[发明专利]径向无耦合三自由度直流混合磁轴承

说明书

本发明公开一种径向无耦合三自由度直流混合磁轴承，包括径向定子、轴向定子和位于定子内圈的转子，径向定子由左径向铁心和右径向铁心组成；左、右径向铁心分别沿内圆周均匀分布两个悬浮齿；左右定子铁心的外侧分别为左、右径向磁化永磁环；悬浮齿上均绕制集中式径向控制绕组；轴向定子由左轴向铁心和右轴向铁心组成；在左径向铁心和右径向铁心两侧，且靠近轴向定子内侧设置有相串联的轴向控制绕组；所述转子包括圆柱形转子铁心与转轴。本发明由永磁环作用提供静态偏置磁通，径向控制绕组通电产生的径向控制磁通调节相应的偏置磁通；该结构的混合磁轴承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。

技术领域

本发明涉及一种非机械接触磁轴承，特指一种径向无耦合三自由度直流混合磁轴承，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。目前，磁轴承按照磁力提供的方式分为以下三种：（1）主动磁轴承，由偏置电流产生偏置磁场，控制电流产生的控制磁通与偏置磁通相互叠加，从而产生可控的悬浮力，该种磁轴承体积、重量和功耗都比较大；（2）被动磁轴承，悬浮力完全由永磁体提供，所需的控制器简单，悬浮功耗小，但是刚度和阻尼都较小，一般运用于仅在一个方向上支撑物体或者是减轻作用在传统轴承上的负荷；（3）混合磁轴承，是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，控制电流仅提供平衡负载或干扰的控制磁通，大大降低了磁轴承的功率损耗，缩小了磁轴承的体积，减轻其重量，并提高了承载能力。

现有的混合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XY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，制造与装配方便的径向无耦合三自由度直流混合磁轴承,采用双片式结构，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：

一种径向无耦合三自由度直流混合磁轴承，包括径向定子、轴向定子和位于定子内圈的转子，所述径向定子包括左径向铁心和右径向铁心，所述转子包括转子铁心与转轴；所述左径向铁心沿内圆周且与+x轴和-x轴方向对称位置均匀分布两个悬浮齿；右径向铁心沿内圆周且与+y轴和-y轴方向对齐位置均匀分布两个悬浮齿；所述四个悬浮齿均为曲折型结构，其靠近转子铁心一端面与所述转子铁心圆周面匹配，且其与所述转子铁心轴向宽度相同且位置正对，悬浮齿与转子铁心间形成了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；所述左、右径向铁心的外侧分别设置左、右径向磁化永磁环；

所述轴向定子包括左轴向铁心和右轴向铁心，所述左、右轴向铁心的内径与左、右径向磁化永磁环的外径相同且其分别套设于左、右径向磁化永磁环上；所述左、右径向铁心相对外侧且靠近左、右轴向铁心内环壁设置有一对相互串联的轴向控制绕组，所述转轴贯穿于所述转子铁心、左、右轴向铁心以及左、右径向铁心内。

进一步地，所述左、右轴向铁心相对设置，其相对远离一侧面均设置封闭面，所述左、右轴向铁心上的封闭面上均以中心为圆心向内延伸形成一圆柱环，所述圆柱环内径略大于转轴外径且其延伸至靠近转子铁心处，与所述转子铁心左、右侧面之间分别形成左、右轴向气隙。

进一步地，所述左轴向气隙与所述右轴向气隙宽度相同。

进一步地，所述左、右径向铁心、左、右轴向铁心和转子铁心均由导磁材料制成；

进一步地，所述左、右径向磁化永磁环为稀土永磁材料制成。

有益效果：