四极内外双定子混合磁轴承.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010982758.5 (22)申请日 2020.09.17 (71)申请人 淮阴工学院 地址 223005 江苏省淮安市经济技术开发 区枚乘东路1号 (72)发明人 朱为国乐倩云陈杰杜思亮 张涛吴帅 (74)专利代理机构 淮安市科文知识产权事务所 32223 代理人 李锋 (51)Int.Cl. F16C 32/04(2006.01) (54)发明名称 四极内外双定子混合磁轴承 (57)摘要 本发明涉及非机械接触磁轴承领域， 公开了 一种四极内外双定子混合磁轴承， 包括内。

2、定子、 外定子和转子。 外定子包括左、 右外径向定子铁 心与外定子永磁环， 内定子包括左、 右内径向定 子铁心与内定子永磁环； 内外径向定子铁心位置 相对； 内外径向定子铁心上均绕制径向控制绕 组； 转子包括隔磁铝环以及通过隔磁铝环连接为 一个整体的内外转子铁心， 外转子铁心与外定子 铁心形成外径向气隙， 内转子铁心与内径向定子 铁心形成内径向气隙。 本发明由内外定子永磁环 共同作用提供静态偏置磁通， 内外径向定子上的 控制绕组通电产生控制磁通， 内外定子共同作用 在外转子铁心外表面和内转子铁心的内表面产 生径向悬浮力， 提高了悬浮力密度与径向承载 力。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 。

3、CN 112065857 A 2020.12.11 CN 112065857 A 1.一种四极内外双定子混合磁轴承， 包括内定子、 外定子和转子， 其特征在于， 所述外 定子包括左外径向定子铁心 （1） 、 右外径向定子铁心 （2） 、 外定子永磁环 （7） ， 所述内定子包 括左内径向定子铁心 （3） 、 右内径向定子铁心 （4） 和内定子永磁环 （8） ； 所述左内径向定子铁 心 （3） 、 右内径向定子铁心 （4） 分别与左外径向定子铁心 （1） 、 右外径向定子铁心 （2） 位置相 对， 所述外定子永磁环 （7） 位于所述左外径向定子铁心 （1） 、 右外径向定子铁心 （2） 之间； 。

4、所 述内定子永磁环 （8） 位于所述左内径向定子铁心 （3） 、 右内径向定子铁心 （4） 之间； 所述左外 径向定子铁心 （1） 、 右外径向定子铁心 （2） 、 左内径向定子铁心 （3） 、 右内径向定子铁心 （4） 上 均绕制集中式径向控制绕组； 所述转子包括转子铁心、 隔磁铝环 （9） ， 所述转子铁心被隔磁 铝环 （9） 分为内、 外两部分， 分别为外转子铁心 （5） 、 内转子铁心 （6） ， 所述外转子铁心 （5） 与 左外径向定子铁心 （1） 、 右外径向定子铁心 （2） 之间形成外径向气隙 （14） ， 所述内转子铁心 （6） 与左内径向定子铁心 （3） 、 右内径向定子铁心。

5、 （4） 之间形成内径向气隙 （15） 。 2.根据权利要求1所述的四极内外双定子混合磁轴承， 其特征在于， 所述转子铁心沿径 向剖面为上下 “H” 形结构， 所述外转子铁心 （5） 、 内转子铁心 （6） 分别与左外径向定子铁心 （1） 、 右外径向定子铁心 （2） 、 左内径向定子铁心 （3） 、 右内径向定子铁心 （4） 位置相对。 3.根据权利要求1所述的四极内外双定子混合磁轴承， 其特征在于， 所述外定子永磁环 （7） 与左外径向定子铁心 （1） 、 右外径向定子铁心 （2） 的外径相同。 4.根据权利要求1所述的四极内外双定子混合磁轴承， 其特征在于， 所述左外径向定子 铁心 （1。

6、） 和右外径向定子铁心 （2） 内圆周均间隔设置有4个悬浮极， 左内径向定子铁心 （3） 和 右内径向定子铁心 （4） 外圆周也均间隔设置有4个悬浮极， 所述径向控制绕组均绕制于所述 悬浮极上。 5.根据权利要求4所述的四极内外双定子混合磁轴承， 其特征在于， 左径向定子铁心 （1、 3） 上位于Y方向的悬浮极上的绕组绕向相同， 处于X方向的悬浮极上的绕组绕向相同； 右 径向定子铁心 （2、 4） 上位于Y方向的悬浮极上的绕组绕向相同， 处于X方向的悬浮极上的绕 组绕向相同； 且左径向定子铁心 （1、 3） 和右径向定子铁心 （2、 4） 上相对应的绕组绕向相反， 然后所有的X极上的绕组串联，。

7、 Y极上的绕组串联， 分别由两个开关功放驱动。 6.根据权利要求1至5任一所述的四极内外双定子混合磁轴承， 其特征在于， 所述左外 径向定子铁心 （1） 、 右外径向定子铁心 （2） 、 左内径向定子铁心 （3） 、 右内径向定子铁心 （4） 、 外转子铁心 （5） 、 内转子铁心 （6） 由整块导磁材料制成； 所述外定子永磁环 （7） 和内定子永磁 环 （8） 为稀土永磁材料制成。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112065857 A 2 四极内外双定子混合磁轴承 0001 技术领域 0002 本发明涉及非机械接触磁轴承领域， 特别涉及一种四极内外双定子混合磁轴承， 可作为飞轮系统、 机。

8、床电主轴、 离心机等高速传动部件的无接触悬浮支承。 背景技术 0003 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、 转子之间没有 机械接触的一种新型高性能轴承。 目前， 磁轴承按照磁力提供的方式分为以下三种：（1） 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；（2） 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；（3） 混合磁轴承， 是采用永磁材料 替。

9、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。 0004 现有的混合磁轴承结构共性都是单转子与单定子结构， 只是在转子内侧或外侧产 生径向悬浮力， 悬浮力密度较低， 径向承载力小， 难以满足一些特殊应用场合的性能需求。 。 发明内容 0005 发明目的： 针对现有技术中存在的问题， 本发明提供一种四极内外双定子混合磁 轴承， 该结构的混合磁轴承内外定子绕制两组控制绕组， 在转子外侧和内侧都产生同一方 向的径向悬浮力， 有效增大了径向承载力， 结构紧凑、 功耗低、 悬浮力密度。

10、大。 0006 技术方案： 本发明提供了一种四极内外双定子混合磁轴承， 包括内定子、 外定子和 转子， 所述外定子包括左外径向定子铁心、 右外径向定子铁心、 外定子永磁环， 所述内定子 包括左内径向定子铁心、 右内径向定子铁心和内定子永磁环； 所述左内径向定子铁心、 右内 径向定子铁心分别与左外径向定子铁心、 右外径向定子铁心位置相对， 所述外定子永磁环 位于所述左外径向定子铁心、 右外径向定子铁心之间； 所述内定子永磁环位于所述左内径 向定子铁心、 右内径向定子铁心之间； 所述左外径向定子铁心、 右外径向定子铁心、 左内径 向定子铁心、 右内径向定子铁心上均绕制集中式径向控制绕组； 所述转子。

11、包括转子铁心、 隔 磁铝环， 所述转子铁心被隔磁铝环分为内、 外两部分， 分别为外转子铁心、 内转子铁心， 所述 外转子铁心与左外径向定子铁心、 右外径向定子铁心之间形成外径向气隙， 所述内转子铁 心与左内径向定子铁心、 右内径向定子铁心之间形成内径向气隙。 0007 进一步地， 所述转子铁心沿径向剖面为上下 “H” 形结构， 所述外转子铁心、 内转子 铁心分别与左外径向定子铁心、 右外径向定子铁心、 左内径向定子铁心、 右内径向定子铁心 位置相对。 0008 进一步地， 所述定子永磁环与左外径向定子铁心、 右外径向定子铁心的外径相同。 说明书 1/3 页 3 CN 112065857 A 3。

12、 0009 进一步地， 所述左外径向定子铁心和右外径向定子铁心内圆周均间隔设置有4个 悬浮极， 左内径向定子铁心和右内径向定子铁心外圆周也均间隔设置有4个悬浮极， 所述径 向控制绕组均绕制于所述悬浮极上。 0010 进一步地， 左径向定子铁心上位于Y方向的悬浮极上的绕组绕向相同， 处于X方向 的悬浮极上的绕组绕向相同； 右径向定子铁心上位于Y方向的悬浮极上的绕组绕向相同， 处 于X方向的悬浮极上的绕组绕向相同； 且左径向定子铁心和右径向定子铁心上相对应的绕 组绕向相反， 然后所有的X极上的绕组串联， Y极上的绕组串联， 分别由两个开关功放驱动。 0011 进一步地， 所述左外径向定子铁心、 右。

13、外径向定子铁心、 左内径向定子铁心、 右内 径向定子铁心、 外转子铁心、 内转子铁心由整块导磁材料制成； 所述外定子永磁环和内定子 永磁环为稀土永磁材料制成。 附图说明 0012 图1为本发明四极内外双定子混合磁轴承剖分与悬浮磁通图； 图2为本发明四极内外双定子混合磁轴承径向悬浮磁通图。 0013 其中， 1-左外径向定子铁心， 2-右外径向定子铁心， 3-左内径向定子铁心， 4-右内 径向定子铁心， 5-外转子铁心， 6-内转子铁心， 7-外定子永磁环， 8-内定子永磁环， 9-隔磁铝 环， 10-径向控制绕组A， 11-径向控制绕组B， 12-径向控制绕组C， 13-径向控制绕组D， 14。

14、-外 径向气隙， 15-内径向气隙， 16-静态偏置磁通一， 17-静态偏置磁通二， 18-外径向悬浮控制 磁通， 19-内径向悬浮控制磁通。 具体实施方式 0014 下面结合附图对本发明作进一步描述。 以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明 的技术方案， 而不能以此来限制本发明的保护范围。 0015 具体实施方式如图1-2所示， 本发明公开了一种四极内外双定子混合磁轴承， 包括 内定子、 外定子和转子。 外定子包括左外径向定子铁心1、 右外径向定子铁心2以及外定子永 磁环7， 内定子包括左内径向定子铁心3、 右内径向定子铁心4、 和内定子永磁体8。 转子包括 转子铁心、 隔磁铝环9。 0016。

15、 左内径向定子铁心3、 右内径向定子铁心4分别与左外径向定子铁心1、 右外径向定 子铁心2位置相对， 外定子永磁环7位于左外径向定子铁心1、 右外径向定子铁心2之间， 左外 径向定子铁心1、 右外径向定子铁心2通过外定子永磁环7固定。 内定子永磁环8位于左内径 向定子铁心3、 右内径向定子铁心4之间， 左内径向定子铁心3、 右内径向定子铁心4通过内定 子永磁环8固定。 本实施方式中， 外定子永磁环7与左外径向定子铁心1、 右外径向定子铁心2 的外径相同。 0017 左外径向定子铁心1、 右外径向定子铁心2、 左内径向定子铁心3、 右内径向定子铁 心4上均绕制集中式径向控制绕组， 参见附图1， 。

16、左外径向定子铁心1上绕制径向控制绕组 A10， 右外径向定子铁心2上绕制径向控制绕组B11， 左内径向定子铁心3上绕制径向控制绕 组C12， 右内径向定子铁心4上绕制径向控制绕组D13。 本实施方式中， 左外径向定子铁心1和 右外径向定子铁心2内圆周均间隔设置有4个悬浮齿， 左内径向定子铁心3和右内径向定子 铁心4外圆周也均间隔设置有4个悬浮齿， 径向控制绕组 （径向控制绕组A、 径向控制绕组B、 说明书 2/3 页 4 CN 112065857 A 4 径向控制绕组C、 径向控制绕组D） 均绕制于悬浮齿上。 0018 本实施方式中， 转子铁心被隔磁铝环9分为内、 外两部分， 分别为外转子铁心。

17、5、 内 转子铁心6， 而且转子铁心沿径向剖面为 “H” 形结构， 被隔磁铝环9从中间分为内外两部分， 外转子铁心5与左外径向定子铁心1、 右外径向定子铁心2位置相对， 内转子铁心6与左内径 向定子铁心3、 右内径向定子铁心4位置相对。 0019 左外径向定子铁心1、 右外径向定子铁心2控制隔磁铝环9外的外转子铁心5， 左内 径向定子铁心3、 右内径向定子铁心4控制隔磁铝环9内侧的内转子铁心6， 外转子铁心5与左 外径向定子铁心1、 右外径向定子铁心2形成外径向气隙14， 内转子铁心6与左内径向定子铁 心3、 右内径向定子铁心4形成内径向气隙15。 0020 径向控制绕组A10、 径向控制绕组。

18、B11、 径向控制绕组C12和径向控制绕组D13用于 悬浮控制， 且径向控制绕组A10、 径向控制绕组B11、 径向控制绕组C12和径向控制绕组D13分 别包含位移X和Y方向的四个绕组， X方向与Y方向参见附图2中所示。 径向控制绕组A10和径 向控制绕组C12位于X方向的绕组绕线相同， 位于Y方向绕组绕线相同。 径向控制绕组B11和 径向控制绕组D13位于X方向的绕组绕线相同， 位于Y方向绕组绕线相同。 径向控制绕组A10、 径向控制绕组C12和径向控制绕组B11、 径向控制绕组D13上相对应的绕组绕向相反， 径向控 制绕组A10、 径向控制绕组B11、 径向控制绕组C12和径向控制绕组D1。

19、3位于X方向和Y方向绕 组分别串联为X和Y方向控制绕组。 即所有的X极上的绕组串联， Y极上的绕组串联， 分别由两 个开关功放驱动。 0021 左外径向定子铁心1、 右外径向定子铁心2、 左内径向定子铁心3、 右内径向定子铁 心4、 外转子铁心5、 内转子铁心6由整块导磁材料制成。 外定子永磁环7和内定子永磁环8为 稀土永磁材料制成。 0022 外定子永磁环7提供静态偏置磁通一16， 静态偏置磁通一16的磁路为： 磁通从外定 子永磁环7的N极出发， 通过左外径向定子铁心1、 外径向气隙14、 外转子铁心5、 外径向气隙 14、 右外径向定子铁心2回到外定子永磁环7的S极。 0023 内定子永磁。

20、环8提供静态偏置磁通二17， 态偏置磁通二17的磁路为： 磁通从内定子 永磁环8的N极出发， 通过左内径向定子铁心3、 内径向气隙15、 内转子铁心6、 内径向气隙15、 右内径向定子铁心4回到内定子永磁环8的S极。 0024 径向控制绕组A、 径向控制绕组B通电产生的外径向悬浮控制磁通18， 其磁路为： 左 外径向定子铁心1、 外径向气隙14、 外转子铁心5、 左外径向定子铁心1形成闭合回路。 0025 径向控制绕组C和径向控制绕组D通电产生的内径向悬浮控制磁通19， 其磁路为： 左内径向定子铁心3、 内径向气隙15、 内转子铁心6、 左内径向定子铁心3形成闭合回路。 0026 悬浮原理： 。

21、径向由静态偏置磁通一16、 静态偏置磁通二17与外径向悬浮控制磁通 18、 内径向悬浮控制磁通19相互作用， 使得与转子径向偏心方向相同的转子外侧气隙磁场 叠加减弱， 而相反方向的转子外侧气隙磁场叠加增强， 相同的转子内侧气隙磁场叠加增强， 而相反方向的转子内侧气隙叠加减弱， 在转子内侧和外侧上分别产生与转子偏移方向相反 的力， 将转子拉回径向平衡位置。 0027 上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点， 其目的在于让熟悉此项技术的 人能够了解本发明的内容并据以实施， 并不能以此限制本发明的保护范围。 凡根据本发明 精神实质所做的等效变换或修饰， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 说明书 3/3 页 5 CN 112065857 A 5 图1 说明书附图 1/2 页 6 CN 112065857 A 6 图2 说明书附图 2/2 页 7 CN 112065857 A 7 。