專利名稱：磁懸浮軸承定子、磁懸浮軸承、定子鐵芯制作工裝及方法
技術領域：
本發明涉及磁懸浮軸承領域，特別地，涉及一種磁懸浮軸承定子、磁懸浮軸承、定子鐵芯制作工裝及方法。
背景技術：
磁懸浮軸承(Magnetic Bearing)是利用磁力作用將轉子懸浮于空中，使轉子與定子之間沒有機械接觸。其原理是通過定子線圈繞組通電后，在定轉子間形成閉合回路。磁力線通過定子磁極進入轉子，在轉子表面形成電磁力吸附轉子，利用各磁極在轉子圓周表面的吸附力的平衡作用，使轉子懸浮在定轉子氣隙中，實現定轉子間的無接觸，所以轉子的重量就固定在運轉的軌道上，利用幾乎是無負載的軸芯往反磁浮線方向頂撐，形成整個轉子懸空，在固定運轉軌道上。與傳統的滾珠軸承、滑動軸承以及油膜軸承相比，磁軸承不存在機械接觸，轉子可以運行到很高的轉速，具有機械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優點，特別適用于高速、真空、超凈等特殊環境中。傳統的徑向磁懸浮軸承定子各自由度的磁路是相通的(如圖10所示)，在正常運行工況下，由于各繞組通入的電流不相等，各極下的磁場并不是相互獨立的，不同控制繞組電流產生的磁場之間存在著干擾耦合現象，圖10示出了現有技術中的定子磁場分布圖，從圖上可以看出定子鐵芯內部具有磁場43，而各個定子鐵芯之間存在漏磁43a，這些漏磁43a造成磁場耦合，從而加劇了軸承控制的難度；另外由于漏磁43a的存在，致使磁極電磁力降低，這時需要增大電流來提高電磁力，進一步增加了渦流和磁滯損耗，這樣就增大了能耗。因此由于耦合的存在，將導致磁懸浮軸承兩個自由度上懸浮力的相互耦合，使軸承控制變的更加困難；同時也增大了電流損耗。

發明內容
本發明目的在于提供一種磁懸浮軸承定子、磁懸浮軸承、定子鐵芯制作工裝及方法，以解決不同繞組之間存在著干擾耦合導致磁懸浮軸承兩個自由度上懸浮力的相互耦合，使軸承難于控制及電能損耗大的技術問題。為了實現上述目的，本發明提供了一種磁懸浮軸承定子，包括多個定子鐵芯和定子外圈:多個定子鐵芯有間隔地均勻分布在一個以定子外圈的中心為圓心的外周上；多個定子鐵芯與定子外圈可拆卸地連接。由于多個定子鐵芯與定子外圈呈拼塊結構，各個定子鐵芯之間磁場分布均勻，無漏磁，不存在磁場耦合現象，因此減小了電能損耗，并且使軸承易于控制。進一步地，每個定子鐵芯包括疊壓在一起的多個硅鋼片，每個硅鋼片的朝向軸承軸心的一側包括第一伸出部和第二伸出部,第一伸出部和第二伸出部之間具有角度地設置；進一步地，角度大于或等于20度且小于或等于50度。進一步地，硅鋼片的朝向軸承軸心的一側還包括第三伸出部，第三伸出部設置在第一伸出部和第二伸出部之間。進一步地，硅鋼片上設置有用于焊接的焊接槽，多個硅鋼片之間通過焊接槽連接。進一步地，焊接槽設置在硅鋼片的遠離軸承軸心的一側。進一步地，每個定子鐵芯的各個硅鋼片上的焊接槽沿直線排列，形成位于定子鐵芯的遠離軸承軸心的一側的一個整體的直線槽。進一步地，定子外圈為圓環體或方形體，圓環體或方形體的內側設置有燕尾型的凸出部，凸出部之間形成與定子鐵芯形狀相適配的安裝槽，定子鐵芯通過安裝槽固定安裝。進一步地，圓環體或方形體為中空結構。進一步地，凸出部至少為兩個。進一步地，凸出部為四個。本發明還提供一種磁懸浮軸承，包括磁懸浮軸承定子，磁懸浮軸承定子為前述的磁懸浮軸承定子。本發明還提供一種用于制作定子鐵芯的工裝，包括支撐板、上壓板，定子鐵芯為前述的磁懸浮軸承定子的定子鐵芯，工裝還包括芯柱，支撐板的上表面與芯柱的下底面貼合固定，芯柱的上表面與上壓板的下表面貼合固定，芯柱的周向面上設置有至少兩個豎向卡槽，構成定子鐵芯的硅鋼片設置于支撐板與上壓板之間并可沿豎向卡槽移動。進一步地，支撐板的上表面開設有與芯柱適配的第一芯柱槽；和/或上壓板的下表面開設有與芯柱適配的第二芯柱槽。進一步地，支撐板開設有第一螺釘孔，芯柱的下底面開設有與第一螺釘孔相對應的第一螺紋孔，支撐板與所述芯柱通過螺釘連接；和/或上壓板開設有第二螺釘孔，芯柱的上表面開設有與第二螺釘孔相對應的第二螺紋孔，上壓板與芯柱通過螺釘連接。進一步地，用于制作定子鐵芯的工裝還包括設置于支撐板上方并套設于芯柱上的底板。進一步地，硅鋼片的第一伸出部和第二伸出部分別置于對應的豎向卡槽內。本發明還提供一種用于制作前述的磁懸浮軸承定子的定子鐵芯的方法，包括如下步驟:通過螺釘將支撐板和芯柱固定連接；將底板套設在芯柱上，將多片硅鋼片按芯柱上的卡槽的位置依次放入；當多片硅鋼片達到預定高度后，利用上壓板將沿芯柱圓周分布的硅鋼片進行壓緊，并利用上壓板和芯柱的第二螺釘孔將上壓板和芯柱進行固定；將被疊加并壓實的多片硅鋼片在半圓的焊接槽的位置進行點焊；待焊接槽處冷卻后，將上壓板拆除，取出各定子鐵芯。本發明具有以下有益效果:多個定子鐵芯呈拼塊結構，各個定子鐵芯之間無連接，磁場分布均勻，無漏磁，不存在磁場耦合現象，減小了電能損耗，并且使得磁懸浮軸承更容易得到控制。除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。


構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
圖1是根據本發明用于制作定子鐵芯的工裝示意圖及其分解示意圖；圖2是根據本發明第一實施例硅鋼片的示意圖；圖3是根據本發明定子鐵芯與用于安裝定子鐵芯的工裝示意圖；圖4是根據本發明用于安裝定子鐵芯的工裝的示意圖；圖5是根據本發明具有第三伸出部的硅鋼片示意圖；圖6是根據本發明的第二實施例定子鐵芯分布示意圖；圖7是根據本發明的第三實施例定子鐵芯分布示意圖；圖8是根據本發明的第四實施例定子鐵芯分布示意圖；圖9是根據本發明的磁懸浮軸承的定子磁場分布示意圖；以及圖10是現有技術中的磁懸浮軸承的定子磁場分布示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。參見圖1和圖3，根據本發明的第一實施例，磁懸浮軸承定子，包括多個定子鐵芯40和定子外圈42，其特征在于:多個定子鐵芯40有間隔地均勻分布在一個以定子外圈42的中心為圓心的外周上，多個定子鐵芯40與定子外圈42可拆卸地連接。多個定子鐵芯40呈拼塊結構，各個定子鐵芯40之間無連接，磁場分布均勻，無漏磁，不存在磁場耦合現象，減小了電能損耗，并且使得磁懸浮軸承更容易得到控制。每個定子鐵芯40包括疊壓在一起的多個硅鋼片41，每個硅鋼片41的朝向軸承軸心的一側包括第一伸出部41b和第二伸出部41c，第一伸出部41b和第二伸出部41c之間具有角度地設置；參見圖2，第一伸出部41b和第二伸出部41c之間的角度大于或等于20度且小于或等于50度，在這個角度范圍內，鐵芯40內部的磁場的磁感線分布較密，從而磁場也較強，有利于轉子的平衡。本發明的第一實施例中第一伸出部41b和第二伸出部41c之間夾角為45度，在此角度下的鐵芯40內部磁場最強。參見圖5，硅鋼片41的朝向軸承軸心的一側還包括第三伸出部41d，第三伸出部41d設置在第一伸出部41b和第二伸出部41c之間。硅鋼片41用專用的模具沖壓而成，也可用硅鋼片線切割而成，其厚度和尺寸可根據實際使用確定，硅鋼片41可以進行批量生產，具有成本低，效率高的特點。參見圖2和圖3，硅鋼片41上設置有用于焊接的焊接槽41a，多個硅鋼片41之間通過焊接槽41a連接。焊接槽41a設置在硅鋼片41的遠離軸承軸心的一側。每個定子鐵芯40的各個硅鋼片41上的焊接槽41a沿直線排列，形成位于定子鐵芯40的遠離軸承軸心的一側的一個整體的直線槽。各個硅鋼片41通過焊接槽41a焊接在一起；各個硅鋼片41之間也可以設置卡扣進行固定連接。參見圖3和圖4，定子外圈42為圓環體或方形體，圓環體或方形體的內側設置有燕尾型的凸出部42a，凸出部42a之間形成與定子鐵芯40形狀相適配的安裝槽，定子鐵芯40通過安裝槽固定安裝。凸出部(42a)至少為兩個以托起轉子并且保持轉子平衡。本發明的第一實施例的凸出部(42a)為四個，四個鐵芯40均布的情況下轉子的轉速最高，磁場平穩，平衡度也最好。如圖4所示，根據本發明的一個優選的實施例，凸出部42a為四個。兩個凸出部42a之間形成與定子鐵芯40形狀相適配的安裝槽,定子鐵芯40通過安裝槽固定安裝。在安裝定子鐵芯40時，將定子鐵芯40與加工好的定子外圈42進行裝配，并利用定子外圈42上的多個燕尾槽形凸出部42a結構之間的安裝槽與定子鐵芯40相配合，對徑向軸承定子鐵芯40進行固定。本發明的定子外圈42為中空結構，定子外圈42也可以為方形體或其他形狀。參見圖6，本發明的第二實施例為5個具有第三伸出部41d的定子鐵芯40均勻分布在圓周上，組成整個磁懸浮軸承的定子鐵芯；本實施例中的定子鐵芯40的內部磁極能形成閉合的磁極回路，從而對轉子形成電磁力，支撐轉子。參見圖7，本發明的第三實施例為4個具有第三伸出部41d的定子鐵芯40均勻分布在圓周上，組成整個磁懸浮軸承的定子鐵芯；本實施例中的定子鐵芯40的內部磁極能形成閉合的磁極回路，從而對轉子形成電磁力，支撐轉子。參見圖8，本發明的第四實施例為3個具有第三伸出部41d的定子鐵芯40均勻分布在圓周上，組成整個磁懸浮軸承的定子鐵芯；本實施例中的定子鐵芯40的內部磁極能形成閉合的磁極回路，從而對轉子形成電磁力，支撐轉子。參見圖9，圖9示出了本發明第一實施例中的定子磁場分布，定子鐵芯40內部具有磁場43，各個定子鐵芯40之間不存在漏磁，沒有磁場耦合現象，從而能減小電能損耗，起到節能的作用。同理，本發明的第二、第三實施例中的各個定子鐵芯40之間也不存在漏磁，沒有磁場耦合現象。根據本發明的實施例磁懸浮軸承，包括磁懸浮軸承定子，磁懸浮軸承定子為前述的磁懸浮軸承定子。根據本發明的實施例的用于制作定子鐵芯的工裝，包括支撐板10、上壓板50，定子鐵芯為前述的磁懸浮軸承定子的定子鐵芯40，工裝還包括芯柱30，支撐板10的上表面與芯柱30的下底面貼合固定，芯柱30的上表面與上壓板50的下表面貼合固定，芯柱30的周向面上設置有至少兩個豎向卡槽30a，構成定子鐵芯40的硅鋼片41設置于支撐板10與上壓板50之間并可沿豎向卡槽30a移動，以保證各硅鋼片41順次疊壓而不發生偏移。支撐板10的上表面開設有與所述芯柱30適配的第一芯柱槽IOa,上壓板50的下表面開設有與芯柱30適配的第二芯柱槽50a ;同樣地，支撐板10開設有第一螺釘孔，芯柱30的下底面開設有與第一螺釘孔相對應的第一螺紋孔，支撐板10與芯柱30通過螺釘連接；同樣地，上壓板50開設有第二螺釘孔，芯柱30的上表面開設有與第二螺釘孔相對應的第二螺紋孔，上壓板50與芯柱30通過螺釘連接。芯柱30與支撐板10也可以焊接，同樣地，芯柱30與上壓板50也可以焊接。用于制作定子鐵芯的工裝還包括設置于支撐板10上方并套設于芯柱30上的底板20。硅鋼片41的第一伸出部41b和第二伸出部41c分別置于對應的豎向卡槽30a內，并可以沿豎向卡槽30a移動。根據本發明的一種用于制作前述磁懸浮軸承定子的定子鐵芯的方法，包括如下步驟:通過螺釘將支撐板10和芯柱30固定連接；將底板20套設在芯柱30上，將多片硅鋼片41按芯柱30上的卡槽30a的位置依次放入；當多片硅鋼片41達到預定高度后，利用上壓板50將沿芯柱30圓周分布的硅鋼片41進行壓緊，并利用上壓板50和芯柱30的第二螺釘孔將上壓板50和芯柱30進行固定；將被疊加并壓實的多片硅鋼片41在半圓的焊接槽41a的位置進行點焊；待焊接槽41a處冷卻后，將上壓板50拆除，取出各定子鐵芯40，從而得到了本發明的定子鐵芯40。本實施例中的磁懸浮軸承定子鐵芯采用上述制作定子鐵芯的工裝進行制作，本實施例的磁懸浮軸承的定子鐵芯的制作流程如下:首先將支撐板10和芯柱30連接，利用支撐板10底部的第一螺釘孔及芯柱下底面的第一螺紋孔，由螺釘將支撐板10和芯柱30進行固定，然后再將底板20套在芯柱30上，將硅鋼片41按芯柱30上的槽口位置一片一片的放入，當達到預定高度時，再利用上壓板50，將沿芯柱30圓周分布的硅鋼片41進行壓緊，并利用上壓板50和芯柱30的第二螺釘孔及芯柱上表面的第二螺紋孔將上壓板50和芯柱30進行固定。然后將被壓實、疊壓的硅鋼片41在半圓焊接槽41a位置進行點焊。待焊接槽41a處冷卻后，將上壓板50拆除，取出各定子鐵芯40，此時拼塊式定子鐵芯加工完成。從以上的描述中，可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果:定子鐵芯由多個硅鋼片拼接而成，減小渦流的產生，從而較小能耗；多個定子鐵芯呈拼塊結構，各個定子鐵芯之間無連接，磁場分布均勻，無漏磁，不存在磁場耦合現象，減小了電能損耗，并且使得磁懸浮軸承更容易得到控制。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種磁懸浮軸承定子，包括多個定子鐵芯(40)和定子外圈(42)，其特征在于: 多個所述定子鐵芯(40)有間隔地均勻分布在以所述定子外圈(42)的中心為圓心的外周上； 多個所述定子鐵芯(40)與定子外圈(42)可拆卸地連接。
2.根據權利要求1所述的磁懸浮軸承定子，其特征在于， 每個所述定子鐵芯(40)包括疊壓在一起的多個硅鋼片(41)，每個所述硅鋼片(41)的朝向所述軸承軸心的一側包括第一伸出部(41b)和第二伸出部(41c)，所述第一伸出部(41b)和所述第二伸出部(41c)之間具有角度地設置。
3.根據權利要求2所述的磁懸浮軸承定子，其特征在于，所述角度大于或等于20度且小于或等于50度。
4.根據權利要求2所述的磁懸浮軸承定子，其特征在于，所述硅鋼片(41)的朝向所述軸承軸心的一側 還包括第三伸出部(41d)，所述第三伸出部(41d)設置在所述第一伸出部(41b)和所述第二伸出部(41c)之間。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的磁懸浮軸承定子，其特征在于，所述硅鋼片(41)上設置有用于焊接的焊接槽(41a)，多個所述硅鋼片(41)之間通過所述焊接槽(41a)連接。
6.根據權利要求5所述的磁懸浮軸承定子，其特征在于，所述焊接槽(41a)設置在所述硅鋼片(41)的遠離所述軸承軸心的一側。
7.根據權利要求5所述的磁懸浮軸承定子，其特征在于，每個所述定子鐵芯(40)的各個硅鋼片(41)上的所述焊接槽(41a)沿直線排列，形成位于所述定子鐵芯(40)的遠離所述軸承軸心的一側的一個整體的直線槽。
8.根據權利要求1所述的磁懸浮軸承定子，其特征在于，所述定子外圈(42)為圓環體或方形體，所述圓環體或方形體的內側設置有燕尾型的凸出部(42a)，所述凸出部(42a)之間形成與所述定子鐵芯(40)形狀相適配的安裝槽，所述定子鐵芯(40)通過所述安裝槽固定安裝。
9.根據權利要求8所述的磁懸浮軸承定子，其特征在于，所述圓環體或方形體為中空結構。
10.根據權利要求8所述的磁懸浮軸承定子，其特征在于，所述凸出部(42a)至少為兩個。
11.根據權利要求10所述的磁懸浮軸承定子，其特征在于，所述凸出部(42a)為四個。
12.一種磁懸浮軸承，包括磁懸浮軸承定子，其特征在于，所述磁懸浮軸承定子為權利要求I至11中任一項所述的磁懸浮軸承定子。
13.一種用于制作定子鐵芯的工裝，包括支撐板(10)、上壓板(50)，其特征在于，所述定子鐵芯為權利要求1至11中任一項中所述的磁懸浮軸承定子的定子鐵芯(40)，所述工裝還包括芯柱(30)，所述支撐板(10)的上表面與芯柱(30)的下底面貼合固定，所述芯柱(30)的上表面與所述上壓板(50)的下表面貼合固定，所述芯柱(30)的周向面上設置有至少兩個豎向卡槽(30a)，構成所述定子鐵芯(40)的所述硅鋼片(41)設置于所述支撐板(10)與所述上壓板(50)之間并可沿所述豎向卡槽(30a)移動。
14.根據權利要求13所述的用于制作定子鐵芯的工裝，其特征在于，所述支撐板(10)的上表面開設有與所述芯柱(30)適配的第一芯柱槽(IOa);和/或所述上壓板(50)的下表面開設有與所述芯柱(30)適配的第二芯柱槽(50a)。
15.根據權利要求13所述的用于制作定子鐵芯的工裝，其特征在于，所述支撐板(10)開設有第一螺釘孔，所述芯柱(30)的下底面開設有與所述第一螺釘孔相對應的第一螺紋孔，所述支撐板(10)與所述芯柱(30)通過螺釘連接；和/或所述上壓板(50)開設有第二螺釘孔，所述芯柱(30)的上表面開設有與所述第二螺釘孔相對應的第二螺紋孔，所述上壓板(50)與所述芯柱(30)通過螺釘連接。
16.根據權利要求13所述的用于制作定子鐵芯的工裝，其特征在于，還包括設置于所述支撐板(10)上方并套設于所述芯柱(30)上的底板(20)。
17.根據權利要求13所述的用于制作定子鐵芯的工裝，其特征在于，所述硅鋼片(41)的第一伸出部(41b)和第二伸出部(41c)分別置于對應的所述豎向卡槽(30a)內。
18.一種用于制作權利要求1至11中任一項所述磁懸浮軸承定子的定子鐵芯的方法，其特征在于，采用權利要求13至17中任一項所述的工裝進行制作，包括如下步驟: 通過螺釘將支撐板(10)和芯柱(30)固定連接； 將底板(20)套設在所 述芯柱(30)上，將多片硅鋼片(41)按所述芯柱(30)上的卡槽(30a)的位置依次放入； 當多片所述硅鋼片(41)達到預定高度后，利用上壓板(50)將沿所述芯柱(30)圓周分布的所述硅鋼片(41)進行壓緊，并利用所述上壓板(50)和所述芯柱(30)的第二螺釘孔將所述上壓板(50)和所述芯柱(30)進行固定； 將被疊加并壓實的多片所述硅鋼片(41)在半圓的焊接槽(41a)的位置進行點焊； 待所述焊接槽(41a)處冷卻后，將所述上壓板(50)拆除，取出各所述定子鐵芯(40)。
全文摘要
本發明提供了一種磁懸浮軸承定子、磁懸浮軸承、定子鐵芯制作工裝及方法。根據本發明的磁懸浮軸承定子，包括多個定子鐵芯和定子外圈多個定子鐵芯有間隔地均勻分布在以定子外圈的中心為圓心的圓周上，多個定子鐵芯與定子外圈可拆卸地連接。本發明還提供一種磁懸浮軸承，包括磁懸浮軸承定子，磁懸浮軸承定子為前述的磁懸浮軸承定子。本發明的多個定子磁極呈拼塊結構，各個定子鐵芯之間無連接，磁場分布均勻，無漏磁，不存在磁場耦合現象，減小了電能損耗，并且使得磁懸浮軸承更容易得到控制。
文檔編號F16C32/04GK103195806SQ20121000244
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月4日 優先權日2012年1月4日
發明者張小波, 張芳 申請人:珠海格力節能環保制冷技術研究中心有限公司