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一种小体积低功耗永磁偏置外转子径向磁轴承

发明人：房建成，孙津济，王曦

背景技术

磁悬浮轴承分纯电磁式和永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，前者使用电流大、功耗大，永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，永磁体产生的磁场承担主要的承载力，电磁磁场提供辅助的调节承载力，因而这种轴承可大大减小控制电流，降低损耗。

但目前的永磁偏置外转子径向磁轴承结构，有些是在普通径向电磁轴承的基础上，在电磁磁路上向放置永磁体，这样控制线圈所产生的磁通要穿过永磁体，由于永磁体磁阻很大，因而控制线圈要产生一定的电磁磁通需要较大的激磁电流，这显然会增加轴承的功耗；有些结构是将永磁体直接与定子叠片铁心相连，这样永磁磁路在垂直穿过定子铁心时会损失过多的磁动势，因而会大大削弱永磁体对转子轴的吸力；还有些结构是将永磁体通过导磁环与叠片铁心相连，电励磁磁路经过叠片铁心形成回路，这样永磁磁动势不会在叠片铁心中产生损失，同时电励磁磁路也不会经过永磁体本身，但是这种结构的径向磁轴承其永磁磁路所在平面与电励磁磁路所在平面相互垂直，因而会导致轴向长度较长，故不能满足卫星、空间站等航天器所要求的体积小、重量轻的目的。

发明的技术解决问题

克服现有技术的不足，提供一种X方向和Y方向耦合小、易于控制、体积小、功耗低、性能可靠的永磁偏置外转子径向磁轴承。

发明的技术解决方案

永磁偏置外转子径向磁轴承，其特征在于：由转子铁心、永磁体、定子铁心、激磁线圈组成，8个定子铁心磁极均布于圆周，4个永磁体间隔嵌入定子铁心3的4个磁极中，即嵌入永磁体2的定子铁心磁极的两侧是未嵌入永磁体2的定子铁心磁极，且未嵌入永磁体的4个定子铁心磁极沿+X、-X、+Y和-Y方向分布，并且周围绕制有激磁线圈，定子铁心外表面与转子铁心内表面留有一定的间隙，形成空气隙，永磁体通过相邻的两个定子铁心磁极形成X、Y方向上的偏置磁场。

技术解决方案原理

永磁体给磁轴承提供永磁偏置磁场，承担磁轴承所受的径向力，激磁线圈所产生的磁场起调节作用，保持磁轴承定转子气隙均匀，并使转子得到无接触支撑。如图1实线箭头所示，本发明的永磁磁路为：磁通从永磁体N极出发，通过一端定子铁心磁极、气隙到转子铁心，然后经过另一端的气隙、定子铁心磁极，之后回到永磁体S极，形成磁悬浮轴承的主磁路；如图1虚线箭头所示，电励磁磁路路径为：从一端的定子铁心磁极出发、经气隙、转子铁心、然后到另一端的气隙、定子铁心磁极构成闭合回路。

这样不仅保证了电激磁磁路不通过永磁体内部，减小了电激磁磁路的磁阻，降低了激磁电流，又保证了永磁体磁路不垂直穿过叠片铁心，减小了永磁磁动势的损失，同时又使得永磁磁路在任一径向截面内与电励磁磁路共面，大大减小了径向磁轴承的轴向尺寸，由于4个永磁体产生的偏置磁场在X、Y方向上相互独立，进而消除了永磁体在X、Y方向上的耦合，更加利于控制。

与现有技术相比的优点

本发明由于采用永磁磁场作为偏置磁场，与传统电磁轴承相比消除了在线圈电流中占主要分量的偏置电流，降低了绕组铜耗和控制功放损耗，因此功耗很低。

与现有的永磁偏置磁轴承相比，本发明所述的永磁偏置外转子径向磁轴承其永磁磁路与电激磁磁路在任一径向截面中共面，因而可以大大减小径向磁轴承的轴向尺寸，进而减小径向磁轴承的体积。