[发明专利]一种无槽直流混合磁轴承

说明书

本发明公开一种无槽直流混合磁轴承，包括定子和转子，定子包括左右定子铁心和永磁环；永磁环为轴向充磁，其外径与定子铁心外径相同，左侧定子铁心与右侧定子铁心通过永磁环连接。转子包括转子铁心和转轴；转子铁心沿圆周边贯穿设有4N个圆形内槽，在沿圆周相对的两个绕组一端短接，另一端与换向片连接；换向片通过碳刷与双极性开关功放相连接，转子铁心与定子铁心位置相对，形成气隙。本发明由永磁环提供静态偏置磁通，转子内槽绕组通电产生的控制磁通调节相应的偏置磁通；该结构的混合磁轴承绕组嵌放于转子槽内，增大了定转子之间的有效面积，增大了悬浮力密度，具有结构紧凑、稳定性好、利用率高的特点。

技术领域

本发明涉及一种非机械接触磁轴承，特指一种无槽直流混合磁轴承，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在定子沿圆周分布定子齿，并且绕组绕制于定子齿上，该结构的绕组的设计涉及到匝数、导线的截面积、电流密度等，且占用径向空间，径向磁极面积无法做到最大，径向承载力小，轴向长度较长、临界转速低。另外，该结构的气隙磁密受齿部饱和的限制，不能根据需要提高。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提出一种无槽直流混合磁轴承，该结构的混合磁轴承绕组嵌放于转子铁心的槽内，增大了定转子之间的有效面积、增大了悬浮力密度，具有结构紧凑、稳定性好、利用率高的特点。

技术方案：本发明公开了一种无槽直流混合磁轴承，包括定子和转子，所述定子包括左侧定子铁心、右侧定子铁心和一个永磁环；两个定子铁心为圆盘环状结构；所述永磁环为轴向充磁，其外径与两个所述定子铁心的外径相同，左侧定子铁心与右侧定子铁心通过永磁环相连接；所述转子包括转子铁心和转轴；所述转轴贯穿所述转子铁心；所述转子铁心沿径向剖面为“H”形结构，其左右两侧分别与左侧定子铁心、右侧定子铁心位置相对，其与左侧定子铁心、右侧定子铁心之间形成气隙；所述转子铁心沿其圆周边贯穿设置有4N个左侧圆形内槽与4N个右侧圆形内槽，其中N为正整数，在左侧圆形内槽与右侧圆形内槽内分别放置绕组，沿圆周左、右两侧相对的两个圆形内槽中的绕组一端短接，另一端与转子铁心一侧的一个换向器中的换向片连接，或者左、右两侧圆形内槽中的绕组另一端分别连接于转子铁心左、右两侧换向器中的换向片，所述换向片个数为4N个，所述换向片通过碳刷连接双极性开关功放。

进一步地，取N=3，所述左侧圆形内槽与右侧圆形内槽个数为12个，其内设置的绕组分别记为绕组R_l1-R_l12、绕组R_r1-R_r12通入直流电流，记绕组R_l1与绕组R_r1为绕组R₁，以此类推，绕组R_l12与绕组R_r12为绕组R₁₂。