[发明专利]磁悬浮轴承的轴向磁轴承结构

说明书

本发明公开了磁悬浮轴承的轴向磁轴承结构，属于磁悬浮轴承技术领域。包括转子组件和定子组件，对于电励磁磁阻式轴向磁轴承结构，转子组件包括转轴及套装在转轴上的转子轭；定子组件包括定子磁极、定子励磁线圈以及隔磁环。定子磁极和转子轭对应位置均开有相同数量相同结构的齿，并错开一定位置。在定子磁极中插入永磁体可以构成混合励磁磁阻式轴向磁轴承结构。合并中间两个齿型结构且取消掉隔磁环，整个圆筒分成四个定子磁极，可以构成轴径向磁轴承。本发明取消了传统轴向磁轴承的推力盘结构，有效解决了装配与不易动平衡校准的问题，轴向推力也与齿数成近似的正比关系，具有较好的承载能力。合理选择齿间偏移位置，可以得到较好的位移刚度性能。

技术领域

本发明属于磁悬浮轴承技术领域，更具体地，涉及磁悬浮轴承的轴向磁轴承结构。

背景技术

磁悬浮轴承技术是利用定、转子之间的电磁力，将转子悬浮于空间中，从而避免定转子之间的机械接触，是一种高性能的新型轴承。由于定转子之间没有机械摩擦，轴承转子可以承受很高的转速，具有寿命长、能耗低、无润滑、无污染等优点，在高速、真空及超洁净等特殊的应用场合具有无可替代的优势。

传统的轴向磁轴承，利用推力盘结构与电励磁产生的磁场之间的电磁力来提供轴向承载力，然而该结构中推力盘的存在使得轴向磁轴承轴向长度过大，存在安装困难、拆卸不方便、动平衡校验不准等问题，限制了其发展与应用。而现有的一些采用气隙磁导变化来解决该问题的磁轴承结构，其轴向最大承载力较小，且具有较大的负位移刚度，控制性能较差。

在中国专利CN103939465B公开的一种单自由度轴向磁轴承中，通过轴向移动时，励磁电流的改变，使得转子轭两端磁通变化，实现轴向悬浮力的改变，从而实现轴向平稳控制。该专利取消了推力盘结构，解决了部分推力盘引入的工程加工问题，但是该结构仅仅依靠转子轭两端的磁通变化来产生电磁力，磁极有效的接触面积不大，轴向承载力较小、易造成一边极身过饱和，同时发生偏移时偏移处的气隙磁导变小，电磁力变大，具有较差的位移刚度。此外，该结构仅仅在转子轭的两端受力，易产生波动，受力不均匀。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供磁悬浮轴承的轴向磁轴承结构，旨在取消推力盘结构，同时发生轴向偏移时，气隙不发生变化，使得轴向磁轴承的加工工艺变得简单，解决了动平衡难以校准、加工成本较高、不便于集成到系统中的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种磁悬浮轴承的轴向磁轴承结构，所述轴向励磁结构为电励磁磁阻式轴向磁轴承，包括转子组件和定子组件，所述转子组件包括转轴1及套装在转轴1上的转子轭2；所述定子组件包括四个定子磁极301、302、303、304、被定子磁极301、302、303、304包围空间内的两个定子励磁线圈401、402，以及隔磁环5。隔磁环5顶部与定子磁极301、302、303、304顶部对齐，底部与定子磁极301、302、303、304齿底部对齐。定子磁极301、302、303、304最底端和转子轭2的最顶部之间留有工作气隙。定子磁极301、302、303、304和转子轭2上均开有小齿。

作为本发明的一种优选方案，所述的定子磁极301、302、303、304和转子轭2上所开齿的数量和齿形结构相同，且齿宽齿距比在0.2-0.8之间，齿距气隙比在10-100之间，每极下的齿数N≥2。定子磁极301、302、303、304上的齿和转子轭2上的齿之间错开一定的距离。

作为本发明的一种优选方案，所述的定子励磁线圈401、402采用环形结构，转子轭2、定子磁极301、302、303、304和隔磁环5均采用圆筒结构。定子磁极301、302、303、304和转子轭2采用铁磁材料，隔磁环5采用非铁磁材料。