本发明专利技术公开了一种大承载轴向混合磁轴承，包括转子(8)，转子(8)上设有磁轴承定子(6)，磁轴承定子(6)内设有定子腔(1)，定子腔(1)内设有树脂(3)，树脂(3)内侧包围电磁绕组线圈(2)，树脂(3)外侧设有导磁环(5)和梯形截面的永磁环(4)，永磁环(4)位于导磁环(5)上方；所述的磁轴承定子(6)与转子(8)之间形成轴向气隙(7)。本发明专利技术不仅结构简单，便于加工和装配，而且具有功耗低、承载能力大的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及一种轴承，特别是一种大承载轴向混合磁轴承。
技术介绍
飞轮储能系统依靠高速或超高速运行的飞轮转子来进行动能存储。要保证转子在 高速或超高速状态下正常工作，整个飞轮转子是通过性能良好的支撑部件的支承而获得稳 定运转的。系统的支承特性显得尤为重要。飞轮储能系统中传统机械轴承包括普通球轴承、 流体动压轴承等，因其旋转损耗和发热过大，难W满足高速重载且摩擦损耗低的要求，早期 飞轮储能系统发展缓慢，最主要原因就在于此。 随着飞轮储能系统的发展，为更大程度上提高飞轮的储能容量和减小运转过程中 的损耗，对支撑系统提出了工作转速高、损耗小、高可靠性和长寿命等严格的要求。因此，现 代用于飞轮系统的支撑件得到了快速发展，出现了陶瓷球轴承、磁悬浮轴承、空气轴承、超 导磁悬浮轴承等。近年来发展较快的空气轴承，虽然适用于高速和超高速状况，但其支承刚 度低，对于要求承载能力高的飞轮系统亦不适合。超导磁悬浮轴承是由永磁体与超导体组 合而成，具有无源、无机械磨损、高转速、长寿命等特点，吸引了各国科技人员的关注。20多 年前，美、日、德等国已经对此开始了研究，并逐渐取得了重大成果。但由于超导磁悬浮需要 低溫液氮等装置来维持超导特性，比较复杂和昂贵，因此应用得到限制。 现有磁轴承（磁悬浮轴承）中，主要是利用矩形截面的永磁环进行设计，但矩形截 面的永磁环会对磁力造成一定的阻碍，造成功耗高、承载能力小等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种大承载轴向混合磁轴承。本专利技术不仅结构简单，便于 加工和装配，而且具有功耗低、承载能力大的特点。 本专利技术的技术方案:一种大承载轴向混合磁轴承，包括转子，转子上设有磁轴承定 子，磁轴承定子内设有定子腔，定子腔内设有树脂，树脂内侧包围电磁绕组线圈，树脂外侧 设有导磁环和梯形截面的永磁环，永磁环位于导磁环上方;所述的磁轴承定子与转子之间 形成轴向气隙。 前述的大承载轴向混合磁轴承中，所述的转子的内径小于磁轴承定子的内径。[000引前述的大承载轴向混合磁轴承中，所述的导磁环的内外半径与定子腔外环的内外 半径相等。 -种大承载轴向混合磁轴承用的永磁环，所述永磁环的截面为梯形。 前述的大承载轴向混合磁轴承用的永磁环中，所述梯形为直角梯形。 前述的大承载轴向混合磁轴承用的永磁环中，所述梯形的腰与垂直方向的夹角a 的范围为15°-20°。 前述的大承载轴向混合磁轴承用的永磁环中，所述梯形的腰与垂直方向的夹角a 为20。。 与现有技术相比，本专利技术采用"梯形"截面永磁环，电磁磁路几乎不通过永磁体本 身而形成回路，承载力大；与传统截面永磁体混合磁轴承结构相比，在实现同等控制载荷 下，控制线圈电流小，减小了线圈损耗和发热，极大地提高了轴承系统的效率，且本专利技术采 用永磁偏置和电磁控制配合使用，永磁和电磁共享磁路，结构简单，便于加工和装配。W方 形截面和梯形截面磁轴承结构对比，轴向气隙为2mm，产生1200N的电磁力，同样情况下梯形 截面结构励磁电流可降低30%~40%，线圈能耗可降低约63.24%，功耗低。 本专利技术进行了大量的实验研究，W下为本专利技术的实验:实验例1: 为了得到更好的磁轴承结构，我们可W进一步研究永磁体梯形截面的斜面倾斜角 取值，找出规律，寻求最优值。现假设在IOA电流的作用下，分别取5°、10°、15°、20°、25°的倾 角进行分析，磁密和相对磁密变化趋势见表1、图3和图4。 表1不同工作条件下各倾角所对应的磁密[001引从表1、图3和图4可知，随着倾角增加，磁密随之减小。从图4可知，相对磁密从5°到 15°是相对增加的，从15°到20°是持平状态，从20°到25°相对减小。考虑初设磁密及最终磁 密和永磁体加工工艺，永磁体倾斜角度20°为最佳状态。 实验例2:截面为矩形和梯形的永磁环对比实验 混合磁轴承中永磁体的结构设计合理与否，直接关系到整个磁轴承的效率。在此 设计截面分别为矩形和梯形的两种永磁体结构，通过比较它们的特性分析，选择更合理的 结构。对永磁偏置轴向磁轴承性能分析： (1)永磁体单独作用 当永磁体单独工作时，运用ANSOFT电磁分析软件对两种不同截面的磁轴承进行分 析，得到磁密波形图分别如图5和图6所示。 对照图5和图6可知，矩形截面永磁体产生的气隙磁密与梯形截面永磁体产生的气 隙磁密波形基本趋势相同，前者平均气隙磁密为0.8932T，后者平均气隙磁密为0.6317T。运 是因为后者表面积较前者略小，表面两端漏磁所致。表2列出永磁体单独作用时，两者在相 同条件下产生的永磁力的比较，可看出前者产生的永磁力比后者大。 表2两种截面在相同条件下产生的永磁力 (2)电磁单独作用 当电磁单独作用时，通IOA的电流，运用ANSOFT电磁分析软件对两种不同截面的磁 轴承进行分析，得到磁密波形图分别如图7和图8所示。 对照图7和图8可知，两者的气隙磁密波形基本相同，前者平均气缝隙磁密为 0.0954T，后者为0.165T。表3为电励磁单独作用时，定子梯形槽与定子方形槽结构产生电磁 力的对比。从表3中可W看出，定子梯形槽轴向力为方形槽结构的2.77倍。 表3相同条件下不同截面产生的电磁力 (3)永磁体和电流电磁同时作用 当永磁体和电磁同时作用时，运用ANSOFT电磁分析软件对采用两种不同截面的磁 轴承进行分析。当通1OA的电流时，两者气隙磁密波形图如图9和图10所示。 对照图9和图10可看出采用矩形截面结构与梯形截面结构产生的气隙磁密波形图 趋势基本相同，前者平均气隙磁密为0.8938T，后者平均气隙磁密为0.6325T。 通过上述分析可知，由于梯形截面结构永磁体相对于矩形截面结构的磁阻小，在 产生相同电磁力的情况下，梯形所需的电流较小，即能耗较小，产生的热量也相应小，本文 选用梯形截面磁轴承结构。 (4)混合磁轴承关键工作点分析 通过ANSOFT电磁分析软件对磁轴承在平衡位置工作点、最大气隙位置工作点、最 小气隙位置工作点的磁场W及气隙磁密分布进行分析，可为设计磁轴承时选择合理的电磁 参数和最佳的磁路结构提供一定的依据。 a、平衡位置 永磁体单独励磁、永磁力与转子重量平衡时，磁轴承处于平衡位置工作点，此时工 作气缝隙为2.5mm。磁轴承的磁密分布图如图11所示。 根据图11可W看出，只有永磁体边缘很小区域出现了磁密饱和，其余部分磁密比 较低，说明磁轴承在此位置处整个磁路是不饱和的。此时转子受到的轴向力如表4所示。当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大承载轴向混合磁轴承，其特征在于：包括转子(8)，转子(8)上设有磁轴承定子(6)，磁轴承定子(6)内设有定子腔(1)，定子腔(1)内设有树脂(3)，树脂(3)内侧包围电磁绕组线圈(2)，树脂(3)外侧设有导磁环(5)和梯形截面的永磁环(4)，永磁环(4)位于导磁环(5)上方；所述的磁轴承定子(6)与转子(8)之间形成轴向气隙(7)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张秀华，何林，李光喜，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。