[发明专利]具有单向高承载力密度的非对称轴向磁轴承装置

说明书

本发明提供了一种具有单向高承载力密度的非对称轴向磁轴承装置，其包括转轴、非对称轴向磁轴承本体、控制器、位移传感器、功率放大器以及辅助轴承。所述非对称轴向磁轴承本体包括对称布置的差动磁轴承定子、单向推力磁轴承定子以及转子推力盘。所述单向推力磁轴承定子独立工作在磁性材料的饱和区，用于克服单向的大静态载荷；所述差动磁轴承定子工作在磁性材料的线性区，用于支承剩余载荷。控制器包含差动控制模块、前馈控制模块和静差电流抑制模块和求和模块，可以实现非对称轴向磁轴承的稳定悬浮以及突加突卸负载工况下的系统快速响应。本发明提供的装置具有单向承载力密度高、集成化程度高等特点，在轴流式涡轮机械等领域具有广泛应用前景。

技术领域

本发明涉及磁轴承技术领域，尤其涉及一种具有单向高承载力密度的非对称轴向磁轴承装置。

背景技术

磁轴承的工作原理是利用定子与转子推力盘之间的磁力作用将转子推力盘悬浮，是一种无接触支撑的高性能轴承，具有无摩擦、无磨损、无需润滑的特点，有利于提高涡轮机械的转速。轴流式涡轮机械在实际工作中，流体沿轴向流入叶片，当叶轮在电机的驱动下旋转时，会在轴向上产生一个较大的转子推力。因此，为控制转子的轴向悬浮，轴向磁轴承必须具备足够的承载能力克服外界推力的影响。

一般而言，受工作点限制，磁轴承承载力的增加往往伴随轴承体积的增加，这对于特定结构和尺寸的电机是十分不利的。因此提高轴向磁轴承的单向承载力密度和集成化程度对于拓展轴向磁轴承在轴流式涡轮机械的应用具有重要意义。

申请号为CN201510585671.3的发明专利公开了一种非对称永磁偏置轴向磁轴承。该非对称永磁偏置轴向磁轴承由定子铁芯、带有推力盘的转子铁芯、永磁体和激磁线圈组成。双E型定子铁芯组成了磁轴承Z正负方向上的4个定子磁极，Z正和Z负方向各两个定子磁极。Z正方向和Z负方向的两个定子磁极之间是两个磁动势不同的环形永磁体，可以在提供偏置磁密的时候，同时产生轴向两个方向不同的静态承载力。

申请号为CN201310139793.0的发明专利公开了一种单边混合型轴向磁轴承。该轴向磁轴承由定子组件和转子组件组成，上述定子组件由环形内磁极、环形永磁体、环形外磁极从内到外依次装配组成，其中，环形外磁极上开有圆形槽，控制绕组绕制在所述圆形槽内；转子组件包括转子推力盘及转轴，所述转子推力盘热套在转轴上。

但是，上述装置存在承载力密度低的问题，在应用于具有轴向单向大推力特征的涡轮机械中，体积相对较大。

有鉴于此，有必要设计一种改进的集成化程度高、具有单向高承载力密度的非对称轴向磁轴承装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于对轴向磁轴承的拓扑和结构布置方式进行组合和优化，提供一种集成化程度高、单向承载力密度高的非对称轴向磁轴承装置。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种具有单向高承载力密度的非对称轴向磁轴承装置，其包括转轴、对转轴进行轴向悬浮的非对称轴向磁轴承本体、控制器、位移传感器以及功率放大器；所述非对称轴向磁轴承本体包括对称布置的差动磁轴承定子、单向推力磁轴承定子以及转子推力盘；

所述单向推力磁轴承定子铁芯和差动磁轴承定子铁芯分别采用磁性材料，所述单向推力磁轴承定子铁芯独立工作在磁性材料的饱和区，通常工作磁密在1.2T以上；所述差动磁轴承定子铁芯工作在磁性材料的线性区，通常最大工作磁密在1.2T以下。

作为本发明的进一步改进，所述差动磁轴承定子和所述单向推力磁轴承定子共用一个转子推力盘。

作为本发明的进一步改进，所述单向推力磁轴承定子设置在所述转子推力盘的外侧，两个所述差动磁轴承定子对称布置在所述转子推力盘的两侧，且沿推力盘的径向外侧放置。

作为本发明的进一步改进，所述差动磁轴承定子与所述单向推力磁轴承定子的最小径向间隔距离不小于5mm。