一种低功耗永磁偏置五自由度集成化磁轴承制造技术

本发明专利技术公开了一种低功耗永磁偏置五自由度集成化磁轴承，包括定子、转子铁芯，所述转子铁芯包括轴向部分、径向部分；定子包括左侧径向磁轴承铁芯、右侧径向磁轴承铁芯；左侧环形永磁体、右侧环形永磁体；左侧轴向磁轴承铁芯、右侧轴向磁轴承铁芯；左侧轴向磁轴承铁芯与右侧轴向磁轴承铁芯之间设置有隔磁铝环；本发明专利技术有效解决了现有五自由度磁悬浮系统的不足，提供一种体积小、质量轻、轴向长度短、临界转速高、铁芯利用率高、结构、制造与装配简单、轴向和径向控制磁通均不经过永磁体，可产生更大轴向和径向悬浮力的低功耗永磁偏置五自由度集成化磁轴承。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轴承制造
，具体涉及一种轴向长度短、临界转速高、铁芯材料利用率高、体积小、质量轻、结构、制造与装配简单，并可产生更大轴向和径向悬浮力的低功耗永磁偏置五自由度集成化磁轴承。
技术介绍
磁轴承是利用定子和转子之间的电磁力将转子悬浮于空间，使定、转子之间无任何机械接触的一种新型高性能轴承。由于定、转子之间不存在机械接触，所以磁悬浮轴承支撑的悬浮系统转子可达到很高的运转转速，并且具有无机械磨损、能耗低、寿命长、无需润滑、无污染等优点，特别适合应用于高速或超高速直接驱动领域。目前，磁轴承按照磁力提供的方式分为以下三种：.主动磁轴承，由偏置电流产生偏置磁场，控制电流产生的控制磁通与偏置磁通相互叠加，从而产生可控的悬浮力，该种磁轴承体积、重量和功耗都比较大。.被动磁轴承，悬浮力完全由永磁体提供，所需的控制器简单，悬浮功耗小，但是刚度和阻尼都较小，一般运用于仅在一个方向上支撑物体或者是减轻作用在传统轴承上的负荷。.混合磁轴承，是采用永磁材料替代主动磁轴承中的电磁铁来产生偏置磁场，控制电流仅提供平衡负载或干扰的控制磁通，大大降低了磁轴承的功率损耗，缩小了磁轴承的体积，减轻其重量，并提高了承载能力。要实现转子五自由度稳定悬浮，必须在转子的五个自由度上施加控制力。但是，现有的五自由度磁悬浮系统都是采用多个单独的轴向单自由度磁轴承、径向两自由度磁轴承或径向-轴向三自由度磁轴承单元，沿着轴向位置组合成五自由度磁悬浮系统，导致轴向长度较长，磁悬浮系统的临界转速低，输出功率小，系统结构与控制复杂，限制了磁悬浮系统优良特性的应用领域。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种低功耗永磁偏置五自由度集成化磁轴承，本专利技术有效解决了现有五自由度磁悬浮系统的不足，提供一种体积小、质量轻、轴向长度短、临界转速高、铁芯利用率高、结构、制造与装配简单、轴向和径向控制磁通均不经过永磁体，可产生更大轴向和径向悬浮力的低功耗永磁偏置五自由度集成化磁轴承。本专利技术通过以下技术方案实现：一种低功耗永磁偏置五自由度集成化磁轴承，包括定子、转子铁芯（8），其特征在于：所述转子铁芯（8）包括轴向部分、径向部分；所述定子包括沿转子铁芯（8）的轴向部分，并以转子铁芯（8）的径向部分为对称中心，依次对称设置的左侧径向磁轴承铁芯(1)、右侧径向磁轴承铁芯(7)；左侧环形永磁体(2)、右侧环形永磁体(6)；左侧轴向磁轴承铁芯(3)、右侧轴向磁轴承铁芯(5)；左侧轴向磁轴承铁芯(3)与右侧轴向磁轴承铁芯(5)之间设置有隔磁铝环（4）；左侧径向磁轴承铁芯(1)、右侧径向磁轴承铁芯(7)的定子槽内分别绕制左侧径向磁轴承控制绕组（14）、右侧径向磁轴承控制绕组(15)；左侧轴向磁轴承铁芯(3)、右侧轴向磁轴承铁芯(5)均呈E形结构，定子槽内分别绕制有控制绕组(13)。本专利技术进一步技术改进方案是：所述左侧轴向磁轴承铁芯(3)、右侧轴向磁轴承铁芯(5)均由上下位置设置的吸力圆盘(11、12）以及中间位置设置的控制圆盘（9、10）构成，控制绕组(13)绕制于吸力圆盘(11)与控制圆盘（9）、吸力圆盘(12)与控制圆盘（10）之间。本专利技术进一步技术改进方案是：所述控制圆盘（9、10）与转子铁芯（8）径向部分之间的气隙长度大于吸力圆盘（11、12）与转子铁芯（8）径向部分之间的气隙长度，且吸力圆盘（11、12）与转子铁芯（8）径向部分之间的气隙长度小于左侧轴向磁轴承铁芯(3)和右侧轴向磁轴承铁芯(5)与转子铁芯（8）轴向部分之间的气隙长度。本专利技术进一步技术改进方案是：所述左侧环形永磁体(2)、右侧环形永磁体(6)均为轴向充磁的环形永磁体，为磁轴承提供径向和轴向偏置磁通。本专利技术进一步技术改进方案是：所述隔磁铝环（4）由整块铝材制成，将左右两侧磁路相隔开，且减少漏磁。本专利技术进一步技术改进方案是：所述左侧径向磁轴承铁芯(1)、右侧径向磁轴承铁芯(7)、左侧轴向磁轴承铁芯(3)、右侧轴向磁轴承铁芯(5) 、转子铁芯（8）均采用具有良好轴向和径向导磁性能的材料制成。本专利技术进一步技术改进方案是：所述左侧环形永磁体(2)、右侧环形永磁体(6)均为稀土永磁材料制成。本专利技术与现有技术相比，具有以下明显优点：一、本专利技术提出的永磁偏置五自由度集成化磁轴承，是由两个轴向磁化的环形永磁体在五个自由度上提供偏置磁通，控制绕组分别通电产生控制磁通，对应气隙的偏置磁通和控制磁通两者相互叠加，保证定、转子之间径向和轴向的气隙均匀，实现转子在五个自由度上稳定悬浮；二、本专利技术各控制磁通均不经过磁阻大的永磁体形成闭合路径，具有可产生较大的轴向和径向悬浮力、低功耗的优点；三、本专利技术采用隔磁铝环将左右两侧磁路相互隔离，且保证控制磁通不经过永磁体，且减少漏磁；四、本专利技术永磁偏置五自由度集成化磁轴承是将组成定子的各部分按照轴向叠装而成，结构简单，易于制造和装配，铁芯利用率高，体积小，质量轻，轴向长度短，临界转速高，可应用于飞轮储能、各种高速机床主轴电机和密封泵类、离心机、压缩机、高速小型硬盘驱动装置等多领域。附图说明图1为本专利技术永磁偏置五自由度集成化磁轴承结构示意图；图2为本专利技术永磁偏置五自由度集成化磁轴承磁路示意图。具体实施方式本专利技术基于的原理是：轴向磁化的左侧环形永磁体2给左侧径向磁轴承铁芯1、左侧轴向磁轴承铁芯3提供左侧偏置磁通16、 17以及18；轴向磁化的右侧环形永磁体6给右侧径向磁轴承铁芯7和右侧轴向磁轴承铁芯5提供右侧偏置磁通22、21以及24；控制绕组14产生左侧径向控制磁通20，与左侧偏置磁通16相互作用产生左侧径向悬浮力；控制绕组15产生右侧径向控制磁通23，与右侧偏置磁通22相互作用产生右侧径向悬浮力；控制绕组13分别产生左、右侧轴向控制磁通19和25，左侧轴向控制磁通19和左侧偏置磁通17、18相互作用，右侧轴向控制磁通25和右侧偏置磁通21、24相互作用，产生轴向悬浮力；永磁偏置五自由度集成化磁轴承在五个自由度上全部由永磁体产生偏置磁通，各控制绕组通电产生的控制磁通起调节作用，用来改变永磁偏置五自由度集成化磁轴承铁芯轴向和径向气隙磁场的强弱，通过位移闭环控制，保持定、转子轴向、径向之间的气隙均匀，实现转子的五自由度稳定悬浮。如图1所示，本专利技术提出一种永磁偏置五自由度集成化磁轴承，即本专利技术的基本形式，由定子和转子组成，定子包括左侧径向磁轴承铁芯1、左侧环形永磁体2、左侧轴向磁轴承铁芯3、隔磁铝环4、右侧轴向磁轴承铁芯5、右侧环形永磁体6、右侧径向磁轴承铁芯7、轴向控制绕组13、左侧径向控制绕组14和右侧径向控制绕组15，转子铁芯8包括轴向部分、径向部分，轴向部分、径向部分互为垂直设置，整体呈十字状；左侧轴向磁轴承铁芯3制成E型结构，中间为控制圆盘9、上下位置是吸力圆盘11，在吸力圆盘和控制圆盘之间嵌入控制绕组13；右侧轴向磁轴承铁芯5也制成E型结构，中间为控制圆盘10、上下位置是吸力圆盘12，在吸力圆盘12和控制圆盘10之间嵌入控制绕组13，吸力圆盘11、12与转子铁芯8径向部分之间的气隙长度应小于控制圆盘9、10与转子铁芯8径向部分之间的气隙长度，且吸力圆盘11、12与转子铁芯8径向部分之间的气隙长度小于轴向磁轴承左右侧铁芯3和5与转子铁芯8轴向部分之间的气隙长度；左侧径向磁轴承本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低功耗永磁偏置五自由度集成化磁轴承，包括定子、转子铁芯（8），其特征在于：所述转子铁芯（8）包括轴向部分、径向部分；所述定子包括沿转子铁芯（8）的轴向部分，并以转子铁芯（8）的径向部分为对称中心，依次对称设置的左侧径向磁轴承铁芯(1)、右侧径向磁轴承铁芯(7)；左侧环形永磁体(2)、右侧环形永磁体(6)；左侧轴向磁轴承铁芯(3)、右侧轴向磁轴承铁芯(5)；左侧轴向磁轴承铁芯(3)与右侧轴向磁轴承铁芯(5)之间设置有隔磁铝环（4）；左侧径向磁轴承铁芯(1)、右侧径向磁轴承铁芯(7)的定子槽内分别绕制左侧径向磁轴承控制绕组（14）、右侧径向磁轴承控制绕组(15)；左侧轴向磁轴承铁芯(3)、右侧轴向磁轴承铁芯(5)均呈E形结构，定子槽内分别绕制有控制绕组(13)。

【技术特征摘要】
1.一种低功耗永磁偏置五自由度集成化磁轴承，包括定子、转子铁芯（8），其特征在于：所述转子铁芯（8）包括轴向部分、径向部分；所述定子包括沿转子铁芯（8）的轴向部分，并以转子铁芯（8）的径向部分为对称中心，依次对称设置的左侧径向磁轴承铁芯(1)、右侧径向磁轴承铁芯(7)；左侧环形永磁体(2)、右侧环形永磁体(6)；左侧轴向磁轴承铁芯(3)、右侧轴向磁轴承铁芯(5)；左侧轴向磁轴承铁芯(3)与右侧轴向磁轴承铁芯(5)之间设置有隔磁铝环（4）；左侧径向磁轴承铁芯(1)、右侧径向磁轴承铁芯(7)的定子槽内分别绕制左侧径向磁轴承控制绕组（14）、右侧径向磁轴承控制绕组(15)；左侧轴向磁轴承铁芯(3)、右侧轴向磁轴承铁芯(5)均呈E形结构，定子槽内分别绕制有控制绕组(13)。2.根据权利要求1所述的一种低功耗永磁偏置五自由度集成化磁轴承，其特征在于：所述左侧轴向磁轴承铁芯(3)、右侧轴向磁轴承铁芯(5)均由上下位置设置的吸力圆盘(11、12）以及中间位置设置的控制圆盘（9、10）构成，控制绕组(13)绕制于吸力圆盘(11)与控制圆盘（9）、吸力圆盘(12)与控制圆盘（10）之间。3.根据权利要求2所述的一种低功耗永磁偏置五自由...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，莫丽红，张晨，倪伟，丁卫红，叶小婷，张惠萍，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32