本發明專利技術公開了一種雙永磁體偏轉洛倫茲力磁軸承，包括轉子系統和定子系統，轉子系統主要包括：外安裝套、外磁鋼、外隔磁環、外上導磁環、外下導磁環、外下導磁環鎖母、轉盤、外組件鎖母、內安裝套、內磁鋼、內隔磁環、內上導磁環、內下導磁環、內下導磁環鎖母和內組件鎖母；定子系統主要包括：定子骨架、鋁基板、繞組和環氧樹脂膠。本發明專利技術采用磁鋼軸向充磁方案，減少了磁鋼圈數，降低了因磁鋼磁動勢不均勻引起的氣隙磁密波動，利用導磁環順磁，進一步降低了因磁鋼拼接引起的氣隙磁密波動，有利于實現高精度偏轉控制力矩。此外，磁極材料為導磁材料，利于磁極表面精密加工，降低了對磁鋼尺寸精度和表面粗糙度要求。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種非接觸磁懸浮軸承，尤其涉及一種雙永磁體偏轉洛倫茲力磁軸承。
技術介紹
隨著航天技術的發展，航天器平臺對姿控系統的力矩精度要求越來越高，傳統機械軸承支承的動量輪漸顯不足。采用磁軸承支承的磁懸浮飛輪，消除了機械軸承的摩擦磨損，無需潤滑，可高速旋轉，相比機械軸承支承的飛輪，具有高精度、微振動和長壽命等優點，力矩精度可達10-5Nm量級，是航天器平臺的理想慣性執行機構。磁懸浮飛輪在轉速方面的優勢，使其既能工作在反作用狀態用作反作用飛輪，又能工作在偏置狀態用作偏置動量輪，進一步提高轉速還能用于姿控儲能兩用飛輪。對于五自由度全主動支承的磁懸浮飛輪，還能用于陀螺飛輪，利用徑向兩自由度偏轉磁軸承輸出的偏轉力矩，迫使高速轉子旋轉軸產生小角度進動/偏轉，從而輸出大控制力矩，實現航天器敏捷機動。論文《一種磁懸浮陀螺飛輪方案設計與關鍵技術分析》采用兩個洛倫茲力磁軸承對陀螺飛輪轉子進行五自由度主動懸浮支承，具有很高的控制力矩精度。雖然洛倫茲力磁軸承線性度很高，線性范圍很寬，有利于實現較高的控制力矩精度，但承載力較低，承載功耗很大。授權專利201110253688.0所述的一種大力矩磁懸浮飛輪通過徑向解耦錐形磁軸承控制轉子兩個徑向平動和軸向平動，利用洛倫茲力磁軸承控制轉子徑向兩自由度偏轉，采用磁阻式磁軸承對轉子進行平動懸浮控制，提高了承載力。但偏轉狀態下，錐殼氣隙大小不均勻，導致錐殼內的磁密和磁通成一定梯度，使得錐形磁極表面的電磁吸力不均勻，產生了較大的磁偏拉負力矩，降低了陀螺飛輪的控制精度和輸出力矩精度。專利201510813055.9所述的一種內轉子磁懸浮球面陀螺飛輪克服了論文《一種磁懸浮陀螺飛輪方案設計與關鍵技術分析》和授權專利201110253688.0所述的一種大力矩磁懸浮飛輪的缺點，采用磁阻式球面磁軸承控制轉子徑向兩自由度平動和軸向單自由度平動，采用洛倫茲力磁軸承控制轉子徑向兩自由度偏轉。由于采用了磁阻式承重磁軸承磁極為球面，偏轉前后磁極處的球殼氣隙的球殼形狀不會發生改變，氣隙內的磁密和磁通保持不變，即不會產生磁偏拉負力矩，提高了飛輪的控制精度和輸出力矩精度。從以上結構可以看出，現有磁懸浮陀螺飛輪均利用洛倫茲力磁軸承控制轉子徑向偏轉輸出瞬間陀螺力矩。中國專利201510146044.X所述的一種外轉子洛倫茲力軸向磁軸承，通過控制放置于永磁磁場中的定子繞組電流的大小和方向，產生所需的安培力，實現轉子穩定懸浮和輸出陀螺進動力矩。中國專利201510144912.0所述的一種雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承利用軸向繞組產生的安培力控制軸向平動，利用成對使用的偏轉繞組產生的大小相等方向相反的安培力組成力偶，控制徑向兩個自由度的偏轉。中國專利201510243920.0所述的一種兩自由度洛倫茲力外轉子球面磁軸承利用兩對成對通電線圈產生的大小相等方向相反的安培力組成力偶，控制徑向兩自由度的偏轉。上述洛倫茲力磁軸承均有一個共同特征，磁極面均為磁鋼柱面，非常不易加工，尺寸精度和粗糙度較低，且不易消除磁場邊緣效應。此外，洛倫茲力磁軸承整環磁鋼采用拼接方式，拼接處存在較大的磁密和磁通波動，降低了磁軸承的控制精度和輸出力矩精度。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一易于加工、高磁密均勻性、高控制力矩精度的雙永磁體偏轉洛倫茲力磁軸承。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：本專利技術的雙永磁體偏轉洛倫茲力磁軸承，主要包括轉子系統和定子系，轉子系統主要包括：外安裝套、外磁鋼、外隔磁環、外上導磁環、外下導磁環、外下導磁環鎖母、轉盤、外組件鎖母、內安裝套、內磁鋼、內隔磁環、內上導磁環、內下導磁環、內下導磁環鎖母和內組件鎖母；定子系統主要包括：定子骨架、鋁基板、左繞組、右繞組、前繞組、后繞組和環氧樹脂膠；外安裝套位于外磁鋼、外隔磁環、外上導磁環、外下導磁環和外下導磁環鎖母的徑向外側，外磁鋼位于外安裝套徑向內側中心位置，外隔磁環位于外磁鋼徑向內側，外上導磁環位于外磁鋼和外隔磁環的上端，外下導磁環位于外磁鋼和外隔磁環的下端，外下導磁環鎖母位于外下導磁環下端，外磁鋼、外隔磁環、外上導磁環和外下導磁環位于外安裝套徑向內側，并通過外下導磁環鎖母與外安裝套的螺紋配合固定安裝在外安裝套上，外安裝套、外磁鋼、外隔磁環、外上導磁環、外下導磁環和外下導磁環鎖母位于轉盤環形槽外壁徑向內側，并通過外組件鎖母與轉盤之間的螺紋配合固定安裝在轉盤上，內安裝套位于內磁鋼、內隔磁環、內上導磁環、內下導磁環和內下導磁環鎖母的徑向內側，內磁鋼位于內安裝套徑向外側中心位置，內隔磁環位于內磁鋼的徑向內側，內上導磁環位于內磁鋼和內隔磁環的上端，內下導磁環位于內磁鋼和內隔磁環的下端，內下導磁環鎖母位于內下導磁環下端，內磁鋼、內隔磁環、內上導磁環、內下導磁環和內下導磁環鎖母位于內安裝套徑向外側，并通過內下導磁環鎖母與內安裝套之間的螺紋配合固定安裝在內安裝套上，內安裝套、內磁鋼、內隔磁環、內上導磁環、內下導磁環和內下導磁環鎖母位于轉盤環形槽內壁徑向外側，并通過內組件鎖母與轉盤之間的螺紋配合固定安裝在轉盤上，定子骨架位于外隔磁環、外上導磁環、外下導磁環、外下導磁環鎖母和外組件鎖母的徑向內側，鋁基板位于定子骨架徑向外側下方，并通過螺紋配合固定安裝在定子骨架上，左繞組、右繞組、前繞組和后繞組分別位于定子骨架的左端徑向外側、右端徑向外側、前端徑向外側和后端徑向外側，左繞組、右繞組、前繞組和后繞組通過環氧樹脂膠固定在定子骨架上，外隔磁環、外上導磁環、外下導磁環、外下導磁環鎖母和外組件鎖母的內圓柱面與內隔磁環、內上導磁環、內下導磁環、內下導磁環鎖母和內組件鎖母的外圓柱面之間形成氣隙。由上述本專利技術提供的技術方案可以看出，本專利技術實施例提供的雙永磁體偏轉洛倫茲力磁軸承，磁鋼采用軸向充磁方式，與徑向充磁的磁鋼相比，減少了磁鋼圈數，降低了因磁鋼磁動勢不均勻引起的磁場不均勻性，利用導磁環的順磁功能消除了傳統因磁鋼拼接不完整和磁動勢不均勻引起的磁密波動。此外，磁極為導磁材料，有利于磁極表面的精密加工和超精加工，降低了對磁鋼的尺寸精度和表面精度要求。附圖說明圖1為本專利技術實施例提供的雙永磁體偏轉洛倫茲力磁軸承的徑向X向剖視結構示意圖；圖2為本專利技術實施例提供的雙永磁體偏轉洛倫茲力磁軸承的徑向Y向剖視結構示意圖；圖3為本專利技術實施例中的轉子系統的剖視結構示意圖；圖4為本專利技術技實施例中的定子系統的剖視結構示意圖；圖5a為本專利技術技實施例中的定子骨架的剖視結構示意圖；圖5b為本專利技術實施例中的定子骨架的三維結構示意圖；圖6為本專利技術實施例中的外安裝套、外磁鋼、外隔磁環、外上導磁環、外下導磁環和外下導磁環鎖母組成的組件剖視結構示意圖；圖7為本專利技術實施例中的內安裝套、內磁鋼、內隔磁環、內上導磁環、內下導磁環和內下導磁環鎖母組成的組件剖視結構示意圖。具體實施方式下面將對本專利技術實施例作進一步地詳細描述。本專利技術的雙永磁體偏轉洛倫茲力磁軸承，其較佳的具體實施方式是：主要包括轉子系統和定子系統，轉子系統主要包括：外安裝套、外磁鋼、外隔磁環、外上導磁環、外下導磁環、外下導磁環鎖母、轉盤、外組件鎖母、內安裝套、內磁鋼、內隔磁環、內上導磁環、內下導磁環、內下導磁環鎖母和內組件鎖母；定子系統主要包括：定子骨架、鋁基板、左繞組、右繞組、前繞組、后本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種雙永磁體偏轉洛倫茲力磁軸承，主要包括轉子系統和定子系統，其特征在于：所述轉子系統主要包括：外安裝套(1)、外磁鋼(2)、外隔磁環(3)、外上導磁環(4A)、外下導磁環(4B)、外下導磁環鎖母(5)、轉盤(6)、外組件鎖母(7)、內安裝套(8)、內磁鋼(9)、內隔磁環(10)、內上導磁環(11A)、內下導磁環(11B)、內下導磁環鎖母(12)和內組件鎖母(13)；所述定子系統主要包括：定子骨架(14)、鋁基板(15)、左繞組(16A)、右繞組(16B)、前繞組(16C)、后繞組(16D)和環氧樹脂膠(17)；所述外安裝套(1)位于外磁鋼(2)、外隔磁環(3)、外上導磁環(4A)、外下導磁環(4B)和外下導磁環鎖母(5)的徑向外側，外磁鋼(2)位于外安裝套(1)徑向內側中心位置，外隔磁環(3)位于外磁鋼(2)徑向內側，外上導磁環(4A)位于外磁鋼(2)和外隔磁環(3)的上端，外下導磁環(4B)位于外磁鋼(2)和外隔磁環(3)的下端，外下導磁環鎖母(5)位于外下導磁環(4B)下端，外磁鋼(2)、外隔磁環(3)、外上導磁環(4A)和外下導磁環(4B)位于外安裝套(1)徑向內側，并通過外下導磁環鎖母(5)與外安裝套(1)的螺紋配合固定安裝在外安裝套(1)上，外安裝套(1)、外磁鋼(2)、外隔磁環(3)、外上導磁環(4A)、外下導磁環(4B)和外下導磁環鎖母(5)位于轉盤(6)環形槽外壁徑向內側，并通過外組件鎖母(7)與轉盤(6)之間的螺紋配合固定安裝在轉盤(6)上，內安裝套(8)位于內磁鋼(9)、內隔磁環(10)、內上導磁環(11A)、內下導磁環(11B)和內下導磁環鎖母(12)的徑向內側，內磁鋼(9)位于內安裝套(8)徑向外側中心位置，內隔磁環(10)位于內磁鋼(9)的徑向外側，內上導磁環(11A)位于內磁鋼(9)和內隔磁環(10)的上端，內下導磁環(11B)位于內磁鋼(9)和內隔磁環(10)的下端，內下導磁環鎖母(12)位于內下導磁環(11B)下端，內磁鋼(9)、內隔磁環(10)、內上導磁環(11A)、內下導磁環(11B)和內下導磁環鎖母(12)位于內安裝套(8)徑向外側，并通過內下導磁環鎖母(12)與內安裝套(8)之間的螺紋配合固定安裝在內安裝套(8)上，內安裝套(8)、內磁鋼(9)、內隔磁環(10)、內上導磁環(11A)、內下導磁環(11B)和內下導磁環鎖母(12)位于轉盤(6)環形槽內壁徑向外側，并通過內組件鎖母(13)與轉盤(6)之間的螺紋配合固定安裝在轉盤(6)上，定子骨架(14)位于外隔磁環(3)、外上導磁環(4A)、外下導磁環(4B)、外下導磁環鎖母(5)和外組件鎖母(7)的徑向內側，鋁基板(15)位于定子骨架(14)徑向外側下方，并通過螺紋配合固定安裝在定子骨架(14)上，左繞組(16A)、右繞組(16B)、前繞組(16C)和后繞組(16D)分別位于定子骨架(14)的左端徑向外側、右端徑向外側、前端徑向外側和后端徑向外側，左繞組(16A)、右繞組(16B)、前繞組(16C)和后繞組(16D)通過環氧樹脂膠(17)固定在定子骨架(14)上，外隔磁環(3)、外上導磁環(4A)、外下導磁環(4B)、外下導磁環鎖母(5)和外組件鎖母(7)的內圓柱面與內隔磁環(10)、內上導磁環(11A)、內下導磁環(11B)、內下導磁環鎖母(12)和內組件鎖母(13)的外圓柱面之間形成氣隙(18)。...
【技術特征摘要】
1.一種雙永磁體偏轉洛倫茲力磁軸承，主要包括轉子系統和定子系統，其特征在于：所述轉子系統主要包括：外安裝套(1)、外磁鋼(2)、外隔磁環(3)、外上導磁環(4A)、外下導磁環(4B)、外下導磁環鎖母(5)、轉盤(6)、外組件鎖母(7)、內安裝套(8)、內磁鋼(9)、內隔磁環(10)、內上導磁環(11A)、內下導磁環(11B)、內下導磁環鎖母(12)和內組件鎖母(13)；所述定子系統主要包括：定子骨架(14)、鋁基板(15)、左繞組(16A)、右繞組(16B)、前繞組(16C)、后繞組(16D)和環氧樹脂膠(17)；所述外安裝套(1)位于外磁鋼(2)、外隔磁環(3)、外上導磁環(4A)、外下導磁環(4B)和外下導磁環鎖母(5)的徑向外側，外磁鋼(2)位于外安裝套(1)徑向內側中心位置，外隔磁環(3)位于外磁鋼(2)徑向內側，外上導磁環(4A)位于外磁鋼(2)和外隔磁環(3)的上端，外下導磁環(4B)位于外磁鋼(2)和外隔磁環(3)的下端，外下導磁環鎖母(5)位于外下導磁環(4B)下端，外磁鋼(2)、外隔磁環(3)、外上導磁環(4A)和外下導磁環(4B)位于外安裝套(1)徑向內側，并通過外下導磁環鎖母(5)與外安裝套(1)的螺紋配合固定安裝在外安裝套(1)上，外安裝套(1)、外磁鋼(2)、外隔磁環(3)、外上導磁環(4A)、外下導磁環(4B)和外下導磁環鎖母(5)位于轉盤(6)環形槽外壁徑向內側，并通過外組件鎖母(7)與轉盤(6)之間的螺紋配合固定安裝在轉盤(6)上，內安裝套(8)位于內磁鋼(9)、內隔磁環(10)、內上導磁環(11A)、內下導磁環(11B)和內下導磁環鎖母(12)的徑向內側，內磁鋼(9)位于內安裝套(8)徑向外側中心位置，內隔磁環(10)位于內磁鋼(9)的徑向外側，內上導磁環(11A)位于內磁鋼(9)和內隔磁環(10)的上端，內下導磁環(11B)位于內磁鋼(9)和內隔磁環(10)的下端，內下導磁環鎖母(12)位于內下導磁環(11B)下端，內磁鋼(9)、內隔磁環(10)、內上導磁環(11A)、內下導磁環(11B)和內下導磁環鎖母(12)位于內安裝套(8)徑向外側，并通過內下導磁環鎖母(12)與內安裝套(8)之間的螺紋配合固定安裝在內安裝套(8)上...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉強，胡燈亮，吳波，趙勇，趙明師，馬麗梅，高憲鵬，
申請(專利權)人：北京石油化工學院，
類型：發明
國別省市：北京;11
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