| JP2002257136A | 2002-09-11 | |||
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| CN102392852A | 2012-03-28 |
杭州杭诚专利事务所有限公司 (CN)
| 权 利 要 求 1、 一种安培力径向电磁轴承， 包括定子 （6) 和转子 （1)， 其中转子 （1) 包括永磁体 （3)、 圆环磁极 （2)， 定子 （6) 包括线圈 （5)、 定子铁芯 （7)， 在转子 （1) 和定子 （6) 之间为 工作气隙 （12)， 其特征在于所述的转子 （1) 和定子铁芯 （7) 为轴向并列， 圆环磁极 （2) 的圆环中心在转子几何中心 （1-1) 上， 圆环磁极 （2) 的极面朝向为轴向， 定子铁芯 （7) 上开设线槽 （9)， 线槽 （9) 内嵌卡有线圈 （5)， 在定子铁芯中心 （7-1) 沿径向建立 x、 y 轴直角坐标系， 线圈 （5) 和线槽 （9) 均按 x、 y轴分组， 并设在以定子铁芯为中心 （7-1) 的圆周方向， 所述的线槽 （9)还具有圆弧窄槽口 （8)， 圆弧窄槽口 （8) 的圆弧圆心在定子 铁芯中心（7-1)上， 圆弧窄槽口 （8) 的半径与圆环磁极（2) 的半径相同， 圆弧窄槽口 （8) 开口方向也为轴向， 圆弧窄槽口 （8) 与圆环磁极 （2) 的极面间通过工作气隙 （12) 隔开， 且圆弧窄槽口 （8)与圆环磁极（2) 的极面对齐， 使线圈 （5)处在圆环磁极（2) 的磁场中。 2、 如权利要求 1所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的转子 （1) 的两侧沿轴 向对称的各设有一个定子 （6)。 3、 如权利要求 1所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的定子铁芯 （7)在 X轴 和 y轴上各设有两组线圈 （5) 和对应的两组线槽 （9)， 同一坐标轴方向上的两组线圈 （5) 分别设在坐标轴的正轴和负轴上， 同样的， 与线圈对应的两组线槽 （9) 也分别设在坐标轴 的正轴和负轴上， 两组线圈 （5) 匝数和尺寸相同或者不相同。 4、 如权利要求 3所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的定子铁芯 （7)按 X轴 和 y轴的位置对称的分割成四块。 5、 如权利要求 2所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的在转子 （1)上的永磁 体 （3) 是以转子几何中心 （1-1) 为中心的内外两个圆环， 永磁体 （3) 自身形成了圆环磁 极 （2)。 6、 如权利要求 2所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的转子 （1)上还设有转 子铁芯 （4)， 转子铁芯 （4) 吸合在永磁体 （3) 上构成磁路的通道。 7、 如权利要求 2所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的定子铁芯 （7)上建立 与 x、 y坐标轴相垂直的 z坐标轴， 定子铁芯 （7) 还开有轴控线槽 （11)， 轴控线槽 （11) 内嵌轴控线圈 （10)， 该轴控线圈 （10) 的环边跨过定子铁芯中心 （7-1)， 环面朝轴向即 z 向， 附设了的吸力型轴向电磁轴承。 8、 如权利要求 2所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的定子铁芯 （7)上建立 与 x、 y坐标轴相垂直的 z坐标轴， 定子铁芯 （7) 还开有轴控线槽 （11 )， 轴控线槽 （11 ) 内嵌轴控线圈 （10)， 该轴控线圈 （10) 的环边不跨过定子铁芯中心 （7-1 )， 环面朝 X 向、 或 y向， 附设了的吸力型轴向电磁轴承。 9、 如权利要求 1所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的定子 （6) 的两侧沿轴 向对称的各设有一个转子 （1 )。 10、 如权利要求 9所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的定子铁芯 （7) 上建 立与 x、 y坐标轴相垂直的 z坐标轴， 定子铁芯 （7) 还开有轴控线槽 （11 )， 轴控线槽 （11 ) 内嵌轴控线圈 （10)， 该轴控线圈 （10) 的环边跨过定子铁芯中心 （7-1 )， 环面朝轴向即 z 向， 附设了的吸力型轴向电磁轴承。 11、 一种安培力径向电磁轴承， 包括定子和转子， 其特征在于： 其中转子包括基础磁场源， 定子包括线圈、 定子铁芯， 在转子和定子之间设有工作气隙， 所述的转子和定子铁芯为轴向 并列， 与工作气隙相接的转子的侧面具有由基础磁场源形成圆环磁极， 圆环磁极的圆环中心 在转子的几何中心上， 圆环磁极的极面朝向为轴向， 在定子铁芯的中心建立 x、 y轴直角坐 标系， 其中 X轴和 y轴均沿定子铁芯的径向方向设置， 定子铁芯上开设至少两个线槽， 其中 至少有一个线槽沿着 x轴方向， 且至少另有一个线槽沿着 y轴方向， 每个线槽内均嵌卡有线 圈， 所述的线槽的端部还具有圆弧窄槽口， 圆弧窄槽口的圆弧圆心在定子铁芯中心上， 圆弧 窄槽口的半径与圆环磁极的半径相同， 圆弧窄槽口开口方向也为轴向， 圆弧窄槽口与圆环磁 极的极面间通过工作气隙隔开， 且圆弧窄槽口与圆环磁极的极面对齐， 使线圈处在圆环磁极 的磁场中。 12、 如权利要求 11所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 定子和转子的个数总和为 2~3个， 定子和转子在轴向方向上交替布置。 13、 如权利要求 11所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的定子铁芯在定子的 圆周方向上均分为 4块， 每个定子铁芯内设有一个线槽和与线槽对应的线圈。 14、 如权利要求 11所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的基础磁场源为永磁 体， 转子上的永磁体为两个， 永磁体呈环形， 其中一个永磁体环大于另外一个永磁体环。 15、 如权利要求 11所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的基础磁场源为永磁 体， 转子上的永磁体为一个或者两个， 永磁体呈环形， 在永磁体的一侧设有转子铁芯， 转子 铁芯与永磁体沿轴向并列排列。 16、 如权利要求 11所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的转子上的圆环磁极 是永磁体自身磁极。 17、 如权利要求 11所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的转子上的圆环磁极 是由转子铁芯形成。 18、 如权利要求 11所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的每个线槽是由两个 同心的圆弧子线槽构成，每个线槽内设有一个环形密闭的线圈，线槽的两端开口为圆弧槽口， 在圆弧槽口内填充有高磁阻介质。 19、 应用利要求 11 的安培力径向电磁轴承形成的安培力复合电磁轴承， 其特征在于： 在所 述的定子铁芯上开设有轴控线槽， 所述的轴控线槽内嵌有轴控线圈。 20、 如权利要求 19所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 轴控线圈呈以定子铁芯中 心为中心点的环状，轴控线槽与线槽在径向相互平行，轴控线槽开口在靠近工作气隙的一侧， 轴控线圈的环面的方向朝轴向， 所述的轴控线圈与工作气隙平行， 且轴控线圈位于线圈的内 外两层边线之间。 21、 如权利要求 19所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 轴控线圈环绕在定子铁芯 的分块上， 轴控线槽与线槽在径向相互平行， 轴控线圈的环面的方向朝径向， 所述的轴控线 圈与工作气隙垂直， 且轴控线圈位于线圈的内外两层边线之间。 22、 一种安培力径向电磁轴承， 包括定子和转子， 其中定子包括基础磁场源， 还包括线圈、 定子铁芯， 在转子和定子之间设有工作气隙， 所述的转子和定子铁芯为轴向并列， 与工作气 隙相接的转子一侧由转子铁芯形成圆环磁极， 圆环磁极的圆环中心在转子的几何中心上， 圆 环磁极的极面朝向为轴向， 在定子铁芯的中心建立 x、 y轴直角坐标系， 其中 X轴和 y轴均 沿定子铁芯的径向方向设置， 定子铁芯上开设至少两个线槽， 其中至少有一个线槽沿着 X轴 方向， 且至少另有一个线槽沿着 y轴方向， 每个线槽内均嵌卡有线圈， 所述的线槽的端部还 具有圆弧窄槽口， 圆弧槽口的圆弧圆心在定子铁芯中心上， 圆弧窄槽口的半径与圆环磁极的 半径相同， 圆弧窄槽口开口方向也为轴向， 圆弧窄槽口与圆环磁极的极面间通过工作气隙隔 开， 且圆弧窄槽口与圆环磁极的极面对齐， 使线圈处在圆环磁极引导的磁场中。 23、 如权利要求 22所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的转子上的转子铁芯 为两个， 转子铁芯呈环形， 其中一个转子铁芯环大于另外一个转子铁芯环。 24、 如权利要求 22所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的转子上的圆环磁极 为两个或者四个。 25、 如权利要求 22所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的定子基础磁场源为 永磁体或励磁绕组。 26、 如权利要求 22所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 所述的定子磁场源的磁场 方向为径向， 即永磁体的磁极面或励磁绕组线圈的环面的方向朝径向。 27、 如权利要求 26所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 励磁绕组环绕在定子铁芯 的分块上， 励磁线槽与线槽在径向相互平行， 励磁绕组的环面的方向朝径向， 所述的励磁绕 组与工作气隙垂直， 且励磁绕组位于线圈的内外两层边线之间。 28、 如权利要求 26所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 励磁绕组呈以定子铁芯中 心为中心点的环状， 励磁绕组线槽与线槽在径向相互平行， 所述的励磁绕组线槽开口在靠近 工作气隙的一侧， 励磁绕组的环面的方向朝轴向， 励磁绕组与工作气隙平行， 且励磁绕组位 于线圈的内外两层边线之间。 29、 应用权利要求的安培力径向电磁轴承形成的安培力复合电磁轴承， 其特征在于： 在所述 的定子铁芯上开设有轴控线槽， 所述的轴控线槽内嵌有轴控线圈。 30、 如权利要求 29所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 轴控线圈呈以定子铁芯中 心为中心点的环状， 轴控线槽与线槽在径向方向相互平行， 轴控线槽开口在靠近工作气隙的 一侧， 轴控线圈的环面的方向朝轴向， 所述的轴控线圈与工作气隙平行， 且轴控线圈位于线 圈的内外两层边线之间。 31、 如权利要求 29所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 轴控线圈环绕在定子铁芯 的分块上， 轴控线槽与线槽在径向方向相互平行， 轴控线圈的环面的方向朝径向， 所述的轴 控线圈与工作气隙垂直， 且轴控线圈位于线圈的内外两层边线之间。 32、 如权利要求 29所述的安培力径向电磁轴承， 其特征还在于： 轴控线圈与励磁绕组为同 一部件， 励磁绕组线槽与轴控线槽也为同一线槽。 |
本发明涉及一种电磁轴承，特别是一种利用载 流导体在磁场中受到的安培力来对转子或 非转动部件无接触磁力支撑的主动电磁轴承。
背景技术
电磁轴承广义上， 包括电磁轴承执行器、 传感器和控制器三部分， 它由外界输入电能量 并产生控制力， 常称主动磁轴承， 习惯上只将该电磁轴承执行器称为电磁轴承， 它们通常是 以磁铁磁极对铁磁材料产生吸力的原理来实现 悬浮。 比如中国专利号 200710135188. 0永磁 偏置轴向径向磁轴承、 200510040267. 4永磁偏置径向磁轴承，均为吸力或称磁阻力 磁轴承。 现有技术的电磁轴承在其平衡位附近其执行力 并不仅仅是控制电流 ^的单调函数， 它同 时与转子所处的位置 y有关：
AF y ^ k yy y + k yi i y , 式中 fc w 为电磁轴承的位移刚度恒小于零； ^为电磁轴承的电流刚度。 参 见 《可控磁悬浮转子系统》 虞烈著， 科学出版社 2003年第一版， 第 38页第 16行至 19行。 使用吸力型电磁轴承悬浮的转子， 当转子的位移扰动过大时， 其执行力必须考虑转子位置的 影响， 否则控制将失稳。
《可控磁悬浮转子系统》虞烈著， 科学出版社 2003年第一版， 第 252页， 9.3节， 记载 了转子运动的自动平衡现象。 《振动力学》 刘延柱等编著， 高等教育出版社 1998年第 1版， 第 38页至 40页， 第二章第 2.2节 3， 论述了过临界转速之后， 高速挠性轴转子的自动定心 现象。 使用吸力型电磁轴承悬浮的转子， 由于在控制电流为零时径向为负位移刚度， 实现转 子的自动定心即自动平衡时难度较高。
美国专利， US6304015magneto-dynamic bearing 公开了一种被动式径向磁轴承， 它不用 附加的电子电路和电源， 短接的导体环装在转子上， 永磁体装在定子上， 当转子有晃动时， 导体环产生感应电涡流并在磁场中产生反作用 力， 其力的大小有限且不可调整。
美国专禾 lj， US5469006 lorentz force magnetic bearing utilizing closed conductive loops and selectively controlled electromagnets 公开了与上一专利类似的短接的导体环在转子 上， 有偏 移时在磁场中产生感应电涡流并在磁场中产生 反作用力的磁悬浮系统，不同的是它的磁场强 度可控， 由于产生作用力的能量主要还是来自转子自身 ， 所以还是属被动式磁轴承， 在有大 扰动时有执行力不够强的问题。
美国专利， US4700094magnetic suspension system公开了一种洛伦茨力磁悬浮系统， 设置 了一个圆套筒状的多层线圈， 将它固定并置于永磁径向磁场的气隙中， 轴向电流和周向电流 产生轴向和 x、 y向的洛伦茨力实现转子磁悬浮。 缺点是为容纳集成线圈其周向气隙较大， 要使气隙磁场磁通密度较高必须使永磁体体积 很大， 否则执行力较小。
美国专禾 1 J， US75374371inear actuator, and valve device and pump device used same公开了 一种线性轴向执行器， 永磁体在运动体上， 线圈在静止体上， 线圈有电流时运动体可被轴向 驱动， 它没有径向驱动的结构。
发明的公开
本发明所要解决的技术问题是： 克服现有技术的不足， 提供一种主动式电磁轴承， 它由 外界输入电能并产生控制用执行力， 其执行力是控制电流的单调函数， 与转子所处的位置无 关。 给定了控制电流， 在一定的位移范围内， 对于径向电磁轴承， 即便转子几何中心不在定 子中心， 或者转子存在不平衡质点趋向自动平衡时， 转子回转中心不在其几何中心， 其执行 力- -电流的特性也不受影响。 使得构造磁浮系统只需确定传感器的位置中心 ， 不要求对执行 器即电磁轴承的位置中心精密对中， 使安装简化， 转子动平衡精度的要求降低。
从振动力学的知识可知， 低刚度支撑的高转速不平衡转子， 转速越高其回转中心越逼近 于转子的质心。所以， 电磁轴承控制器一般内嵌陷波器来实现对转子 不平衡离心力所产生的 位移振动释放不控， 使转子回转中心接近或处于转子的质心以减弱 或消除旋转离心力， 而且 也可节省控制器功耗。但这样做会使转子在电 磁轴承位置处的径向晃动过大， 对于吸力型电 磁轴承来说会影响执行力与电流的线性关系度 稳定控制较难。
为解决上述技术问题， 本发明的基本构思是： 设计一种非吸力型电磁轴承， 应用通电导 体在磁场中受到安培力即洛伦茨力作用原理， 在定子上设规定的导线绕组， 在转子或定子上 的其中至少一个上设置有永磁体、励磁绕组等 作为磁场源， 同时在转子上设铁磁性材料等部 件来建立气隙基础磁场， 其磁极的极面方向为轴向即气隙为轴向厚度， 规定的导线绕组处在 基础磁场中， 当导线绕组流过控制电流时， 便在径向产生安培力实现可控制悬浮。
由安培力定律， 其执行力为 F = χβ ;
Β为导线处磁场磁通密度， L导线绕组总长， 为导线控制电流。 通电导线绕组所受的安培力方向和磁场 B的方向、 电流方向之间的关系，可以用左手定 则来判定。 结构固定后， 在磁极磁场有效范围内， 执行力仅是控制电流的单调函数， 与转子 的所处的位置无关， 控制电流为零时力也为零， 即这时径向的位移刚度为零。 磁场方向与导 线方向垂直。径向电磁轴承磁极磁场方向为轴 向， 这与吸力型径向电磁轴承的永磁偏置磁极 磁场为径向有明显区别。
线圈， 组成导线绕组。 在电磁轴承的定子中心沿径向定出 x、 y直角坐标系， 当传感器 感应出位移， 控制器给出控制电流时， X方向的线圈或线圈组， 产生 X向执行力； y方向的 线圈或线圈组， 产生 y向执行力。
径向安培力电磁轴承设磁场源与径向吸力型电 磁轴承在定子上设磁场源之间有原理上 的本质区别： 前者是为建立轴向气隙基础磁场， 其目的是使通电导体线圈在其中产生径向安 培力， 且理论上基础磁场在工作时磁场强度是不变的 ， 通电导体线圈不是通过改变基础磁场 磁场强度的大小来产生作用力的， 由安培力定律基础磁场必须具备， 否则通电导体线圈不会 产生力； 后者是为建立径向气隙偏置磁场， 设偏置磁场目的是为了减少电流与力的非线性 现 象， 通常为两侧成对， 工作时通电导体线圈使磁场强度一侧增加另一 侧减少来产生吸力差生 成径向力， 偏置磁场在工作时磁场强度必然变， 它也可以不设置， 这时通电导体线圈照样可 以产生吸力形成径向作用力。 所以两者的磁场源有着截然不同的特征。
径向安培力电磁轴承设磁场源与被动式径向磁 轴承有永磁体装在定子上之间有目的性 的区别：前者是为建立轴向气隙基础磁场，使 定子上的通电导线绕组处在磁场中受到安培力 ； 后者是为了使转子上运动的短接导体环中感生 电动势， 继而产生涡流， 生成反磁动势形成反 作用力。
通常电磁轴承所悬浮的转子不可能做到完全的 旋转动平衡和静平衡。 对于径向吸力型电 磁轴承， 其施力的磁极面朝转子的径向并与转子间形成 径向的气隙， 而且正如前所述， 当转 子平衡精度不高而晃动过大时， 转子径向位置的影响使执行力与电流的关系呈 非线性， 气隙 过小时， 定子和转子甚至碰撞摩擦造成失稳事故。
安培力径向电磁轴承其施力的磁极面方向为轴 向， 与转子间形成轴向的气隙， 转子的径 向可以完全释放， 即使转子平衡精度不高而晃动过大时， 也不影响执行力与电流的线性关系 程度， 定子和转子可以完全避免径向碰撞摩擦， 所以对转子的平衡精度要求和控制器的响应 速度要求相对较低。
为实现本发明基本构思的技术方案是： 一种安培力径向电磁轴承， 包括定子和转子， 其 中转子包括永磁体、 圆环磁极， 定子包括线圈、 定子铁芯， 在转子和定子之间为工作气隙， 其特征在于所述的转子和定子铁芯为轴向并列 ， 圆环磁极的圆环中心在转子几何中心上， 圆 环磁极的极面朝向为轴向， 定子铁芯上开设线槽， 线槽内嵌卡有线圈， 在定子铁芯中心沿径 向建立 x、 y轴直角坐标系， 线圈和线槽均按 x、 y轴分组， 并设在以定子铁芯为中心的圆周 方向， 所述的线槽还具有圆弧窄槽口， 圆弧窄槽口的圆弧圆心在定子铁芯中心上， 圆弧窄槽 口的半径与圆环磁极的半径相同， 圆弧窄槽口开口方向也为轴向， 圆弧窄槽口与圆环磁极的 极面间通过工作气隙隔开， 且圆弧窄槽口与圆环磁极的极面对齐， 使线圈处在圆环磁极的磁 场中。 构成了安培力径向电磁轴承， 线圈流过控制电流时， X方向的线圈或线圈组， 给转子 产生 X向执行力； y方向的线圈或线圈组， 给转子产生 y向执行力。
通常用作磁通路的气隙可以有多段， 但不是必然所有气隙的磁能都变化并参与能量 或力 的传递。 工作气隙是指： 它不仅是磁场的通路， 还为实现本发明的意图， 将所需要的磁作 用力在定子和转子间通过磁场进行传递。 本发明的圆环磁极是指： 显圆环状， 面对工作气隙 的磁路部件中的强磁部分， 它是转子上强磁的圆环。 通常永磁体、 励磁绕组等都可作为磁场 源， N-S极可由永磁体自身、 吸附在永磁体上的铁芯或励磁绕组中的铁芯， 以及磁通路中铁 磁性部件所形成， 而圆环磁极只是其中直接面对工作气隙的永磁 体自身磁极， 或内部吸附有 永磁体， 面对工作气隙的转子铁芯部分， 也可以是无永磁体的转子铁芯， 定子磁场源产生的 磁场在转子铁芯工作气隙侧汇聚形成强磁的部 分。上述定义将圆环磁极与公知的必然是对偶 数的普通磁体的 N-S磁极作区分。本发明可以为两个圆环磁极面 对工作气隙， 比如半径一大 一小。两个圆弧窄槽口也半径一大一小与两个 圆环磁极的极面对齐， 也就是它们的大小半径 对应相同。 当线圈流过电流时， 两个不同半径圆弧窄槽口下的槽内导线电流流 向相反， 并且 处在不同方向的磁场中， 故它们的安培力为合力相加。 圆环磁极也可以是 N极或 S极其中 一个，或者更多个，相同半径的圆弧窄槽口与 其相配，设置好圆环磁极极性和线圈电流流向 ， 使安培力同向相加。
本发明的定子铁芯和线圈属于定子， 也可以认为定子铁芯或者定子铁芯和线圈就是 定 子。本发明可以是两个定子和一个在中间的转 子显两侧对称的轴向排列。 也可以是两个转子 和一个在中间的定子显两侧对称的轴向排列。 也可以是一个定子和一个转子并列。
本发明的线圈和线槽还可以按各坐标设在两对 边， 线圈匝数和尺寸相同呈完全对称， 也 可以不完全相同， 设计好线圈中电流的流向， 使两对边产生的安培力为合力相加。 两对边是 指位置， 在坐标的正方为一边， 负方为另一边。 每个坐标轴也可以只有一组线圈和线槽。 为 了线圈的安装方便，每个定子铁芯被按坐标轴 的位置分割，当线圈两对边设置时分割成四块 。 定子铁芯的块与块之间， 还可以设定子铁芯搭桥， 以使转子上的圆环磁极在掠过定子铁芯分 割块之间的空档时， 磁路磁阻不至于变化过大而使永磁体工作点波 动和、 或在铁芯中产生涡 流。
本发明的圆弧窄槽口的圆弧半径与圆环磁极的 半径相同是指： 圆环磁极磁场可以覆盖圆 弧窄槽口， 以两者的中心线为圆心的各自半径并不要求必 须精确相等， 可以有些偏差， 当然 精确相等更好。 圆弧窄槽口的圆弧可以是拼接成整圈的圆弧也 可以是分段的圆弧， 圆环磁极 也可以是分段的圆弧磁极拼接而成。 圆弧窄槽口隔着气隙与圆环磁极的磁极面对齐 是指： 在 初始，定子铁芯中心与转子几何圆心的轴线应 重合，有位移扰动或者执行力进行控制工作时 ， 不要求它们必须完全分毫不差地对准齐， 但圆环磁极的磁场仍然覆盖圆弧窄槽口。 圆弧窄槽 口相对圆环磁极磁场来说是窄的， 也就是窄槽口很小时圆环磁极也可以很小， 这样可以大为 降低轴向的吸力的同时保持工作气隙的磁密足 够大。线槽的形状构造不作规定， 只要在其口 部包括圆弧窄槽口即可。
本发明的圆环磁极的极面朝向为轴向和圆弧窄 槽口开口方向也为轴向，但并不必须严格 与 x、 y平面垂直， 为其它因素考虑有一些偏角也是允许的， 但该偏角应小于 45度， 由此所 产生的少许径向负位移刚度可设永磁径向斥力 轴承来平衡， 由恩绍定理可知实际上是将径向 位移负刚度转移至轴向位移负刚度。
本发明永磁体可吸合在转子铁芯上。 永磁体、 线圈个数可以是单个也可以是多个。 永磁 块构成永磁体， 转子铁芯、永磁块或者永磁块和转子铁芯的组 合附属于转子也可以认为它们 构成了转子。
本发明设置圆弧窄槽口的目的是： 为线圈流过电流时产生的磁通设置高磁阻隔离 ， 使 该载流线圈产生的磁动势在规定的区域进入气 隙， 与永磁基础磁场相作用产生安培力。 该槽 口可以是敞开槽口或封闭槽口， 以极薄的导磁或其它材料以高磁阻的形式使圆 弧窄槽口呈闭 口状， 也是圆弧窄槽口的范畴。
本发明的圆环磁极可以就是永磁体自身的磁极 ，也可以是转子铁芯吸附在永磁体上而形 成圆环磁极。
本发明安培力径向电磁轴承的工作气隙具有轴 向基础磁场， 该磁场也可被用作吸力型 轴向电磁轴承的偏置磁场， 在定子铁芯适当位置开设轴控线槽， 设置吸力型的轴控线圈， 便可使安培力径向电磁轴承附带有吸力型轴向 电磁轴承， 两种轴承不仅共用基础磁动势源， 而且还共用气隙、 定子铁芯和磁极。 该径向、 轴向混合电磁轴承几乎不增加原有的单个体 积， 合适的结构设计可使轴向径向之间无交互耦合 影响。 该径向、 轴向混合电磁轴承一般 以两个定子、 两工作气隙和一个在中间的转子显两侧对称的 轴向排列， 也可以是两个转子、 两工作气隙和一个在中间的定子显两侧对称的 轴向排列。 当轴控线圈中有控制电流时， 一 侧的气隙基础磁场磁通密度变小另一侧的等量 变大形成吸力差， 产生轴向控制力。 由于两 侧工作气隙的磁通密度等量增减， 所以当有径向扰动需径向控制时， 其径向执行力的合力 不受影响。 若先有径向控制后有轴向控制或者两者同时出 现其结果也类同。 径向、 轴向混 合电磁轴承时， 转子上的转子铁芯和基础磁动势源的排布和构 造适合径向、 轴向不同性质 的电磁轴承共同使用， 它们以工作时永磁体的工作点不变为最佳； 而对于靠一侧的永磁体 发出的磁通变大另一侧的变小来实现轴向控制 力的， 即永磁体的工作点可变， 只要将该工 作点变化限制在一定的范围内， 永磁体不退磁也是可行的。
本发明的技术方案列出了为解决本案技术问题 相关的各必要技术特征及其主题名称，作 为主题： 一种安培力径向电磁轴承， 本发明的技术方案在用于具体产品中实施时， 所需的 现有技术可自行加入。
作为优选， 所述的转子的两侧沿轴向对称地各设有一个定 子。
作为优选， 所述的定子铁芯在 X轴和 y轴上各设有两组线圈和对应的两组线槽， 同一坐 标轴上的两组线圈分别设在该坐标轴的正方向 和负方向位置， 同样的， 与线圈对应的两组线 槽也分别设在该坐标轴的正方向和负方向位置 ， 两组线圈匝数和尺寸相同或者不相同。
作为优选， 所述的定子铁芯按 X轴和 y轴的位置对称的分割成四块。
作为优选， 所述的在转子上的永磁体是以转子几何中心为 中心的内外两个圆环， 永磁体 自身形成了圆环磁极。
作为优选， 所述的转子上还设有转子铁芯， 转子铁芯吸合在永磁体上构成磁路的通道。 作为优选， 所述的定子铁芯上建立与 x、 y坐标轴相垂直的 z坐标轴， 定子铁芯还开有 轴控线槽， 轴控线槽内嵌轴控线圈， 该轴控线圈的环边跨过定子铁芯中心， 环面朝轴向即 z 向， 附设了的吸力型轴向电磁轴承。
作为优选， 所述的定子铁芯上建立与 x、 y坐标轴相垂直的 z坐标轴， 定子铁芯还开有 轴控线槽， 轴控线槽内嵌轴控线圈， 该轴控线圈的环边不跨过定子铁芯中心， 环面朝 X向、 或 y向， 附设了的吸力型轴向电磁轴承。
作为优选， 所述的定子的两侧沿轴向对称的各设有一个转 子。 本发明的技术方案可以是： 一种安培力径向电磁轴承， 包括定子和转子， 其中转子包括 基础磁场源， 定子包括线圈、 定子铁芯， 在转子和定子之间设有工作气隙， 所述的转子和定 子铁芯为轴向并列， 与工作气隙相接的转子的侧面具有由基础磁场 源形成圆环磁极， 圆环磁 极的圆环中心在转子的几何中心上， 圆环磁极的极面朝向为轴向，在定子铁芯的中 心建立 X、 y轴直角坐标系， 其中 X轴和 y轴均沿定子铁芯的径向方向设置， 定子铁芯上开设至少两个 线槽， 其中至少有一个线槽沿着 X轴方向， 且至少另有一个线槽沿着 y轴方向， 每个线槽内 均嵌卡有线圈， 所述的线槽的端部还具有圆弧窄槽口， 圆弧窄槽口的圆弧圆心在定子铁芯中 心上， 圆弧窄槽口的半径与圆环磁极的半径相同， 圆弧窄槽口开口方向也为轴向， 圆弧窄槽 口与圆环磁极的极面间通过工作气隙隔开， 且圆弧窄槽口与圆环磁极的极面对齐， 使线圈处 在圆环磁极的磁场中。
作为优选， 定子和转子的个数总和为 2~3个， 定子和转子在轴向方向上交替布置。 作为优选， 所述的定子铁芯在定子的圆周方向上均分为 4块， 每个定子铁芯内设有一个 线槽和与线槽对应的线圈。
作为优选， 所述的基础磁场源为永磁体， 转子上的永磁体为两个， 永磁体呈环形， 其中 一个永磁体环大于另外一个永磁体环。
作为优选， 所述的基础磁场源为永磁体， 转子上的永磁体为一个或者两个， 永磁体呈环 形， 在永磁体的一侧设有转子铁芯， 转子铁芯与永磁体沿轴向并列排列。
作为优选， 所述的转子上的圆环磁极是永磁体自身磁极。
作为优选， 所述的转子上的圆环磁极是由转子铁芯形成。
作为优选， 所述的每个线槽是由两个同心的圆弧子线槽构 成， 每个线槽内设有一个环形 密闭的线圈， 线槽的两端开口为圆弧槽口， 在圆弧槽口内填充有高磁阻介质。
应用上述的安培力径向电磁轴承形成的安培力 复合电磁轴承，在所述的定子铁芯上开设 有轴控线槽， 所述的轴控线槽内嵌有轴控线圈。
作为优选， 轴控线圈呈以定子铁芯中心为中心点的环状， 轴控线槽与线槽在径向相互平 行， 轴控线槽开口在靠近工作气隙的一侧， 轴控线圈的环面的方向朝轴向， 所述的轴控线圈 与工作气隙平行， 且轴控线圈位于线圈的内外两层边线之间。
作为优选， 轴控线圈环绕在定子铁芯的分块上， 轴控线槽与线槽在径向相互平行， 轴控 线圈的环面的方向朝径向， 所述的轴控线圈与工作气隙垂直， 且轴控线圈位于线圈的内外两 层边线之间。 上述轴控线圈、 线圈与其它特征的相对位置， 是以这些圈所形成的面而言的。
本发明的技术方案还可以是： 一种安培力径向电磁轴承， 包括定子和转子， 其中定子包 括基础磁场源， 还包括线圈、 定子铁芯， 在转子和定子之间设有工作气隙， 所述的转子和定 子铁芯为轴向并列， 与工作气隙相接的转子的侧面由转子铁芯形成 圆环磁极， 圆环磁极的圆 环中心在转子的几何中心上， 圆环磁极的极面朝向为轴向， 在定子铁芯的中心建立 x、 y轴 直角坐标系，其中 X轴和 y轴均沿定子铁芯的径向方向设置，定子铁芯 开设至少两个线槽， 其中至少有一个线槽沿着 x 轴方向， 且至少另有一个线槽沿着 y轴方向， 每个线槽内均嵌卡 有线圈， 所述的线槽的端部还具有圆弧窄槽口， 圆弧槽口的圆弧圆心在定子铁芯中心上， 圆 弧窄槽口的半径与圆环磁极的半径相同， 圆弧窄槽口开口方向也为轴向， 圆弧窄槽口与圆环 磁极的极面间通过工作气隙隔开， 且圆弧窄槽口与圆环磁极的极面对齐， 使线圈处在圆环磁 极引导的磁场中。
作为优选， 所述的转子上的转子铁芯为两个， 转子铁芯呈环形， 其中一个转子铁芯环大 于另外一个转子铁芯环。
作为优选， 所述的转子上的圆环磁极为两个或者四个。
作为优选， 所述的定子基础磁场源为永磁体或励磁绕组。
作为优选， 所述的定子基础磁场源的磁场方向为径向， 即永磁体的磁极面或励磁绕组线 圈的环面的方向朝径向。
作为优选， 励磁绕组环绕在定子铁芯的分块上， 励磁线槽与线槽在径向相互平行， 励磁 绕组的环面的方向朝径向， 所述的励磁绕组与工作气隙垂直， 且励磁绕组位于线圈的内外两 层边线之间。
作为优选， 励磁绕组呈以定子铁芯中心为中心点的环状， 励磁绕组线槽与线槽在径向相 互平行， 所述的励磁绕组线槽开口在靠近工作气隙的一 侧， 励磁绕组的环面的方向朝轴向， 励磁绕组与工作气隙平行， 且励磁绕组位于线圈的内外两层边线之间。
应用上述的安培力径向电磁轴承形成的安培力 复合电磁轴承，在所述的定子铁芯上开设 有轴控线槽， 所述的轴控线槽内嵌有轴控线圈。
作为优选， 轴控线圈呈以定子铁芯中心为中心点的环状， 轴控线槽与线槽在径向方向相 互平行， 轴控线槽开口在靠近工作气隙的一侧， 轴控线圈的环面的方向朝轴向， 所述的轴控 线圈与工作气隙平行， 且轴控线圈位于线圈的内外两层边线之间。
作为优选， 轴控线圈环绕在定子铁芯的分块上， 轴控线槽与线槽在径向方向相互平行， 轴控线圈的环面的方向朝径向， 所述的轴控线圈与工作气隙垂直， 且轴控线圈位于线圈的内 外两层边线之间。
作为优选， 轴控线圈与励磁绕组为同一部件， 励磁绕组线槽与轴控线槽也为同一线槽。 上述励磁绕组、轴控线圈、线圈与其它特征的 相对位置，是以这些圈所形成的面而言的。 本发明的有益效果： 基于安培力的径向电磁轴承其执行力是控制电 流的单调函数， 为了 实现转子不平衡离心力所产生的位移振动进行 释放不控， 控制器一般内嵌陷波器， 安培力径 向电磁轴承无需像以往的吸力型径向电磁轴承 那样必须对负位移刚度进行归正补偿。它从本 体结构上创造了简化控制器的条件， 减少了控制运算时间， 减少了时滞， 保证高控制精度， 使磁悬浮转子系统易于实现自动平衡。确定了 传感器的位置中心， 不要求对该电磁轴承的位 置中心精密对中， 简化安装程序， 降低了转子悬浮系统精度的要求。 它的单位体积的有效出 力大， 空间利用率高， 电流 力的线性度很好， 在高速旋转的转子应用比如储能飞轮的稳定 控制中效果较好。
附图说明
图 1为转子的永磁体和圆环磁极的一种构造。
图 2为转子的永磁体和圆环磁极的另一种构造。
图 3为转子的永磁体和圆环磁极的第三种构造。
图 4为转子的永磁体和圆环磁极的第四种构造。
图 5为定子的一种构造。
图 6为定子铁芯的一种构造。
图 7为定子铁芯的另一种构造。
图 8为本发明的基础磁场源是转子的永磁体且具 一个圆环磁极的示意图。
图 9为本发明的基础磁场源是转子的永磁体且具 多个圆环磁极的实施图。
图 10为图 9实施例的永磁基础磁通沿磁路的磁力线示意 。
图 11为图 9实施例的永磁基础磁通受线圈绕组磁动势驱 后沿磁路的磁力线示意图。 图 12为本发明图 9实施例的力 电流关系实测曲线。
图 13为本发明的基础磁场源是转子的永磁体具有 个圆环磁极的另一实施图。
图 14为中间定子的径向、 轴向混合的复合轴承基础磁路示意图。
图 15为中间定子的径向、 轴向混合的复合轴承承受径向控制磁动势驱动 后磁路示意图。 图 16为中间定子的径向、 轴向混合的复合轴承承受轴向控制磁动势驱动 后磁路示意图。 图 17为本发明径向、 轴向混合的复合电磁轴承实施图。
图 18为本发明径向、 轴向混合的复合电磁轴承另一种实施图。
图 19为本发明的基础磁场源是定子上的永磁体的 意图。
图 20为本发明的基础磁场源是定子上的永磁体且 有径向环面轴控线圈的示意图。 图 21为本发明的基础磁场源是定子上的永磁体且 有轴向环面轴控线圈的示意图。 图 22为本发明的基础磁场源是定子上的径向环面 磁绕组的示意图。
图 23为本发明的基础磁场源是定子上的径向环面 磁绕组并用作轴控线圈的示意图。 图 24为本发明的基础磁场源是在定子上的轴向环 励磁绕组的示意图。
图 25为本发明的基础磁场源是定子上的轴向环面 磁绕组并用作轴控线圈的示意图。 图 26为本发明线圈与环面朝轴向的轴控线圈位置 意图。
图 27为一种本发明线圈与环面朝径向的轴控线圈 置示意图。
实现本发明的最佳方法
下面通过实施例， 并结合附图， 对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
图 1是转子的永磁体和圆环磁极的一种构造剖面 图示的永磁体 3是以转子几何中心 1-1 线为中心的里外两个圆环， 永磁体 3自身形成了圆环磁极 2， 它们安装在转子 1上， 共有 N、 S四个圆环磁极 2。
图 2是转子的永磁体和圆环磁极的另一种构造剖 ， 图示的永磁体 3是以转子几何中心 1-1线为中心的圆环， 永磁体 3自身形成了一个圆环磁极 2， 它安装在转子 1上， 转子铁芯 4 吸合在永磁体 3上用作磁路的通道。 与之相配的定子铁芯可开设一个线槽。
图 3是转子的永磁体和圆环磁极的第三种构造剖 ， 图示的永磁体 3在转子 1的中间， 转子铁芯 4里外两个圆环形成了四个圆环磁极 2， 它们是以转子几何中心 1-1线为中心的圆 环。 这个结构用于本发明附设有吸力型轴向磁轴承 时永磁的工作点基本不变。
图 4转子的永磁体和圆环磁极的第四种构造剖面 图示的永磁体 3是以转子几何中心 1-1 线为中心的里外两个圆环， 永磁体 3自身形成了两个圆环磁极 2， 它们安装在转子 1上， 转 子铁芯 4吸合在永磁体 3上作磁路的通道。
图 5是定子的一种构造图， 定子 6上， 装有定子铁芯 7， 定子铁芯 7上开设线槽 9， 线 槽 9内嵌卡线圈 5， 定子铁芯中心 7-1沿径向建立 x、 y轴直角坐标系， 线圈 5和线槽 9设置 在坐标轴上偏离定子铁芯中心 7-1的位置， 每个坐标轴有两组线圈 5和线槽 9， 分别设在坐 标轴的两个对边， 两对边的线圈 5匝数和尺寸相同呈完全对称设置。 线槽 9还具有圆弧窄槽 口 8， 圆弧窄槽口 8的圆弧圆心在定子铁芯中心 7-1上， 圆弧窄槽口 8开口方向为轴向。 为 了线圈 5的安装方便， 定子铁芯 7被按坐标轴的位置分割成四块。
图 6是定子铁芯的一种构造图， 以 x、 y在径向， 定子铁芯中心 7-1建立 x、 y、 z轴直 角坐标系， 定子铁芯 7只画出 y坐标轴上被分割的其中一块。在定子铁芯 Ί上开设有一组线 槽， 一组线槽是由相互平行的两个弧形线槽 9构成， 两个环形线槽 9在径向方向上平行， 在 一组线槽内嵌卡有一个环形的线圈 5， 线槽 9具有圆弧窄槽口 8， 圆弧窄槽口 8的圆弧圆心 在定子铁芯中心 7-1上，圆弧窄槽口 8开口方向为轴向。在定子铁芯 7上还开有轴控线槽 11， 轴控线槽 11的开口方向与圆弧窄槽口 8相同， 轴控线槽 11开设在两个线槽 9之间， 轴控线 槽 11与线槽 9在径向方向上相互平行， 在轴控线槽 11内嵌轴控线圈 10， 该轴控线圈 10与 线圈 5在轴向上相互平行， 轴控线圈 10的中心在定子铁芯中心 7-1上。 如图 26所示， 线圈 5与轴控线圈 10呈并列布置， 线圈 5环面朝轴向， 轴控线圈 10环面也朝轴向， 且轴控线圈 10位于线圈 5的外层边线 5-1和内层边线 5-2之间。
图 7是定子铁芯的另一种构造图， 以 x、 y坐标在径向， 定子铁芯中心 7-1建立 x、 y、 z 轴直角坐标系， 定子铁芯 7只画出 X坐标轴上被分割的的其中一块。在定子铁芯 Ί上开设有 一组线槽， 一组线槽是由相互平行的两个弧形线槽 9构成， 两个环形线槽 9在径向方向上平 行， 在一组线槽内嵌卡有一个环形的线圈 5， 线槽 9具有圆弧窄槽口 8， 圆弧窄槽口 8的圆 弧圆心在定子铁芯中心 7-1上， 圆弧窄槽口 8开口方向为轴向。 在定子铁芯 7上还开有轴控 线槽 11，轴控线槽 11开设在两个线槽 9之间，轴控线槽 11与线槽 9在径向方向上相互平行， 在轴控线槽 11内嵌轴控线圈 10，该轴控线圈 10的环面与线圈 5的环面是垂直的，从图的坐 标系上看， 线圈 5和轴控线圈 10均位于 X轴正向侧。 如图 27所示， 线圈 5与轴控线圈 10 呈交叉， 线圈 5环面朝轴向， 则轴控线圈 10环面朝径向， 且轴控线圈 10位于线圈 5的外层 边线 5- 1和内层边线 5-2之间。
图 8是本发明的基础磁场源是转子的永磁体且具 一个圆环磁极的示意图，包括永磁体 3、 圆环磁极 2、 线圈 5、 转子 1、 定子铁芯 7、 工作气隙 12， 安装在转子 1上的永磁体 3是 以转子几何中心 1-1线为中心的圆环， 永磁体 3自身形成了一个圆环磁极 2， 所以圆环磁极 2的中心在转子几何中心 1-1上， 转子铁芯 4吸合在永磁体 3上用作磁路的通道， 圆环磁极 2的极面朝向为轴向。定子铁芯 7上开设线槽 9， 线槽 9内嵌卡线圈 5， 这里只显示了某一径 向轴 x或 y轴的线圈 5和线槽 9组合， 它们在偏离定子铁芯中心 7-1—定距离的位置， 线槽 9具有圆弧窄槽口 8， 圆弧窄槽口 8的圆弧圆心在定子铁芯中心 7-1上， 其半径与圆环磁极 2 相同， 圆弧窄槽口 8开口方向为轴向， 它与圆环磁极 2的极面间隔工作气隙 12并对齐， 使 线圈 5处在圆环磁极 2产生的磁场中， 构成了安培力电磁轴承， 当线圈 5中电流的流向和圆 环磁极 2的极性如图所示时， 图中表示了磁路及转子 1所受的力？。 在磁路中有一个大面积 磁极面， 面朝径向， 由此所产生的少许径向位移负刚度可另设永磁 径向斥力轴承来平衡。 在 这里定子铁芯 7上某轴的正向开设了一个线槽 9， 线圈 5环的一边在线槽 9内， 另一边处在 线槽 9外。
图 9是本发明的基础磁场源是转子的永磁体且具 多个圆环磁极的实施图，它包括作为 基础磁场源的永磁体 3、 圆环磁极 2、 线圈 5、 转子 1、 定子铁芯 7、 工作气隙 12， 该实施是 两个定子铁芯 7和一个中间的转子 1显两侧对称的轴向排列，安装在转子 1上的永磁体 3是 以转子几何中心 1-1线为中心的圆环， 永磁体 3自身形成了圆环磁极 2， 所以圆环磁极 2的 中心在转子几何中心 1-1上， 转子铁芯 4吸合在永磁体 3上作磁路的通道， 圆环磁极 2的极 面朝向为轴向。 两侧的定子铁芯 7上开设线槽 9， 在定子铁芯中心 7-1沿径向建立 x、 y轴直 角坐标系， 为了线圈 5的安装方便， 每侧的定子铁芯 7被按坐标轴的位置分割成四块， 线槽 9内嵌卡线圈 5， 两侧的线圈 5和线槽 9按坐标轴分组， 设在偏离定子铁芯中心 7-1—定距 离的位置， 两侧的定子铁芯 7按每个坐标轴各有两组线圈 5和线槽 9， 分别设在坐标轴的两 个对边， 两对边的线圈 5匝数和尺寸相同呈完全对称设置。 两侧的线槽 9还具有圆弧窄槽口 8， 圆弧窄槽口 8的圆弧圆心在定子铁芯中心 7-1上， 其半径与圆环磁极 2相同， 圆弧窄槽 口 8开口方向为轴向， 它与圆环磁极 2的极面间隔工作气隙 12并对齐， 使两侧的线圈 5处 在圆环磁极 2的磁场中， 构成了安培力径向电磁轴承。
图 10为图 9实施例的永磁基础磁通沿磁路的磁力线示意 ， 在剖面图上， 它包括永磁 体 3、 圆环磁极 2、 线圈 5、 转子 1、 定子铁芯 7、 工作气隙 12， 两永磁体 3圆环形成圆环磁 极 2， 它的中心在转子几何中心 1-1上， 转子铁芯 4吸合在永磁体 3上作磁路的通道。 定子 铁芯 7上开设线槽 9，线槽 9内嵌卡线圈 5，两侧各有一组径向的 X或 y轴的线圈 5和线槽 9 设在偏离定子铁芯中心 7-1位置上， 圆弧窄槽口 8与圆环磁极 2的极面间隔工作气隙 12并 对齐。 磁力线从左侧外 N圆环磁极 2出发 经左工作气隙 12--至左侧外圆弧窄槽口 8边的左 侧定子铁芯 7--绕左侧两线槽 9--至左侧内圆弧窄槽口 8边--使左侧的线圈 5处在圆环磁极 2 的磁场中 --再经左工作气隙 12--至左侧内 S圆环磁极 2--至左侧内永磁体 3--经内转子铁芯 4-- 至右侧内永磁体 3--至右侧内 N圆环磁极 2--右工作气隙 12--至右侧内圆弧窄槽口 8边的右侧 定子铁芯 7--绕右侧两线槽 9--至右侧外圆弧窄槽口 8边--使右侧的线圈 5处在圆环磁极 2的 磁场中 --再经右工作气隙 12--至右侧外 S圆环磁极 2--至右侧外永磁体 3--经外转子铁芯 4--至 左侧外永磁体 3， 形成永磁基础磁场磁路。
图 11为图 9实施例的永磁基础磁通受绕组磁动势驱动后 磁路的磁力线示意图， 在剖 面图上， 它包括永磁体 3、 圆环磁极 2、 线圈 5、 转子 1、 定子铁芯 7、 工作气隙 12， 两永磁 体 3圆环形成的圆环磁极 2， 它的中心在转子几何中心 1-1上， 转子铁芯 4吸合在永磁体 3 上作磁路的通道。 定子铁芯 7上开设线槽 9， 线槽 9内嵌卡线圈 5， 两侧各有一组径向的 X 或 y轴的线圈 5和线槽 9设在偏离定子铁芯中心 7-1位置上， 圆弧窄槽口 8与圆环磁极 2的 极面间隔工作气隙 12并对齐。 两侧线圈 5的电流流向见图中标注， 两侧线圈 5产生的磁动 势将磁基础磁场的磁力线推向线圈 5导线的下方， 使工作气隙 12磁场磁力线单方向弯曲， 在转子 1上产生径向安培反作用力 F。
图 12为本发明图 9实施例的力 电流关系实际曲线，在电流起始至实际最大使 用电流为 直线段， 电流增大后由于定子铁芯的磁饱和而渐变弯曲 。在转子晃动在圆环磁极极宽的范围 内关系曲线为同一根线， 与转子所处的位置无关。
图 13为本发明的基础磁场源是转子的永磁体具有 个圆环磁极的另一实施图， 它包括 永磁体 3、 圆环磁极 2、 线圈 5、 转子 1、 定子铁芯 7、 工作气隙 12， 该实施是两个转子和一 个在中间的定子显两侧对称的轴向排列。安装 在两侧转子 1上的永磁体 3是以转子几何中心 1-1线为中心的圆环， 永磁体 3 自身形成了圆环磁极 2， 所以圆环磁极 2的中心在转子几何 中心 1-1上， 转子铁芯 4吸合在永磁体 3上作磁路的通道， 两侧圆环磁极 2的极面朝向为轴 向。 中间定子铁芯 7上开设线槽 9， 在定子铁芯中心 7-1沿径向建立 x、 y轴直角坐标系， 为 了线圈 5的安装方便， 中间的定子铁芯 7被按坐标轴的位置分割成四块， 线槽 9内嵌卡线圈 5， 线圈 5和线槽 9以坐标轴分组， 设在偏离定子铁芯中心 7-1—定距离的位置， 中间定子 铁芯 7沿每个坐标轴有两组线圈 5和线槽 9， 分别设在坐标轴的两个对边， 两对边的线圈 5 匝数和尺寸相同呈完全对称设置。 线槽 9的左右两侧还具有圆弧窄槽口 8， 圆弧窄槽口 8的 圆弧圆心在定子铁芯中心 7-1上， 其半径与两侧的圆环磁极 2相同， 两侧圆弧窄槽口 8开口 方向为轴向， 它与两侧的圆环磁极 2的极面间隔工作气隙 12并对齐， 使线圈 5处在圆环磁 极 2的磁场中， 构成了安培力径向电磁轴承。 圆弧窄槽口 8可以用高磁阻的非金属材料必如 环氧等使圆弧窄槽口呈闭口状， 以使中间定子铁芯 7稳固。 图 14为中间定子的径向、 轴向混合的复合轴承基础磁路示意图。 在剖面图上， 它包括 永磁体 3、 圆环磁极 2、 线圈 5、 转子铁芯 4、 定子铁芯 7、 工作气隙 12， 永磁体 3自身形成 了圆环磁极 2， 它的中心在转子几何中心 1-1上， 转子铁芯 4吸合在永磁体 3上作磁路的通 道。定子铁芯 7上开设线槽 9， 线槽 9内嵌卡线圈 5， 两侧各有一组径向的 X或 y轴的线圈 5 和线槽 9设在偏离定子铁芯中心 7-1位置上， 圆弧窄槽口 8与圆环磁极 2的极面间隔工作气 隙 12并对齐。 它还开有轴控线槽 11内嵌轴控线圈 10， 轴控线槽 11位于线圈 5的内外两层 边线之间。 当轴控线圈 10流过控制电流时， 它依据一侧的永磁体 3发出的磁通变大另一侧 的变小来实现轴向控制力的， 即永磁体 3的工作点可变。
图 15为中间定子的径向、 轴向混合的复合电磁轴承承受径向控制磁动势 驱动后磁路示 意图， 图 15为剖面图构造与图 14相同。 当线圈 5通过径向控制电流时， 工作气隙 12磁场 磁力线弯曲转子上产生如图径向力 F。
图 16为中间定子的径向、 轴向混合的复合电磁轴承承受轴向控制磁动势 驱动后磁路示 意图。 图 16的剖面图构造与图 14相同。 当轴控线圈 10通过轴向控制电流时， 工作气隙 12 一侧的磁场密度增大， 另一侧变小， 转子上产生如图示轴向力 F。
图 17为本发明径向、轴向混合的复合电磁轴承实 图， 是立体剖面图， 它可以结合图 6 一起理解。 它包括永磁体 3、 圆环磁极 2、 线圈 5、 转子 1、 定子铁芯 7、 工作气隙 12， 该实 施是两个定子铁芯 7和一个中间的转子 1呈两侧对称的轴向排列，安装在转子 1上的永磁体 3是以转子几何中心 1-1线为中心的圆环， 转子铁芯 4吸合在永磁体 3上作磁路的通道， 它 的中心在转子几何中心 1-1上， 转子铁芯 4形成了圆环磁极 2， 圆环磁极 2的极面朝向为轴 向。 两侧的定子铁芯 7上开设线槽 9， 在定子铁芯中心 7-1沿径向建立 x、 y轴直角坐标系， 为了线圈 5的安装方便， 每侧的定子铁芯 7被按坐标轴的位置分割成四块， 线槽 9内嵌卡线 圈 5， 两侧的线圈 5和线槽 9以坐标轴分组， 设在偏离定子铁芯中心 7-1的位置， 两侧的定 子铁芯 7按每个坐标轴各有两组线圈 5和线槽 9， 分别设在坐标轴的两个对边， 两对边的线 圈 5匝数和尺寸相同呈完全对称设置。 两侧的线槽 9还具有圆弧窄槽口 8， 圆弧窄槽口 8的 圆弧圆心在定子铁芯中心 7-1上，其半径与圆环磁极 2相同，圆弧窄槽口 8开口方向为轴向， 它与圆环磁极 2的极面间隔工作气隙 12并对齐，使两侧的线圈 5处在圆环磁极 2的磁场中。 定子铁芯 7上还建立了与 x、 y坐标轴相垂直的 z坐标轴， 它还开有轴控线槽 11内嵌轴控线 圈 10， 该轴控线圈 10与线圈 5轴向方向上并列排布， 该轴控线圈 10环面朝轴向即 z向， 且 轴控线槽 11与线槽 9在径向方向上相互平行，轴控线圈 10位于线圈 5的内外两层边线之间， 构成了安培力径向、 吸力轴向的混合电磁轴承。 当线圈 5和轴控线圈 10流过如图示方向的 电流时， 轴控线圈 10的磁动势迫使永磁体 3的磁通偏向于一侧， 使一侧的工作气隙 12磁通 密度增强另一侧减少，两侧产生吸力差形成轴 向执行力 Fz;线圈 5的磁动势将磁基础磁场的 磁力线推向线圈 5导线的下方， 使工作气隙 12磁场磁力线单方向弯曲， 在转子 1上产生径 向安培反作用力 Fy。
图 18为本发明径向、 轴向混合的复合电磁轴承另一种实施图， 是立体剖面图， 可以结 合图 7—起理解。它包括永磁体 3、 圆环磁极 2、 线圈 5、转子 1、定子铁芯 7、 工作气隙 12， 该实施是两个定子铁芯 7和一个中间的转子 1呈两侧对称的轴向排列，安装在转子 1上的永 磁体 3是以转子几何中心 1-1线为中心的圆环，转子铁芯 4吸合在永磁体 3上作磁路的通道， 它的中心在转子几何中心 1-1上， 转子铁芯 4形成了圆环磁极 2， 圆环磁极 2的极面朝向为 轴向。两侧的定子铁芯 7上开设线槽 9，在定子铁芯中心 7-1沿径向建立 x、 y轴直角坐标系， 为了线圈 5的安装方便， 两侧的定子铁芯 7被按坐标轴的位置分割成四块， 线槽 9内嵌卡线 圈 5， 两侧的线圈 5和线槽 9按坐标轴分组， 设在偏离定子铁芯中心 7-1的位置， 两侧的定 子铁芯 7按每个坐标轴各有两组线圈 5和线槽 9， 分别设在坐标轴的两个对边， 两对边的线 圈 5匝数和尺寸相同呈完全对称设置。 两侧的线槽 9还具有圆弧窄槽口 8， 圆弧窄槽口 8的 圆弧圆心在定子铁芯中心 7-1上，其半径与圆环磁极 2相同，圆弧窄槽口 8开口方向为轴向， 它与圆环磁极 2的极面间隔工作气隙 12并对齐，使两侧的线圈 5处在圆环磁极 2的磁场中。 定子铁芯 7上建立了与 x、 y坐标轴相垂直的 z坐标轴， 它还开有轴控线槽 11内嵌轴控线圈 10， 该轴控线槽 11与线槽 9在径向方向上相互平行， 该轴控线圈 10环面朝径向， 且轴控线 圈 10位于线圈 5的内外两层边线之间， 这个轴控线槽 11可以很浅， 只要指示轴控线圈 10 的方位即可。 它还设了定子铁芯搭桥 7-2， 以使转子 1上的圆环磁极 2在掠过定子铁芯 7被 分割成的四块之间的空档时， 磁阻不致于变化过大而影响永磁体 3工作点的稳定。 如此， 构 成了安培力径向、 吸力轴向的混合电磁轴承。 当线圈 5和轴控线圈 10流过如图示方向的电 流时， 轴控线圈 10的磁动势迫使永磁体 3的磁通偏向于一侧， 使一侧的工作气隙 12磁通密 度增强另一侧减少，两侧产生吸力差形成轴向 执行力 Fz;线圈 5的磁动势将磁基础磁场的磁 力线推向线圈 5导线的下方， 使工作气隙 12磁场磁力线单方向弯曲， 在转子 1上产生径向 安培反作用力 Fy。
图 19为本发明的基础磁场源是定子上的永磁体的 意图，在剖面图上，它包括永磁体 3、 圆环磁极 2、 线圈 5、 转子 1、 定子铁芯 7、 工作气隙 12， 该实施是两个定子铁芯 7和一个中 间的转子 1显两侧对称的轴向排列， 安装在定子铁芯 7上的永磁体 3是以定子几何中心 7-1 线为中心的圆弧，永磁体 3产生的磁场通过工作气隙 12后在转子铁芯 4上汇聚成圆环磁极 2， 圆环磁极 2的中心在转子几何中心 1-1上， 转子铁芯 4作磁路的通道， 圆环磁极 2的极面朝 向为轴向。 两侧的定子铁芯 7上开设线槽 9， 在定子铁芯中心 7-1沿径向建立 x、 y轴直角坐 标系， 为了线圈 5的安装方便， 每侧的定子铁芯 7被按坐标轴的位置分割成四块， 图上只画 出了 X轴正向的剖面部分。 线槽 9内嵌卡线圈 5， 两侧的线圈 5和线槽 9按坐标轴分组， 设 在偏离定子铁芯中心 7-1—定距离的位置。 两侧的线槽 9还具有圆弧窄槽口 8， 圆弧窄槽口 8的圆弧圆心在定子铁芯中心 7-1上， 其半径与圆环磁极 2相同， 圆弧窄槽口 8开口方向为 轴向， 它与圆环磁极 2的极面间隔工作气隙 12并对齐， 使两侧的线圈 5处在圆环磁极 2引 导的如图所示磁力线的磁场中， 构成了安培力径向电磁轴承。
图 20为本发明的基础磁场源是定子上的永磁体且 有径向环面轴控线圈的示意图， 在 剖面图上， 它包括永磁体 3、 圆环磁极 2、 线圈 5、 转子铁芯 4、 定子铁芯 7、 工作气隙 12， 永磁体 3产生的磁场通过工作气隙 12后在转子铁芯 4上汇聚成圆环磁极 2，它的中心在转子 几何中心 1-1上， 剖面显工字形的转子铁芯 4作磁路的通道。 定子铁芯 7上开设线槽 9， 线 槽 9内嵌卡线圈 5， 两侧各有一组径向的 X或 y轴的线圈 5和线槽 9设在偏离定子铁芯中心 7-1位置上， 圆弧窄槽口 8与圆环磁极 2的极面间隔工作气隙 12并对齐。它还有环面径向的 轴控线圈 10， 嵌在轴控线槽 11内， 轴控线圈 10环绕在定子铁芯 Ί的分块上， 轴控线槽 11 与线槽 9在径向方向相互平行， 轴控线圈 10的环面的方向朝径向， 所述的轴控线圈 10与工 作气隙 12垂直， 轴控线圈 10位于线圈 5的内外两层边线之间。 图中的细环线是各线圈电流 为零时的磁场磁力线。 当轴控线圈 10流过控制电流时， 它依据一侧的永磁体 3发出的磁通 变大另一侧的变小来实现轴向控制力的， 即永磁体 3的工作点可变， 在不影响径向控制力的 同时， 使转子两侧产生吸力差来实现轴向力的控制， 构成了本发明的径向、 轴向混合的复合 电磁轴承。
图 21为本发明的基础磁场源是定子上的永磁体且 有轴向环面轴控线圈的示意图， 在 剖面图上， 它包括永磁体 3、 圆环磁极 2、 线圈 5、 转子铁芯 4、 定子铁芯 7、 工作气隙 12， 永磁体 3产生的磁场通过工作气隙 12后在转子铁芯 4上汇聚成圆环磁极 2，它的中心在转子 几何中心 1-1上， 剖面显工字形的转子铁芯 4作磁路的通道。 定子铁芯 7上开设线槽 9， 线 槽 9内嵌卡线圈 5， 两侧各有一组径向的 X或 y轴的线圈 5和线槽 9设在偏离定子铁芯中心 7-1位置上， 圆弧窄槽口 8与圆环磁极 2的极面间隔工作气隙 12并对齐。它还有环面轴向的 轴控线圈 10， 嵌在轴控线槽 11内， 轴控线圈 10呈以定子铁芯中心 7-1为中心点的环状， 轴 控线槽 11与线槽 9在径向方向相互平行， 所述的轴控线槽 11开口在靠近工作气隙 12的一 侧， 轴控线圈 10与工作气隙 12平行， 轴控线圈 10位于线圈 5的内外两层边线之间。 图中 的细环线是各线圈电流为零时的磁场磁力线。 当轴控线圈 10流过控制电流时， 它依据一侧 的永磁体 3发出的磁通变大另一侧的变小来实现轴向控 力的， 即永磁体 3的工作点可变， 在不影响径向控制力的同时， 使转子两侧产生吸力差来实现轴向力的控制， 构成了本发明的 径向、 轴向混合的复合电磁轴承。
图 22为本发明的基础磁场源是定子上的径向环面 磁绕组的示意图， 在剖面图上， 它 包括作为基础磁场源的励磁绕组 14、 圆环磁极 2、 线圈 5、 转子 1、 定子铁芯 7、 工作气隙 12， 该实施是两个定子铁芯 7和一个中间的转子 1显两侧对称的轴向排列， 安装在定子铁芯 7上的励磁绕组 14的环面朝径向， 励磁绕组 14环绕在定子铁芯 7的分块上， 励磁线槽 13 与线槽 9在径向方向相互平行， 励磁绕组 14的环面的方向朝径向， 所述的励磁绕组 14与工 作气隙 12垂直， 且励磁绕组 14位于线圈 5的内外两层边线之间。 励磁绕组 14产生的磁场 通过工作气隙 12后在转子铁芯 4上汇聚成圆环磁极 2， 圆环磁极 2的中心在转子几何中心 1-1上， 转子铁芯 4作磁路的通道， 圆环磁极 2的极面朝向为轴向。 两侧的定子铁芯 7上开 设线槽 9， 在定子铁芯中心 7-1沿径向建立 x、 y轴直角坐标系， 为了线圈 5的安装方便， 每 侧的定子铁芯 7被按坐标轴的位置分割成四块， 图上只画出了 X轴正向的剖面部分。 线槽 9 内嵌卡线圈 5， 两侧的线圈 5和线槽 9按坐标轴分组， 设在偏离定子铁芯中心 7-1—定距离 的位置。 两侧的线槽 9还具有圆弧窄槽口 8， 圆弧窄槽口 8的圆弧圆心在定子铁芯中心 7-1 上， 其半径与圆环磁极 2相同， 圆弧窄槽口 8开口方向为轴向， 它与圆环磁极 2的极面间隔 工作气隙 12并对齐， 使两侧的线圈 5处在圆环磁极 2引导的如图所示磁力线的磁场中， 构 成了安培力径向电磁轴承。
图 23为本发明的基础磁场源是定子上的径向环面 磁绕组并用作轴控线圈的示意图， 在剖面图上， 它包括励磁绕组 14、 圆环磁极 2、 线圈 5、 转子铁芯 4、 定子铁芯 7、 工作气隙 12， 励磁绕组 14产生的磁场通过工作气隙 12后在转子铁芯 4上汇聚成圆环磁极 2， 它的中 心在转子几何中心 1-1上， 剖面显工字形的转子铁芯 4作磁路的通道。 定子铁芯 7上开设线 槽 9， 线槽 9内嵌卡线圈 5， 两侧各有一组径向的 X或 y轴的线圈 5和线槽 9设在偏离定子 铁芯中心 7-1位置上， 圆弧窄槽口 8与圆环磁极 2的极面间隔工作气隙 12并对齐。 环面径 向的励磁绕组 14可同时用作轴控线圈 10， 轴控线槽 11也就是励磁线槽 13， 图中的环线是 各线圈电流为零时的磁场磁力线。 当两侧励磁绕组 14流过的电流同幅增减时， 一侧的励磁 绕组 14发出的磁通变大另一侧的变小， 不影响径向控制力的同时， 使转子两侧产生吸力差 来实现轴向力的控制， 构成了本发明的径向、 轴向混合的复合电磁轴承。
图 24为本发明的基础磁场源是在定子上的轴向环 励磁绕组的示意图， 在剖面图上， 它包括励磁绕组 14、 圆环磁极 2、 线圈 5、 转子 1、 定子铁芯 7、 工作气隙 12， 该实施是两 个定子铁芯 7和一个中间的转子 1显两侧对称的轴向排列，安装在定子铁芯 Ί上的励磁绕组 14的环面朝轴向， 励磁绕组 14呈以定子铁芯中心 7-1为中心点的环状， 励磁绕组线槽 13与 线槽 9在径向方向相互平行， 所述的励磁绕组线槽 13开口在靠近工作气隙 12的一侧， 励磁 绕组 14与工作气隙 12平行， 且励磁绕组 14位于线圈 5的内外两层边线之间。 励磁绕组 14 产生的磁场通过工作气隙 12后在转子铁芯 4上汇聚成圆环磁极 2，圆环磁极 2的中心在转子 几何中心 1-1上， 转子铁芯 4作磁路的通道， 圆环磁极 2的极面朝向为轴向。 两侧的定子铁 芯 7上开设线槽 9， 在定子铁芯中心 7-1沿径向建立 x、 y轴直角坐标系， 为了线圈 5的安装 方便，每侧的定子铁芯 7被按坐标轴的位置分割成四块，图上只画出 X轴正向的剖面部分。 线槽 9内嵌卡线圈 5， 两侧的线圈 5和线槽 9按坐标轴分组， 设在偏离定子铁芯中心 7-1— 定距离的位置。 两侧的线槽 9还具有圆弧窄槽口 8， 圆弧窄槽口 8的圆弧圆心在定子铁芯中 心 7-1上， 其半径与圆环磁极 2相同， 圆弧窄槽口 8开口方向为轴向， 它与圆环磁极 2的极 面间隔工作气隙 12并对齐， 使两侧的线圈 5处在圆环磁极 2引导的如图所示磁力线的磁场 中， 构成了安培力径向电磁轴承。
图 25为本发明的基础磁场源是定子上的轴向环面 磁绕组并用作轴控线圈的示意图，在 剖面图上， 它包括励磁绕组 14、 圆环磁极 2、 线圈 5、 转子铁芯 4、 定子铁芯 7、 工作气隙 12， 励磁绕组 14产生的磁场通过工作气隙 12后在转子铁芯 4上汇聚成圆环磁极 2， 它的中 心在转子几何中心 1-1上， 剖面显工字形的转子铁芯 4作磁路的通道。 定子铁芯 7上开设线 槽 9， 线槽 9内嵌卡线圈 5， 两侧各有一组径向的 X或 y轴的线圈 5和线槽 9设在偏离定子 铁芯中心 7-1位置上， 圆弧窄槽口 8与圆环磁极 2的极面间隔工作气隙 12并对齐。 环面轴 向的励磁绕组 14可同时用作轴控线圈 10， 轴控线槽 11也就是励磁线槽 13， 图中的环线是 各线圈电流为零时的磁场磁力线。 当两侧励磁绕组 14流过的电流同幅增减时， 一侧的励磁 绕组 14发出的磁通变大另一侧的变小， 不影响径向控制力的同时， 使转子两侧产生吸力差 来实现轴向力的控制， 构成了本发明的径向、 轴向混合的复合电磁轴承。
图 26为一种本发明线圈与环面朝轴向的轴控线圈 置示意图， 线圈 5与轴控线圈 10呈 并列布置， 线圈 5环面朝轴向， 轴控线圈 10环面也朝轴向， 且轴控线圈 10位于线圈 5的外 层边线 5- 1和内层边线 5-2之间。
图 27为一种本发明线圈与环面朝径向的轴控线圈 10位置示意图， 线圈 5与轴控线圈 10 呈交叉， 线圈 5环面朝轴向， 轴控线圈 10环面朝径向， 且轴控线圈 10位于线圈 5的外层边 线 5-1和内层边线 5-2之间。 本发明并不仅仅局限于上述的实施方式。 与本发明属同一基本构思的其它形式， 也属于 本发明的保护范围。 本发明所述的技术方案是为解决本发明所要解 决的技术问题而设， 相对于所要解决的技 术问题， 它建立了其技术内容的完整性。将它实施于具 体的安培力径向电磁轴承或其它产品 中时，实现该产品所必需的技术特征可以多于 本发明技术方案用于解决技术问题的必要技术 特征的总和。 本发明各技术特征的含义按照说明书中各专有 名词的定义；没有专门定义的，引入本技 术领域的公知常识和技术， 但该知识的范畴受限于本发明所要解决的技术 问题、 基本构思、 技术方案， 结合它在本发明所具备的功能、 所起的作用和产生的效果， 即参考说明书及其附 图的内容进行理解， 该特征名称的文字措辞不是其含义的限制， 以免产生对本发明的歧义。
本发明进一步作说明， 本发明的说明书及其附图所表达的所有内容仅 用作权利要求的解 释和理解， 它不得积极、 主动地介入确定权利要求保护范围， 即不可作为限制， 尤其是跟本 发明所要解决的技术问题无关联的内容部分， 更是如此。 本条为说明书之内容。