[发明专利]一种径向两自由度混合磁悬浮轴承

说明书

本发明公开了一种径向两自由度混合磁悬浮轴承。转子铁芯同轴安装在转轴上，两个定子铁芯均呈C字形，形成中间部和经磁极臂连接在中间部两端的两个磁极，两个定子铁芯相交叉垂直放置，在两个定子铁芯的中间部之间通过永磁体连接，转子铁芯安装在两个定子铁芯的磁极端处，转子铁芯和定子铁芯磁极端的磁极之间留有工作气隙，定子铁芯两磁极臂上均各绕有一组控制线圈，控制磁场和永磁偏置磁场在气隙中抵消或叠加，产生承载力。本发明的磁悬浮轴承安装在转轴末端，转子铁芯在转轴上所占的长度较小，而且径向的尺寸也较小，可以满足多种应用场合的工程要求。

技术领域

本发明涉及了一种磁悬浮轴承，尤其是涉及了一种径向两自由度混合磁悬浮轴承。

背景技术

与滚珠轴承、滑动轴承等传统轴承相比，磁悬浮轴承定转子之间不存在机械接触，因而转子可以实现高转速，并且具有能耗低、无需润滑、寿命长和无污染等诸多优点，在工业应用中具有广泛的前景。

磁悬浮轴承一般可以分为三类：纯电磁式的主动磁轴承、纯永磁式的被动磁轴承和混合磁悬浮轴承。混合磁悬浮轴承利用永磁体产生的磁场作为静态偏置磁场，线圈电流产生的磁场作为控制磁场，又称为永磁偏置磁悬浮轴承。能够降低线圈中的电流、降低功率放大器的功耗，减小轴承体积，是目前磁悬浮轴承主要的研究方向。但是现有的径向两自由度混合磁悬浮轴承结构设计存在一些不足：部分结构复杂，材料加工难度大；在部分结构设计中，控制电流产生的控制磁场会穿过永磁体，因而需要较大的控制电流，功耗变大，同时也会对永磁体反复进行充磁和退磁，影响永磁体的性能和可靠性；部分结构设计中，不同方向的控制磁场之间存在耦合现象，增加控制系统的复杂度，降低了轴承整体的可靠性；部分结构设计中，铁芯硅钢片的叠压方向和磁场的方向相同，会增加磁路中铁芯的磁阻，进而需要更多的永磁体和更大的控制电流，同时也会增加设计优化的难度；部分结构设计中，异极型磁悬浮轴承的直径较大，不便于安装，同极型磁悬浮轴承的轴向长度较长，占据了较长的一段转子，影响系统性能。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种径向两自由度混合磁悬浮轴承，能够克服上述背景技术中的一些现有结构的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括两个定子铁芯、转子铁芯、控制线圈和定子永磁体，两个定子铁芯相交叉垂直安装，两个定子铁芯之间连接有永磁体，转子铁芯安装在两个定子铁芯一端的中间并留有工作气隙，两个定子铁芯均绕有控制线圈，转子铁芯同轴安装在转轴上。

所述的两个定子铁芯均呈C字形，形成中间部和经磁极臂连接在中间部两端的两个磁极，两个定子铁芯相交叉垂直放置，在两个定子铁芯的中间部之间通过永磁体连接，转子铁芯安装在两个定子铁芯的磁极端处，转子铁芯和定子铁芯磁极端的磁极之间留有工作气隙，定子铁芯两磁极臂上均各绕有一组控制线圈。

同一个所述定子铁芯中，两磁极臂上的两个控制线圈串联相接，并各自磁极臂通入电流后产生的磁场方向相反，从而使得定子铁芯具有环形的控制磁场磁路。

所述的永磁体的磁场方向与转子铁芯的旋转轴向平行。

所述的转子铁芯和定子铁芯均由硅钢片叠压而成，硅钢片的叠压方向均垂直于磁场方向，转子铁芯和定子铁芯硅钢片的叠压方向相垂直。

所述的永磁体为轴向充磁，充磁方向沿两个定子铁芯中间部之间连接方向。

通过永磁体的充磁和两个定子铁芯通入电流产生磁场的配合控制磁场和永磁偏置磁场在气隙中抵消或叠加，产生承载力。

两个所述定子铁芯通电电流产生的控制磁场磁路不会通过永磁体，并且两个定子铁芯的控制磁场磁路所在平面相垂直，如图2所示的X、Y两个方向的控制磁场磁路只通过对应方向的定子铁芯，磁路相互解耦。