本发明专利技术公开了一种双永磁体偏转洛伦兹力磁轴承，包括转子系统和定子系统，转子系统主要包括：外安装套、外磁钢、外隔磁环、外上导磁环、外下导磁环、外下导磁环锁母、转盘、外组件锁母、内安装套、内磁钢、内隔磁环、内上导磁环、内下导磁环、内下导磁环锁母和内组件锁母；定子系统主要包括：定子骨架、铝基板、绕组和环氧树脂胶。本发明专利技术采用磁钢轴向充磁方案，减少了磁钢圈数，降低了因磁钢磁动势不均匀引起的气隙磁密波动，利用导磁环顺磁，进一步降低了因磁钢拼接引起的气隙磁密波动，有利于实现高精度偏转控制力矩。此外，磁极材料为导磁材料，利于磁极表面精密加工，降低了对磁钢尺寸精度和表面粗糙度要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种双永磁体偏转洛伦兹力磁轴承。
技术介绍
随着航天技术的发展，航天器平台对姿控系统的力矩精度要求越来越高，传统机械轴承支承的动量轮渐显不足。采用磁轴承支承的磁悬浮飞轮，消除了机械轴承的摩擦磨损，无需润滑，可高速旋转，相比机械轴承支承的飞轮，具有高精度、微振动和长寿命等优点，力矩精度可达10-5Nm量级，是航天器平台的理想惯性执行机构。磁悬浮飞轮在转速方面的优势，使其既能工作在反作用状态用作反作用飞轮，又能工作在偏置状态用作偏置动量轮，进一步提高转速还能用于姿控储能两用飞轮。对于五自由度全主动支承的磁悬浮飞轮，还能用于陀螺飞轮，利用径向两自由度偏转磁轴承输出的偏转力矩，迫使高速转子旋转轴产生小角度进动/偏转，从而输出大控制力矩，实现航天器敏捷机动。论文《一种磁悬浮陀螺飞轮方案设计与关键技术分析》采用两个洛伦兹力磁轴承对陀螺飞轮转子进行五自由度主动悬浮支承，具有很高的控制力矩精度。虽然洛伦兹力磁轴承线性度很高，线性范围很宽，有利于实现较高的控制力矩精度，但承载力较低，承载功耗很大。授权专利201110253688.0所述的一种大力矩磁悬浮飞轮通过径向解耦锥形磁轴承控制转子两个径向平动和轴向平动，利用洛伦兹力磁轴承控制转子径向两自由度偏转，采用磁阻式磁轴承对转子进行平动悬浮控制，提高了承载力。但偏转状态下，锥壳气隙大小不均匀，导致锥壳内的磁密和磁通成一定梯度，使得锥形磁极表面的电磁吸力不均匀，产生了较大的磁偏拉负力矩，降低了陀螺飞轮的控制精度和输出力矩精度。专利201510813055.9所述的一种内转子磁悬浮球面陀螺飞轮克服了论文《一种磁悬浮陀螺飞轮方案设计与关键技术分析》和授权专利201110253688.0所述的一种大力矩磁悬浮飞轮的缺点，采用磁阻式球面磁轴承控制转子径向两自由度平动和轴向单自由度平动，采用洛伦兹力磁轴承控制转子径向两自由度偏转。由于采用了磁阻式承重磁轴承磁极为球面，偏转前后磁极处的球壳气隙的球壳形状不会发生改变，气隙内的磁密和磁通保持不变，即不会产生磁偏拉负力矩，提高了飞轮的控制精度和输出力矩精度。从以上结构可以看出，现有磁悬浮陀螺飞轮均利用洛伦兹力磁轴承控制转子径向偏转输出瞬间陀螺力矩。中国专利201510146044.X所述的一种外转子洛伦兹力轴向磁轴承，通过控制放置于永磁磁场中的定子绕组电流的大小和方向，产生所需的安培力，实现转子稳定悬浮和输出陀螺进动力矩。中国专利201510144912.0所述的一种双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承利用轴向绕组产生的安培力控制轴向平动，利用成对使用的偏转绕组产生的大小相等方向相反的安培力组成力偶，控制径向两个自由度的偏转。中国专利201510243920.0所述的一种两自由度洛伦兹力外转子球面磁轴承利用两对成对通电线圈产生的大小相等方向相反的安培力组成力偶，控制径向两自由度的偏转。上述洛伦兹力磁轴承均有一个共同特征，磁极面均为磁钢柱面，非常不易加工，尺寸精度和粗糙度较低，且不易消除磁场边缘效应。此外，洛伦兹力磁轴承整环磁钢采用拼接方式，拼接处存在较大的磁密和磁通波动，降低了磁轴承的控制精度和输出力矩精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一易于加工、高磁密均匀性、高控制力矩精度的双永磁体偏转洛伦兹力磁轴承。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的双永磁体偏转洛伦兹力磁轴承，主要包括转子系统和定子系，转子系统主要包括：外安装套、外磁钢、外隔磁环、外上导磁环、外下导磁环、外下导磁环锁母、转盘、外组件锁母、内安装套、内磁钢、内隔磁环、内上导磁环、内下导磁环、内下导磁环锁母和内组件锁母；定子系统主要包括：定子骨架、铝基板、左绕组、右绕组、前绕组、后绕组和环氧树脂胶；外安装套位于外磁钢、外隔磁环、外上导磁环、外下导磁环和外下导磁环锁母的径向外侧，外磁钢位于外安装套径向内侧中心位置，外隔磁环位于外磁钢径向内侧，外上导磁环位于外磁钢和外隔磁环的上端，外下导磁环位于外磁钢和外隔磁环的下端，外下导磁环锁母位于外下导磁环下端，外磁钢、外隔磁环、外上导磁环和外下导磁环位于外安装套径向内侧，并通过外下导磁环锁母与外安装套的螺纹配合固定安装在外安装套上，外安装套、外磁钢、外隔磁环、外上导磁环、外下导磁环和外下导磁环锁母位于转盘环形槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母与转盘之间的螺纹配合固定安装在转盘上，内安装套位于内磁钢、内隔磁环、内上导磁环、内下导磁环和内下导磁环锁母的径向内侧，内磁钢位于内安装套径向外侧中心位置，内隔磁环位于内磁钢的径向内侧，内上导磁环位于内磁钢和内隔磁环的上端，内下导磁环位于内磁钢和内隔磁环的下端，内下导磁环锁母位于内下导磁环下端，内磁钢、内隔磁环、内上导磁环、内下导磁环和内下导磁环锁母位于内安装套径向外侧，并通过内下导磁环锁母与内安装套之间的螺纹配合固定安装在内安装套上，内安装套、内磁钢、内隔磁环、内上导磁环、内下导磁环和内下导磁环锁母位于转盘环形槽内壁径向外侧，并通过内组件锁母与转盘之间的螺纹配合固定安装在转盘上，定子骨架位于外隔磁环、外上导磁环、外下导磁环、外下导磁环锁母和外组件锁母的径向内侧，铝基板位于定子骨架径向外侧下方，并通过螺纹配合固定安装在定子骨架上，左绕组、右绕组、前绕组和后绕组分别位于定子骨架的左端径向外侧、右端径向外侧、前端径向外侧和后端径向外侧，左绕组、右绕组、前绕组和后绕组通过环氧树脂胶固定在定子骨架上，外隔磁环、外上导磁环、外下导磁环、外下导磁环锁母和外组件锁母的内圆柱面与内隔磁环、内上导磁环、内下导磁环、内下导磁环锁母和内组件锁母的外圆柱面之间形成气隙。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的双永磁体偏转洛伦兹力磁轴承，磁钢采用轴向充磁方式，与径向充磁的磁钢相比，减少了磁钢圈数，降低了因磁钢磁动势不均匀引起的磁场不均匀性，利用导磁环的顺磁功能消除了传统因磁钢拼接不完整和磁动势不均匀引起的磁密波动。此外，磁极为导磁材料，有利于磁极表面的精密加工和超精加工，降低了对磁钢的尺寸精度和表面精度要求。附图说明图1为本专利技术实施例提供的双永磁体偏转洛伦兹力磁轴承的径向X向剖视结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的双永磁体偏转洛伦兹力磁轴承的径向Y向剖视结构示意图；图3为本专利技术实施例中的转子系统的剖视结构示意图；图4为本专利技术技实施例中的定子系统的剖视结构示意图；图5a为本专利技术技实施例中的定子骨架的剖视结构示意图；图5b为本专利技术实施例中的定子骨架的三维结构示意图；图6为本专利技术实施例中的外安装套、外磁钢、外隔磁环、外上导磁环、外下导磁环和外下导磁环锁母组成的组件剖视结构示意图；图7为本专利技术实施例中的内安装套、内磁钢、内隔磁环、内上导磁环、内下导磁环和内下导磁环锁母组成的组件剖视结构示意图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术的双永磁体偏转洛伦兹力磁轴承，其较佳的具体实施方式是：主要包括转子系统和定子系统，转子系统主要包括：外安装套、外磁钢、外隔磁环、外上导磁环、外下导磁环、外下导磁环锁母、转盘、外组件锁母、内安装套、内磁钢、内隔磁环、内上导磁环、内下导磁环、内下导磁环锁母和内组件锁母；定子系统主要包括：定子骨架、铝基板、左绕组、右绕组、前绕组、后本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双永磁体偏转洛伦兹力磁轴承，主要包括转子系统和定子系统，其特征在于：所述转子系统主要包括：外安装套(1)、外磁钢(2)、外隔磁环(3)、外上导磁环(4A)、外下导磁环(4B)、外下导磁环锁母(5)、转盘(6)、外组件锁母(7)、内安装套(8)、内磁钢(9)、内隔磁环(10)、内上导磁环(11A)、内下导磁环(11B)、内下导磁环锁母(12)和内组件锁母(13)；所述定子系统主要包括：定子骨架(14)、铝基板(15)、左绕组(16A)、右绕组(16B)、前绕组(16C)、后绕组(16D)和环氧树脂胶(17)；所述外安装套(1)位于外磁钢(2)、外隔磁环(3)、外上导磁环(4A)、外下导磁环(4B)和外下导磁环锁母(5)的径向外侧，外磁钢(2)位于外安装套(1)径向内侧中心位置，外隔磁环(3)位于外磁钢(2)径向内侧，外上导磁环(4A)位于外磁钢(2)和外隔磁环(3)的上端，外下导磁环(4B)位于外磁钢(2)和外隔磁环(3)的下端，外下导磁环锁母(5)位于外下导磁环(4B)下端，外磁钢(2)、外隔磁环(3)、外上导磁环(4A)和外下导磁环(4B)位于外安装套(1)径向内侧，并通过外下导磁环锁母(5)与外安装套(1)的螺纹配合固定安装在外安装套(1)上，外安装套(1)、外磁钢(2)、外隔磁环(3)、外上导磁环(4A)、外下导磁环(4B)和外下导磁环锁母(5)位于转盘(6)环形槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母(7)与转盘(6)之间的螺纹配合固定安装在转盘(6)上，内安装套(8)位于内磁钢(9)、内隔磁环(10)、内上导磁环(11A)、内下导磁环(11B)和内下导磁环锁母(12)的径向内侧，内磁钢(9)位于内安装套(8)径向外侧中心位置，内隔磁环(10)位于内磁钢(9)的径向外侧，内上导磁环(11A)位于内磁钢(9)和内隔磁环(10)的上端，内下导磁环(11B)位于内磁钢(9)和内隔磁环(10)的下端，内下导磁环锁母(12)位于内下导磁环(11B)下端，内磁钢(9)、内隔磁环(10)、内上导磁环(11A)、内下导磁环(11B)和内下导磁环锁母(12)位于内安装套(8)径向外侧，并通过内下导磁环锁母(12)与内安装套(8)之间的螺纹配合固定安装在内安装套(8)上，内安装套(8)、内磁钢(9)、内隔磁环(10)、内上导磁环(11A)、内下导磁环(11B)和内下导磁环锁母(12)位于转盘(6)环形槽内壁径向外侧，并通过内组件锁母(13)与转盘(6)之间的螺纹配合固定安装在转盘(6)上，定子骨架(14)位于外隔磁环(3)、外上导磁环(4A)、外下导磁环(4B)、外下导磁环锁母(5)和外组件锁母(7)的径向内侧，铝基板(15)位于定子骨架(14)径向外侧下方，并通过螺纹配合固定安装在定子骨架(14)上，左绕组(16A)、右绕组(16B)、前绕组(16C)和后绕组(16D)分别位于定子骨架(14)的左端径向外侧、右端径向外侧、前端径向外侧和后端径向外侧，左绕组(16A)、右绕组(16B)、前绕组(16C)和后绕组(16D)通过环氧树脂胶(17)固定在定子骨架(14)上，外隔磁环(3)、外上导磁环(4A)、外下导磁环(4B)、外下导磁环锁母(5)和外组件锁母(7)的内圆柱面与内隔磁环(10)、内上导磁环(11A)、内下导磁环(11B)、内下导磁环锁母(12)和内组件锁母(13)的外圆柱面之间形成气隙(18)。...
【技术特征摘要】
1.一种双永磁体偏转洛伦兹力磁轴承，主要包括转子系统和定子系统，其特征在于：所述转子系统主要包括：外安装套(1)、外磁钢(2)、外隔磁环(3)、外上导磁环(4A)、外下导磁环(4B)、外下导磁环锁母(5)、转盘(6)、外组件锁母(7)、内安装套(8)、内磁钢(9)、内隔磁环(10)、内上导磁环(11A)、内下导磁环(11B)、内下导磁环锁母(12)和内组件锁母(13)；所述定子系统主要包括：定子骨架(14)、铝基板(15)、左绕组(16A)、右绕组(16B)、前绕组(16C)、后绕组(16D)和环氧树脂胶(17)；所述外安装套(1)位于外磁钢(2)、外隔磁环(3)、外上导磁环(4A)、外下导磁环(4B)和外下导磁环锁母(5)的径向外侧，外磁钢(2)位于外安装套(1)径向内侧中心位置，外隔磁环(3)位于外磁钢(2)径向内侧，外上导磁环(4A)位于外磁钢(2)和外隔磁环(3)的上端，外下导磁环(4B)位于外磁钢(2)和外隔磁环(3)的下端，外下导磁环锁母(5)位于外下导磁环(4B)下端，外磁钢(2)、外隔磁环(3)、外上导磁环(4A)和外下导磁环(4B)位于外安装套(1)径向内侧，并通过外下导磁环锁母(5)与外安装套(1)的螺纹配合固定安装在外安装套(1)上，外安装套(1)、外磁钢(2)、外隔磁环(3)、外上导磁环(4A)、外下导磁环(4B)和外下导磁环锁母(5)位于转盘(6)环形槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母(7)与转盘(6)之间的螺纹配合固定安装在转盘(6)上，内安装套(8)位于内磁钢(9)、内隔磁环(10)、内上导磁环(11A)、内下导磁环(11B)和内下导磁环锁母(12)的径向内侧，内磁钢(9)位于内安装套(8)径向外侧中心位置，内隔磁环(10)位于内磁钢(9)的径向外侧，内上导磁环(11A)位于内磁钢(9)和内隔磁环(10)的上端，内下导磁环(11B)位于内磁钢(9)和内隔磁环(10)的下端，内下导磁环锁母(12)位于内下导磁环(11B)下端，内磁钢(9)、内隔磁环(10)、内上导磁环(11A)、内下导磁环(11B)和内下导磁环锁母(12)位于内安装套(8)径向外侧，并通过内下导磁环锁母(12)与内安装套(8)之间的螺纹配合固定安装在内安装套(8)上...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，胡灯亮，吴波，赵勇，赵明师，马丽梅，高宪鹏，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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