一種錐形軸向磁軸承制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公布了一種錐形軸向磁軸承，屬于磁懸浮軸承領(lǐng)域。其由兩個(gè)錐形磁軸承構(gòu)成，二者之間存有間隙，且錐形角方向相反；定子為8極結(jié)構(gòu)，定子軛上嵌有4個(gè)環(huán)向充磁的永磁體，相互間隔90°，且兩定子處于同一圓周位置角的永磁體充磁方向相反；兩定子齒與齒對(duì)齊，處于同一空間位置的兩定子齒上共同繞有一個(gè)繞組，共8個(gè)，且串聯(lián)構(gòu)成一套懸浮繞組；永磁體提供偏置磁通，通過控制懸浮繞組電流的大小和方向以產(chǎn)生所需的軸向懸浮力。本發(fā)明專利技術(shù)兩磁軸承間磁路相互隔離，且僅存在徑向磁通，無(wú)軸向磁路，定、轉(zhuǎn)子均可由硅鋼片疊壓而成，加工簡(jiǎn)單，鐵心損耗小，效率高。

Tapered axial magnetic bearing

The invention discloses a conical axial magnetic bearing, belonging to the magnetic suspension bearing field. It is composed of two conical magnetic bearings, a gap between the two, and the taper angle of the opposite direction; the stator 8 pole structure, a block of 4 toroidal permanent magnet stator yoke, a distance of 90 degrees, and the two stator permanent magnet magnetization direction at the same circumference angle opposite stator two; tooth and tooth alignment in two stator teeth of the same spatial position together around a winding, a total of 8, and the series to form a suspension winding; permanent magnet to provide a bias flux through the size and direction of control of levitation winding current to produce the required axial suspension force. The invention of two magnetic bearings of magnetic isolated from each other, and there is only no axial radial magnetic flux, magnetic circuit, stator and rotor are made of silicon steel laminations, simple processing, small iron loss, high efficiency.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種錐形軸向磁軸承
本專利技術(shù)涉及一種錐形軸向磁軸承，屬于磁懸浮軸承領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
磁懸浮軸承按照磁場(chǎng)建立方式的不同可分為主動(dòng)型、被動(dòng)型和混合型三種類型。主動(dòng)型磁懸浮軸承由通入直流電的偏磁繞組在氣隙中建立偏置磁場(chǎng)，由通入大小和方向都受到實(shí)時(shí)控制的交變電流的控制繞組來(lái)在氣隙中建立控制磁場(chǎng)，這兩個(gè)磁場(chǎng)在氣隙中的疊加和抵消產(chǎn)生了大小和方向都可以主動(dòng)控制的磁場(chǎng)吸力，從而實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮，這種類型的磁懸浮軸承剛度大，可以精密控制，但產(chǎn)生單位承載力所需的體積、重量和功耗也都比較大。被動(dòng)型磁懸浮軸承利用磁性材料之間的吸力或斥力來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的懸浮，所需控制器簡(jiǎn)單，功耗小，但剛度和阻尼也都比較小。混合型磁懸浮軸承結(jié)合了主動(dòng)型磁懸浮軸承和被動(dòng)型磁懸浮軸承的特點(diǎn)，采用永磁材料替代偏磁線圈來(lái)產(chǎn)生所需的偏置磁場(chǎng)，因此電磁線圈匝數(shù)比主動(dòng)型磁懸浮軸承少得多，較大程度地降低了磁懸浮軸承的功率損耗，減小了產(chǎn)生單位承載力所需的體積和重量，這使其在對(duì)體積和功耗有著嚴(yán)格要求的領(lǐng)域獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而，傳統(tǒng)具有軸向懸浮功能的磁軸承，通常存在軸向磁路，使得磁軸承定、轉(zhuǎn)子采用硅鋼片制作難度大，進(jìn)而采用實(shí)心結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致磁軸承高速運(yùn)行時(shí)的鐵心損耗大，溫升較高，不利于磁軸承安全運(yùn)行，且系統(tǒng)效率教低。為此，研究低功耗、無(wú)軸向磁路的且具有軸向懸浮功能的混合磁軸承，是一個(gè)重要的研究方向。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種錐形軸向磁軸承。所述磁軸承是一種低功耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工且無(wú)軸向磁路的永磁偏置式軸向磁軸承。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：一種錐形軸向磁軸承，由錐形定子Ⅰ、錐形定子Ⅱ、錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ、錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ、永磁體、繞組和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成；所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ布置在錐形定子Ⅰ內(nèi)，所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ布置在錐形定子Ⅱ內(nèi)；所述錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ軸向布置，且二者間存在間隙，所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ與錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ軸向布置，套在轉(zhuǎn)軸上；所述錐形定子Ⅰ、錐形定子Ⅱ、錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ的錐形角相等；所述錐形定子Ⅰ與錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ的錐形角方向相同，所述錐形定子Ⅱ與錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ的錐形角方向相同，且錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ的錐形角方向相反；所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ均為錐形圓柱結(jié)構(gòu)；錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ均為凸極錐形結(jié)構(gòu)，錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ的定子齒數(shù)均為8，錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ的定子齒與齒對(duì)齊；所述錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ的定子軛均嵌有4個(gè)永磁體，錐形定子Ⅰ的4個(gè)永磁體在空間上相差90°，錐形定子Ⅱ的4個(gè)永磁體在空間上相差90°，且錐形定子Ⅰ的4個(gè)永磁體與錐形定子Ⅱ的4個(gè)永磁體相互對(duì)齊；錐形定子Ⅰ的4個(gè)永磁體環(huán)向充磁，且同極性布置，錐形定子Ⅱ的4個(gè)永磁體環(huán)向充磁，且同極性布置；錐形定子Ⅰ的4個(gè)永磁體與錐形定子Ⅱ的4個(gè)永磁體充磁方向相反；同一空間位置的錐形定子Ⅰ的1個(gè)定子齒與錐形定子Ⅱ的1個(gè)定子齒上共同纏繞1個(gè)繞組，共8個(gè)，串聯(lián)一起構(gòu)成1個(gè)懸浮繞組。通過控制該套懸浮繞組電流的大小和方向，進(jìn)而產(chǎn)生懸浮所需的軸向力。本專利技術(shù)的有益效果：本專利技術(shù)提出了一種軸向徑向磁軸承，采用本專利技術(shù)的技術(shù)方案，能夠達(dá)到如下技術(shù)效果：(1)無(wú)軸向磁路；(2)兩個(gè)錐形磁軸承相互隔離，磁路上也相互隔離；(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于硅鋼片疊壓制作，鐵心損耗小，效率高，且控制簡(jiǎn)單。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)錐形軸向磁軸承的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本專利技術(shù)中錐形定子Ⅰ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ內(nèi)的磁通分布圖。圖3是本專利技術(shù)中錐形定子Ⅱ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ內(nèi)的磁通分布圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明：圖1至圖3中，1是錐形定子Ⅰ，2是錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ，3是繞組，4是永磁體，5是錐形定子Ⅱ，6是錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ，7是轉(zhuǎn)軸，8、9、10分別為x、y、z方向坐標(biāo)軸的正方向，11為永磁體在錐形定子Ⅰ產(chǎn)生的經(jīng)定子軛閉合的磁通，12為永磁體在錐形定子Ⅰ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ產(chǎn)生的經(jīng)定子、轉(zhuǎn)子和氣隙閉合的偏置磁通，13為懸浮繞組在錐形定子Ⅰ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ內(nèi)產(chǎn)生的控制磁通，14為永磁體在錐形定子Ⅱ產(chǎn)生的經(jīng)定子軛閉合的磁通，15為永磁體在錐形定子Ⅱ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ產(chǎn)生的經(jīng)定子、轉(zhuǎn)子和氣隙閉合的偏置磁通，16為懸浮繞組在錐形定子Ⅱ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ內(nèi)產(chǎn)生的控制磁通。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本專利技術(shù)一種錐形軸向磁軸承的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：如圖1所示，是本專利技術(shù)一種錐形軸向磁軸承的三維結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1是錐形定子Ⅰ，2是錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ，3是繞組，4是永磁體，5是錐形定子Ⅱ，6是錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ，7是轉(zhuǎn)軸。一種錐形軸向磁軸承，由錐形定子Ⅰ、錐形定子Ⅱ、錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ、錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ、永磁體、繞組和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成；所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ布置在錐形定子Ⅰ內(nèi)，所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ布置在錐形定子Ⅱ內(nèi)；所述錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ軸向布置，且二者間存在間隙，所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ與錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ軸向布置，套在轉(zhuǎn)軸上；所述錐形定子Ⅰ、錐形定子Ⅱ、錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ的錐形角相等；所述錐形定子Ⅰ與錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ的錐形角方向相同，所述錐形定子Ⅱ與錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ的錐形角方向相同，且錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ的錐形角方向相反；所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ均為錐形圓柱結(jié)構(gòu)；錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ均為凸極錐形結(jié)構(gòu)，錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ的定子齒數(shù)均為8，錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ的定子齒與齒對(duì)齊；所述錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ的定子軛均嵌有4個(gè)永磁體，錐形定子Ⅰ的4個(gè)永磁體在空間上相差90°，錐形定子Ⅱ的4個(gè)永磁體在空間上相差90°，且錐形定子Ⅰ的4個(gè)永磁體與錐形定子Ⅱ的4個(gè)永磁體相互對(duì)齊；錐形定子Ⅰ的4個(gè)永磁體環(huán)向充磁，且同極性布置，錐形定子Ⅱ的4個(gè)永磁體環(huán)向充磁，且同極性布置；錐形定子Ⅰ的4個(gè)永磁體與錐形定子Ⅱ的4個(gè)永磁體充磁方向相反；同一空間位置的錐形定子Ⅰ的1個(gè)定子齒與錐形定子Ⅱ的1個(gè)定子齒上共同纏繞1個(gè)繞組，共8個(gè)，串聯(lián)一起構(gòu)成1個(gè)懸浮繞組。通過控制該套懸浮繞組電流的大小和方向，進(jìn)而產(chǎn)生懸浮所需的軸向力。圖2為本專利技術(shù)中錐形定子Ⅰ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ內(nèi)的磁通分布圖。錐形定子Ⅰ的4個(gè)永磁體環(huán)向充磁，且同極性布置，在空間上呈NNNN分布，并產(chǎn)生經(jīng)兩種路徑閉合的磁通，一種僅通過其定子軛閉合，標(biāo)號(hào)為11，由于該磁通不經(jīng)轉(zhuǎn)子和氣隙，故不產(chǎn)生懸浮力；另一種僅定子、氣隙和轉(zhuǎn)子閉合，標(biāo)號(hào)為12，該磁通將與懸浮繞組的控制磁通(標(biāo)號(hào)為13)作用，產(chǎn)生軸向懸浮力。當(dāng)懸浮繞組施加電流施加如圖2所示方向的電流時(shí)，產(chǎn)生的控制磁通(標(biāo)號(hào)為13)，與永磁體產(chǎn)生的偏置磁通(12)，在氣隙內(nèi)的方向相同，磁通增強(qiáng)，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)較大的z軸正方向懸浮力。另外，由于懸浮繞組產(chǎn)生的控制磁通(13)與永磁體產(chǎn)生磁通(11)，在定子軛內(nèi)的方向相反，將使得永磁體產(chǎn)生的經(jīng)定子軛閉合的磁通減小，并擠壓其經(jīng)定子、氣隙和轉(zhuǎn)子閉合，進(jìn)而進(jìn)一步增加用于產(chǎn)生懸浮力的偏置磁通，使其產(chǎn)生更大的軸向正方向懸浮力，有助于減小懸浮電流，最終減小懸浮功耗。圖3為本專利技術(shù)中錐形定子Ⅱ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ內(nèi)的磁通分布圖。錐形定子Ⅱ的4個(gè)永磁體環(huán)向充磁，且同極性布置，在空間上呈SSSS分布，并產(chǎn)生經(jīng)兩種路徑閉合的磁通，一種僅通過其定子軛閉合，標(biāo)號(hào)為14，由于該磁通不經(jīng)轉(zhuǎn)子和氣隙，故不產(chǎn)生懸浮力；另一種僅定子、氣隙和轉(zhuǎn)子閉合，標(biāo)號(hào)為15，該磁通將與懸浮繞組的控制磁通(16)作用，產(chǎn)生軸向懸浮力。當(dāng)懸浮繞組施加電流施加如圖3所示方向的電流時(shí)，產(chǎn)生的控制磁通(16)，與永磁體產(chǎn)生的偏置磁通(15)，在氣隙內(nèi)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種錐形軸向磁軸承，其特征在于，所述錐形軸向磁軸承由錐形定子Ⅰ、錐形定子Ⅱ、錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ、錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ、永磁體、繞組和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成；所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ布置在錐形定子Ⅰ內(nèi)，所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ布置在錐形定子Ⅱ內(nèi)；所述錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ軸向布置，且二者間存在間隙，所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ與錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ軸向布置，套在轉(zhuǎn)軸上；所述錐形定子Ⅰ、錐形定子Ⅱ、錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ的錐形角相等；所述錐形定子Ⅰ與錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ的錐形角方向相同，所述錐形定子Ⅱ與錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ的錐形角方向相同，且錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ的錐形角方向相反；所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ均為錐形圓柱結(jié)構(gòu)；錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ均為凸極錐形結(jié)構(gòu)，錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ的定子齒數(shù)均為8，錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ的定子齒與齒對(duì)齊；所述錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ的定子軛均嵌有4個(gè)永磁體，錐形定子Ⅰ的4個(gè)永磁體在空間上相差90°，錐形定子Ⅱ的4個(gè)永磁體在空間上相差90°，且錐形定子Ⅰ的4個(gè)永磁體與錐形定子Ⅱ的4個(gè)永磁體相互對(duì)齊；錐形定子Ⅰ的4個(gè)永磁體環(huán)向充磁，且同極性布置，錐形定子Ⅱ的4個(gè)永磁體環(huán)向充磁，且同極性布置；錐形定子Ⅰ的4個(gè)永磁體與錐形定子Ⅱ的4個(gè)永磁體充磁方向相反；同一空間位置的錐形定子Ⅰ的1個(gè)定子齒與錐形定子Ⅱ的1個(gè)定子齒上共同纏繞1個(gè)繞組，共8個(gè)，串聯(lián)一起構(gòu)成1個(gè)懸浮繞組。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種錐形軸向磁軸承，其特征在于，所述錐形軸向磁軸承由錐形定子Ⅰ、錐形定子Ⅱ、錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ、錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ、永磁體、繞組和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成；所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ布置在錐形定子Ⅰ內(nèi)，所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ布置在錐形定子Ⅱ內(nèi)；所述錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ軸向布置，且二者間存在間隙，所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ與錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ軸向布置，套在轉(zhuǎn)軸上；所述錐形定子Ⅰ、錐形定子Ⅱ、錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ的錐形角相等；所述錐形定子Ⅰ與錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ的錐形角方向相同，所述錐形定子Ⅱ與錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ的錐形角方向相同，且錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ的錐形角方向相反；所述錐形轉(zhuǎn)子Ⅰ和錐形轉(zhuǎn)子Ⅱ均為錐形圓柱結(jié)構(gòu)；錐形定子Ⅰ與錐形定子Ⅱ...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉澤遠(yuǎn)，蔡駿，楊艷，曹鑫，鄧智泉，郭前崗，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京郵電大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇,32