[发明专利]一种三自由度混合磁轴承

说明书

本发明涉及磁悬浮轴承制造领域，公开了一种三自由度混合磁轴承。所述的三自由度混合磁轴承包括：径向定子，轴向定子、偏置永磁体、径向控制绕组和轴向控制绕组。所述的径向定子用来为永磁偏置磁通和径向控制磁通提供磁路，共有12个齿，由硅钢片叠压制成，硅钢片具体材料不限；所述的轴向定子用来为永磁偏置磁通和轴向控制磁通提供磁路，采用导磁材料制成。所述的偏置永磁体采用钐钴磁钢制成，用来为径向和轴向提供偏置磁通。所述径向控制绕组由铜线绕制，共有12组，分别绕制在每一个径向定子齿上；通过改变径向控制绕组中控制电流的大小来控制转子径向的悬浮。所述轴向控制绕组用来控制轴向的悬浮，通过改变绕组中电流的大小控制轴向的悬浮。本发明径向定子采用12个齿，减小了径向二个自由度之间的耦合，调整了轴向控制线圈的位置减小了转子的轴向长度，有利于提高转子的模态频率，更适用于大功率、高速类型电机。

技术领域

本发明属于磁悬浮轴承领域，具体涉及了一种三自由度的混合磁轴承设计，可同时控制径向X、Y方向平移和轴向Z方向平移的三个自由度，适用于航空航天，核能，风力发电、污水处理、飞轮储能、高速电机以及其他工业领域等各类旋转机械的支撑，属于大功率和超高速电气传动领域。

背景技术

磁轴承利用电磁力将转子悬浮于空中，使转子和定子之间没有接触，具有无摩擦、无磨损、无需轮滑油、可支撑转速高、转子位移可动态调节、控制精度高、寿命长等一系列有点。传统的径向-轴向混合磁轴承常采用两个轴向控制绕组分别放置于轴向定子中定子盘的内侧，受轴向空间的限制，无法绕制很多的匝数，因此无法满足大轴向力的需求；定子齿磁极通常采用四个齿磁极的方式，这样会造成径向两个自由度之间存在较强的耦合性，进而对径向控制的精度和稳定性产生一定的影响。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有的混合磁轴承轴向长度大，径向两个自由度存在较强耦合性的不足，提出了一种可以降低磁轴承轴向长度，且降低径向控制二个自由度耦合性的方法。

本发明的技术解决方案是：调整了常规轴向控制绕组的位置，将两个轴向控制绕组合并，且放在轴向定子的外侧，这样不仅可以减小轴承整体的轴向长度，而且可以放置更多控制绕组的匝数，进而可以增加轴向的控制力；将常规的4个齿磁极调整为12个齿磁极，包括4个大齿和8个小齿， 8个小齿的径向绕组控制电流方向和4个大齿的径向控制绕组电流方向相反，进而降低径向二个自由度之间的耦合，提高径向控制的精度。

本发明与现有技术相比的优点在于：减小了轴承的轴向长度，提高转子的一阶模态频率，能够满足更高转速的要求；能够放置更多的轴向控制绕组匝数，满足更大轴向力的要求；降低了二个径向自由度之间的耦合性，提高了径向控制的精度和稳定性。

附图说明

图1为本发明的轴向剖面图

图2为本发明的径向剖面图

图3为本发明轴向定子剖面图

图4为本发明径向定子剖面图

图5为本发明的径向磁力线示意图

图6为本发明的轴向磁力线示意图

具体实施方式

1、如图1和2所示，本发明由轴向定子1、轴向控制绕组2、永磁体3、径向控制绕组4、径向定子5和转子6组成。转子1位于径向定子5 的中心处，在转子6外同轴套径向定子5，径向定子5外同轴套有圆环形永磁体3，永磁体3外同轴套轴向定子1，轴向定子1外同轴套轴向控制绕组 2。圆环形永磁体3沿径向充磁，内侧是S极，外侧是N极。永磁体3、径向定子5和转子6的轴向长度相同。

2、如图2-3所示，径向定子5由径向定子轭20和12径向定子齿组成，径向定子轭20为圆环形，径向定子轭内环面沿圆周方向布置有12个径向定子齿，形成12个磁极结构。每个径向定子齿上均缠绕有径向控制绕组。