永磁偏置轴向磁轴承.pdf

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种永磁偏置轴向磁轴承，其结构较为简单，控制方便，通过将转子铁心设计为薄片状圆盘形，临界转速高，可产生一稳定的被动悬浮力，将其用于垂直放置的飞轮储能装置中，可大幅降低磁轴承的悬浮功耗。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括定子组件和转子组件，所述的定子组件包括轴向定子、轴向控制绕组、永磁体和径向定子，所述的转子组件包括转轴和转子铁心，其中：轴向控制绕组绕于轴向定子的磁极上，转子铁心套装于转轴上，径向定子设于轴向定子内，永磁体贴附于径向定子的外端且和轴向定子的内端面相接触，转子铁心设于轴向定子和径向定子的内部；所述的转子铁心是圆盘形，圆盘的中心套接于转轴上，径向定子设于圆盘的两端，轴向定子设于圆盘的外端，所述的转子铁心套接于转轴的部分的长度和转轴的长度相同。

所述的径向定子只用于流以偏置磁通，为便于悬浮转子的高速旋转，所述的转子铁心和径向定子是实心软磁材料制成。

本发明工作时：本发明的永磁偏置轴向磁轴承，利用位于转子铁心两侧的两个相同的径向充磁的环形永磁体来建立静态偏置磁场，通过轴向定子、转子铁心和径向定子来形成闭合磁路，当转子铁心位于轴向平衡位置时，由于结构的对称性，环形永磁体产生的磁通在转子铁心的轴向端面的右面气隙和左面气隙处是相等的，此时左右吸力相等；假定此时转子受到一水平向左的扰动力，则轴向控制绕组通以控制电流在轴向气隙中产生控制磁通与偏置磁通叠加，右气隙中磁场增强，左气隙中控制磁场与偏置磁场方向相反，磁场减弱，在转子铁心上产生水平向右的悬浮力；若转子受到向右的扰动力，则控制电流反向，形成的控制磁通反向与偏置磁通叠加，形成向左的悬浮力；如将其轴向气隙设计为不对称结构，则可产生一稳定的静态悬浮力，将其用于垂直放置的飞轮装置中，可大幅降低轴承的功耗。

有益效果：本发明中径向定子只用于流以偏置磁通，为实心圆盘，大为简化了磁轴承的结构。转子铁心主要用以流以偏置磁轴承，这种圆盘状的转子铁心，不但大为缩短了磁轴承的轴向长度，提高了转子的临界转速，同时，也缩短了轴向控制磁通的磁路，降低了轴向励磁磁通的损耗。轴向定子的磁极位于径向定子之上，不仅缩短了整个轴承的轴向长度，而且使轴向控制磁通与径向磁路互不干扰，不产生磁路耦合。同时，该磁轴承利用永磁体产生偏置磁通，还具有功耗小，轴向长度短的优点，在飞轮储能、空调压缩机、涡轮分子泵等高速应用场合具有广阔的应用前景，将其利用于航空航天和舰艇等国防领域则更具有重要意义。如将其轴向气隙设计为不对称结构，则可产生一稳定的静态悬浮力，将其用于垂直放置的飞轮装置中，可大幅降低轴承的功耗。