[发明专利]一种背饶式永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承

说明书

本发明公开了一种背饶式永磁偏置轴向‑径向磁悬浮轴承，包括转轴、转子、第一轴向定子、第二轴向定子、套筒、径向定子、径向定子铁心磁轭、第一永磁体环、第二永磁体环、轴向控制绕组支架。转轴的外壁中间设置有转子，径向定子设置于转子外侧，正对于转子，轴向控制绕组支架的内腔内设置有轴向控制绕组，径向定子铁心内腔壁向轴心处延伸出周向均匀分布的定子磁极，径向定子铁心齿槽内绕有径向控制绕组；在径向定子铁心磁轭的两侧设置轴向充磁的第一、第二永磁体环，第一、第二永磁体环的N极朝向轴向定子，S极朝向径向定子铁心磁轭。本发明在轴向、径向气隙磁场较为均匀，具有功耗低、体积小、重量轻、承载力大、端部漏磁少等优点。

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮轴承，具体涉及一种背饶式永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承，属于磁悬浮技术领域。

背景技术

早在1842年，英国物理学家Earnshaw就对磁悬浮轴承技术进行了研究和论述，磁悬浮轴承技术的基本原理是利用定子铁芯与转子铁芯之间的磁场力来实现转轴的无接触支承。由于定、转子之间没有机械接触，磁悬浮轴承具有以下优点：

1、能够承受极高的转速。采用磁悬浮轴承支承的转轴可以在超临界、每分钟数十万转的工况下运行，其圆周速度只受转轴材料强度的限制。通常来说，在轴颈直径相同的情况下，采用磁悬浮轴承支承的转轴能达到的转速比采用滚动轴承支承的转轴大约高2倍，比采用滑动轴承支承的转轴大约高3倍。德国FAG公司通过试验得出：滚动轴承的dn值，即轴承平均直径与主轴极限转速的乘积，约为2.5～3×106mm·r/min，滑动轴承的dn值约为0.8～2×106mm·r/min，磁悬浮轴承的dn值约为4～6×106mm·r/min。

2、摩擦功耗较小。在10000r/min时，磁悬浮轴承的功耗大约只有流体动压润滑支承的6％，只有滚动支承的17％，节能效果明显。

3、寿命长，维护成本低。由于磁悬浮轴承依靠磁场力悬浮转轴，定、转子之间无机械接触，因此不存在由磨擦、磨损和接触疲劳所带来的寿命问题，所以磁悬浮轴承的寿命与可靠性均远高于传统的机械轴承。

4、无需添加润滑剂。由于定、转子之间不存在机械摩擦，工作时不需要添加润滑剂，因此不存在润滑剂对环境所造成的污染问题，在禁止使用润滑剂和禁止污染的场合，如真空设备、超净无菌室等场合，磁悬浮轴承有着无可比拟的优势。

根据磁场建立方式的不同，磁悬浮轴承可分为永磁型、电磁偏置型和永磁偏置型三种类型。

永磁型磁悬浮轴承主要利用磁性材料之间固有的斥力或吸力(如永磁材料之间，永磁材料与软磁材料之间)来实现转轴的悬浮，其结构简单，能量损耗少，但刚度和阻尼也都比较小。

电磁偏置型磁悬浮轴承由通入直流电的偏磁绕组在气隙中建立偏置磁场，由通入大小和方向都受到实时控制的交变电流的控制绕组来在气隙中建立控制磁场，这两个磁场在气隙中的叠加和抵消产生了大小和方向都可以主动控制的磁场吸力，从而实现了转子的稳定悬浮，这种类型的磁悬浮轴承刚度大，可以精密控制，但产生单位承载力所需的体积、重量和功耗也都比较大。

永磁偏置型磁悬浮轴承采用永磁材料替代偏磁线圈来产生所需的偏置磁场，能够较大程度地降低磁悬浮轴承的能量损耗，随着磁悬浮轴承技术在航空航天、能量存储以及能量转换等领域的广泛应用，对磁悬浮轴承的功耗、体积、性能等方面提出了越来越高的要求，永磁偏置型磁悬浮轴承的特点使它在这些领域有着不可替代的优势，永磁偏置型磁悬浮轴承技术也成为磁悬浮轴承技术研究与发展的一个重要方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种背饶式永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承，结构简单，体积小，重量轻，能耗少，端部漏磁少。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：