定、转子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承。随着高磁能积稀土永磁材料的涌现，为了充分利用永磁材料提供的磁能，出现了永磁偏置磁轴承，其励磁绕组中只有控制电流，不需要偏置电流，可以明显降低磁轴承的损耗和功放电路的功耗。目前，永磁偏置磁轴承按偏置磁通在定子磁极上形成的磁极异同可分为同极性和异极性磁轴承：（1）同极性磁轴承，永磁体在定子磁极上产生的磁极性相同，偏置磁通和控制磁通的流通路径不在一个平面上；（2）异极性磁轴承，永磁体在磁极上产生的磁极性相异，极性交替排列，偏置磁通和控制磁通在一个平面上流通。异极性磁轴承借用主动磁轴承的结构和稀土永磁材料的高磁能积共同构成，既具有主动磁轴承漏磁较小的优点，又具有永磁偏置磁轴承功耗低的优点。

现有的异极性磁轴承结构共性都是径向所有悬浮齿在同一平面的单片结构设计，径向悬浮齿绕制控制绕组产生径向控制磁通，与相应的偏置磁通相互作用产生径向悬浮力。该结构的混合磁轴承径向两自由度悬浮在单片中实现，导致悬浮力在X-Y方向存在耦合，控制复杂。

发明内容

本发明的目的是提出一种可简化控制，结构紧凑，制造与装配方便的四自由度异极性多片结构磁轴承，采用多片式结构，X-Y两个方向的悬浮分别由独立的定子铁心实现，悬浮力在X-Y方向无耦合，控制简单。。

本发明通过以下技术方案实现：

一种四自由度异极性多片结构磁轴承，包括定子和位于定子内圈的转子，所述定子为轴向对称结构，由从左到右依次排列的左X定子铁心、左Y定子铁心、4个永磁体、右X定子铁心、右Y定子铁心组成；所述转子包括左、右转子铁心与转轴，所述转轴贯穿于左、右转子铁心、左X定子铁心、左Y定子铁心、右X定子铁心以及右Y定子铁心内；

所述左、右X定子铁心分别通过一对连接体相连，所述左、右Y定子铁心分别通过另一对连接体相连；所述连接体中均插入一永磁体，所述永磁体为轴向磁化，且用于连接左、右X定子铁心的连接体上的永磁体的磁化方向与用于连接左、右Y定子铁心的连接体上的永磁体相反；所述左X定子铁心沿内圆周+x轴和-x轴方向对称位置均匀分布一对悬浮齿；所述左Y定子铁心沿内圆周+y轴和-y轴方向对称位置也均匀分布一对悬浮齿；所述右X定子铁心、右Y定子铁心上与所述左X定子铁心、左Y定子铁心对称位置设置有相同的悬浮齿；

所述悬浮齿为曲折型结构，所述左X定子铁心与左Y定子铁心上的四个悬浮齿靠近左转子铁心一端面与所述左转子铁心圆周面弧度匹配且其与所述左转子铁心轴向宽度相同且位置正对；所述右X定子铁心与右Y定子铁心上的四个悬浮齿靠近右转子铁心一端面与所述右转子铁心圆周面弧度匹配且其与所述右转子铁心轴向宽度相同且位置正对；所述悬浮齿与左、右转子铁心间形成了径向气隙长度相等的径向气隙，所述悬浮齿上均绕制集中式径向控制绕组。

进一步地，所述左、右Y定子铁心的外径小于左、右X定子铁心的内径，且两者相差大于两个径向气隙长度。