[发明专利]一种永磁偏置轴向磁轴承

说明书

本发明提供了一种永磁偏置轴向磁轴承，包括相互对称设置在转子两侧的第一磁轴承定子组件和第二磁轴承定子组件，所述第一磁轴承定子组件的充磁方向与所述第二磁轴承定子组件的充磁方向相反；所述第一磁轴承定子组件的第一定子铁心朝向转子的端面上同心地设置有第一环槽和第二环槽，第一定子永磁体嵌设在所述第一环槽内，第一定子绕组绕制在所述第二环槽内；当为所述第一磁轴承定子组件充磁后，所述第一磁轴承定子组件朝向转子的一端被所述第一间隙和所述第二环槽分隔为三个相对独立的定子磁极。该永磁偏置轴向磁轴承实现了电磁磁通与永磁磁通的分离，降低磁轴承的功耗，提升磁轴承的动态响应速度和控制精度。

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种永磁偏置轴向磁轴承。

背景技术

传统旋转动力机械采用机械轴承支承，受机械轴承摩擦和转子振动制约，仅能低转速运行，功率密度小、效率低。在高转速、高能量密度等工业应用中，需采用多极增速机构，导致系统庞大、能耗高、可靠性差、噪声污染和油污染严重。磁轴承支承的高速旋转动力机械消除了摩擦磨损，无需润滑，转速高达数万转/分，具有功率密度大、体积小、重量轻、响应快等优点，可有效提高系统效率，节能效果显著。因此，磁轴承是未来高速旋转动力机械发展的理想支承部件。

磁轴承按偏置磁通的产生方式可分为纯电磁磁轴承和永磁偏置磁轴承，前者利用偏置电流提供偏置磁场，其电流较大、功耗较高；后者利用永磁体产生的偏置磁场，无需偏置电流，且永磁体产生的偏置磁场承担主要的承载力，电磁控制磁场提供辅助的调节力，可大大减小磁轴承定子绕组电流，降低功放损坏，同时减少线圈匝数，缩小磁轴承体积，降低重量，广泛应用于磁悬浮鼓风机、磁悬浮电机、磁悬浮储能飞轮、磁悬浮偏置动量轮、磁悬浮控制力矩陀螺等高速运转场合。

现有的永磁偏置轴向磁轴承的电磁此路和永磁磁路存在耦合，降低了磁轴承的控制精度。例如，授权专利ZL201510585671.3一种非对称永磁偏置轴向磁轴承,其永磁磁路和电磁磁路存在严重的磁路耦合和磁力耦合，且磁极端部的漏磁效应非常严重，降低了磁轴承的控制精度。为实现永磁磁路与电磁磁路解耦，授权ZL200510011272.2提出了一种低功耗永磁偏置轴向磁轴承和授权专利ZL200710098748.X提出了一种永磁偏置轴向磁轴承，采用第二气隙实现永磁磁路和电磁磁路解耦，但第二气隙的存在极大增加了电磁磁路的磁阻，提高了磁轴承的功耗，此外，采用第二气隙结构并不能完全实现永磁磁路与电磁磁路解耦，部分永磁磁通仍通过第二气隙形成永磁回路，当转子轴向窜动时该情况尤为明显。

发明内容

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的永磁偏置轴向磁轴承。具体地，本发明提供一种功耗低、动态响应速度快、控制精度高的永磁偏置轴向磁轴承。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种永磁偏置轴向磁轴承，所述永磁偏置轴向磁轴承包括分别设置在转子两侧的第一磁轴承定子组件和第二磁轴承定子组件，所述第一磁轴承定子组件与所述第二磁轴承定子组件关于转子对称设置，且所述第一磁轴承定子组件的充磁方向与所述第二磁轴承定子组件的充磁方向相反；

所述第一磁轴承定子组件包括第一定子铁心、第一定子永磁体和第一定子绕组，所述第一定子铁心朝向转子的端面上同心地设置有第一环槽和第二环槽，所述第一定子永磁体嵌设在所述第一环槽内，所述第一定子永磁体的端面与所述第一定子铁心的端面平齐设置，且所述第一定子永磁体的外环面与所述第一定子铁心之间设置有第一间隙；所述第一定子绕组绕制在所述第二环槽内，且所述第一定子绕组的端面凹陷于所述第一定子铁心的端面设置；

当为所述第一磁轴承定子组件充磁后，所述第一磁轴承定子组件朝向转子的一端被所述第一间隙和所述第二环槽分隔为三个相对独立的定子磁极：包括第一内磁极、第一中磁极和第一外磁极。

其中，所述第一定子永磁体的内环面与所述第一定子铁心的内环面平齐设置。