本發明涉及機械設備技術領域，具體而言，涉及一種用于臥式轉子的軸向-徑向永磁偏置磁懸浮軸承。

背景技術：

磁懸浮軸承是一種利用磁場力將轉子懸浮在定子空間并穩定旋轉的新型高性能軸承。其轉子和定子之間沒有任何機械接觸，具有無摩擦損耗、無需潤滑、壽命長等普通軸承難以比擬的優點。磁懸浮軸承的機械部分有軸向軸承和徑向軸承兩種，軸向軸承由定子(電磁鐵)和推力盤構成，徑向軸承由定子(電磁鐵)和轉子構成。

傳統的磁懸浮軸承系統一般采用兩個徑向磁軸承和一個軸向磁軸承來實現轉子五個自由度的穩定懸浮，這三個磁軸承在軸向占據了相當的空間，限制了電機的臨界轉速。傳統永磁偏置磁懸浮軸承，各偏置磁極在各自由度上產生的永磁力會相互抵消，仍需要對控制繞組通過較大的電流以產生較大單邊磁拉力來克服重力，導致其體積和功耗依然可觀。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明實施例的目的在于提供一種用于臥式轉子的軸向-徑向永磁偏置磁懸浮軸承裝置，以實現五個自由度的穩定懸浮、減小徑向尺寸以適用于微型化；消除軸向控制和徑向控制的耦合；降低功耗、提高提系統的可靠性。

第一方面，本發明實施例提供了一種永磁偏置磁懸浮軸承，包括，定子、轉子鐵芯、轉軸、軸向控制繞組、徑向控制繞組和永磁體，其中：所述轉軸是圓柱形；所述轉子鐵芯環繞所述轉軸設置；所述定子設置在所述轉子鐵芯外,所述定子和所述轉子鐵芯不接觸；所述永磁體嵌入到所述定子中，所述軸向控制繞組和所述徑向控制繞組均位于所述定子上，其中所述軸向控制繞組與所述轉軸的軸線平行設置，所述徑向控制繞組與所述轉軸的軸線垂直設置；所述永磁體、所述定子、兩對徑向控制繞組、一對軸向控制繞組構成一組磁極。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，所述轉子鐵芯采用軸肩定位的方式環繞所述轉軸設置。

結合第一方面或第一方面的第一種可能實施方式，本發明提供了第一方面的第二種可能的實施方式，所述轉子鐵芯和轉軸中心對稱的部位向外有凸起部分；所述定子的形狀為凹形，所述定子的凹口部分與所述轉子鐵芯的凸起部分采用非接觸方式套設。

結合第一方面的第二種可能的實施方式，本發明提供了第一方面的第三種可能的實施方式，所述定子和所述轉子鐵芯之間沿軸線方向形成軸向控制氣隙；所述定子和所述轉子鐵芯之間垂直于軸線方向形成徑向控制氣隙。

結合第一方面，本發明提供了第一方面的第四種可能的實施方式，所述定子、所述轉子鐵芯和所述軸向控制氣隙形成軸向磁通路；所述定子、所述轉子鐵芯和所述徑向控制氣隙形成徑向磁通路。

結合第一方面，本發明提供了第一方面的第五種可能的實施方式，所述磁極上的定子中嵌入的永磁體，與關于轉軸對稱的磁極上的定子中嵌入的永磁體，相對設置為上永磁體和下永磁體。

結合第一方面的第五種可能的實施方式，本發明提供了第一方面的第六種可能的實施方式，所述上永磁體和所述下永磁體為相對設置的軸向半圓環。

結合第一方面，本發明提供了第一方面的第七種可能的實施方式，所述上永磁體采用稀土永磁材料或鐵氧體永磁材料制成，所述下永磁體采用稀土永磁材料或鐵氧體永磁材料制成。

結合第一方面的第五～第七中可能的實施方式，本發明提供了第一方面的第八種可能的實施方式，所述上永磁體軸向寬度為下永磁體軸向寬度的1～2倍。

結合第一方面，本發明提供了第一方面的第九種可能的實施方式，所述永磁偏置磁懸浮軸承的兩組磁極之間的夾角確定方式為：M＝360^o/(2*2ⁿ)，其中n為大于等于1的整數。

通過采用上述技術方案，提供了一種永磁偏置磁懸浮軸承，包括，定子、轉子鐵芯、轉軸、軸向控制繞組、徑向控制繞組和永磁體，其中：轉軸是圓柱形；轉子鐵芯環繞轉軸設置；定子設置在轉子鐵芯外,定子和轉子鐵芯不接觸；永磁體嵌入到定子中，軸向控制繞組和徑向控制繞組均位于定子上，其中軸向控制繞組與轉軸的軸線平行設置，徑向控制繞組與轉軸的軸線垂直設置；永磁體、定子、兩對徑向控制繞組、一對軸向控制繞組構成一組磁極。在實現轉子五個自由度的穩定懸浮時，不需要占用較大的空間，體積較小、功耗較低。

為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1示出了本發明實施例所提供的一種軸向-徑向磁懸浮軸承截面圖；

圖2示出了本發明實施例所提供的一種具有2組磁極的軸向端面圖；

圖3示出了本發明實施例所提出的一種具有4組磁極的軸向端面圖。

附圖標記：101-定子；102-轉子鐵芯；103-轉盤；104-軸向控制繞組；105-徑向控制繞組；200-永磁體；106-下永磁體；107-上永磁體；108軸向控制氣隙；109-徑向控制氣隙；110-磁極；201-轉子；120-一組磁極。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明主要針對一種永磁偏置磁懸浮軸承。下面通過實施例一進行描述。

本發明實施例一提出一種永磁偏置磁懸浮軸承，如圖1所示，為永磁偏置磁懸浮軸承的軸向截面圖，該永磁偏置磁懸浮軸承包括定子101，轉子鐵芯102，轉軸103，軸向控制104，徑向控制繞組105，永磁體200。

在一種實施方式中，轉軸103可以是圓柱體形其中，圓柱體形可以是粗細均勻的圓柱體形，也可以是上下粗細不均勻的圓柱體形，在此不做具體的限定。

轉子鐵芯102環繞轉軸103設置，定子101設置在轉子鐵芯102外，定子101和轉子鐵芯102不接觸。永磁體106嵌入到定子101中，軸向控制繞組104和徑向控制繞組105均位于定子101上，其中軸向控制繞組104是與轉軸103的軸線平行的控制繞組，徑向控制繞組105與是轉軸103的軸線垂直的控制繞組。

在本發明實施例提出的技術方案中，永磁體106、定子101、兩對徑向控制繞組105、一對軸向控制繞組104構成一組磁極120，一組磁極有兩個磁極110。

在本發明實施例提出的技術方案中轉子鐵芯102采用軸肩定位的方式環繞轉軸103設置，所述轉子鐵芯102與所述轉軸103統稱為轉子201。

在本發明實施例中，轉子鐵芯102和轉軸中心對稱的部位向外有凸起部分；定子101的形狀為凹形，定子101的凹形部分與轉子鐵芯102的凸起部分采用非接觸方式套設。

其中，定子101可以采用導磁性能良好的材料制成，例如電工純鐵或者硅鋼片。相應地，轉子鐵芯102可以導磁性能良好的材料制成，例如電工純鐵或是硅鋼片。定子101和轉子鐵芯102的材料可以一樣也可以不一樣，或者采用其他導磁性能良好的材料，在此不做具體要求。

在本發明實施例中，定子101與轉子鐵芯102之間沿軸線方向形成軸向控制氣隙108；沿垂直于軸線方向形成徑向控制氣隙109。

在本發明實施例中，定子101，轉子鐵芯102和軸向控制氣隙108形成軸向磁通路，定子101，轉子鐵芯102和徑向控制氣隙109形成徑向磁通路。

在本發明實施例中，磁極110上的定子101中嵌入永磁體200，與關于軸承103對稱的磁極上的定子101中嵌入的永磁體200，相對設置為上永磁體107和下永磁體106。

其中上永磁體107為軸向半圓環，下永磁體106也為軸向半圓環；上永磁體107采用永磁材料或者鐵氧體永磁材料制成，下永磁體106采用稀土永磁材料或者鐵氧體永磁材料制成，上永磁體107和下永磁體106的材料可以一樣也可以不一樣，在此不做具體要求。

其中上永磁體107軸向寬度為下永磁體軸向寬度的1～2倍。

在本發明實施例中，永磁偏置磁懸浮軸承111的兩組磁極之間的夾角為360°/(2*2ⁿ)，其中n為大于等于1的整數，圖2是當n取1時有4組磁極的永磁偏置磁懸浮軸承的軸向端面圖，圖3是當n等于2時有8組磁極的永磁偏置磁懸浮軸承的軸向端面圖。

在本發明實施例中，其中，永磁偏置磁懸浮軸承中的轉子鐵芯102偏移平衡位置，軸向控制氣隙108變小或變大時，通過調整通入軸向控制繞組104中的電流，使得轉子鐵芯102承受額外軸向磁場力而回到平衡位置，實現轉軸103穩定懸浮旋轉。

其中，永磁偏置磁懸浮軸承中的轉子鐵芯102偏移平衡位置，徑向控制氣隙109變小或變大時，通過調整通入徑向控制繞組105中的電流，使得轉子鐵芯102承受額外軸向磁場力而回到平衡位置，實現轉軸103穩定懸浮旋轉。

在本發明實施例中，永磁體通過定子101，徑向控制氣隙109和轉子鐵芯102構成磁通路，由于上永磁體107與下永磁體106的軸向寬度不同，永磁通路分別在上下徑向控制氣隙書產生不同大小的永磁拉力，二力合成后對轉子存在單邊磁拉力，用以克服重力。由于軸向控制繞組104和徑向控制繞組105只需承擔轉子鐵芯102收到的擾動力，因此該結構懸浮電流較小，功耗小，提高了系統的可靠性。

在本發明實施例中，該永磁置磁懸浮軸承為軸向-徑向永磁置磁懸浮軸承，主要用于臥式轉子；該磁懸浮軸承采用一個軸承代替傳統磁懸浮軸承系統，可以實現轉子五個自由度的穩定懸浮。該磁懸浮軸承結構緊湊，，徑向尺寸較小，適用于微型化、體積小的應用場合。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

最后應說明的是：以上所述實施例，僅為本發明的具體實施方式，用以說明本發明的技術方案，而非對其限制，本發明的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神和范圍。都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。