一种三自由度隐式洛伦兹力磁轴承制造技术

本发明专利技术公开了一种三自由度隐式洛伦兹力磁轴承，主要由转子系统和定子系统两部分组成，转子系统主要包括：外安装套、外导磁环、外隔磁环、外磁钢、外顺磁环、转盘、内安装套、内导磁环、内隔磁环、内磁钢和内顺磁环；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内置的隐式方案提高了气隙气密均匀性，通过增加轴向磁钢和轴向绕组，实现了轴向平动和径向两自由度偏转控制。

【技术实现步骤摘要】
一种三自由度隐式洛伦兹力磁轴承
本专利技术涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种三自由度隐式洛伦兹力磁轴承。
技术介绍
按电磁力产生方式，主动磁轴承可分为磁阻力磁轴承和洛伦兹力磁轴承。前者通过改变磁极绕组电流的大小和方向来产生所需的控制磁通，从而产生相应的悬浮支承力，但其力与电流成平方关系，经线性化后线性范围仍较窄，控制精度低。后者通过改变放置于恒定磁场中绕组的电流大小和方向来产生所需的悬浮支承力，其力与电流成线性关系，线性度好，控制精度高。因此洛伦兹力磁轴承更适用于超稳超静磁悬浮惯性执行机构旋转部件的高精度悬浮控制。论文《一种磁悬浮陀螺飞轮方案设计与关键技术分析》所述的磁悬浮陀螺飞轮，采用了一个三自由度洛伦兹力磁轴承控制转子轴向平动和径向两自由度偏转，但其轴向绕组和偏转绕组沿径向安置于同一气隙内，气隙宽度一定下，轴向绕组和偏转绕组的总匝数一定，因此两种绕组匝数较少，导致磁轴承轴向平动悬浮刚度和偏转力矩刚度偏低。为提高三自由度洛伦兹力的轴向平动悬浮刚度和偏转力矩刚度，授权专利201520185424.X提出了一种双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承，将轴向绕组和偏转绕组分别放置于轴向气隙和偏转气隙内，气隙宽度一定下，增加了绕组线圈匝数。但其双定子结构增加了转子径向尺寸，且其磁钢位于磁极端部，气隙边缘漏磁明显，降低了磁密均匀度。此外，磁钢所在圆的半径较大，整环磁钢需采用多块磁钢拼接而成，拼接缝隙会引起磁密周向波动，进一步降低了气隙磁密均匀性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高磁密均匀性的三自由度隐式洛伦兹力磁轴承。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的三自由度隐式洛伦兹力磁轴承，主要由转子系统和定子系统组成，转子系统主要包括：外安装套、外导磁环、外上隔磁环、外中隔磁环、外下隔磁环、外上磁钢、外中上磁钢、外中下磁钢、外下磁钢、外上顺磁环、外中上顺磁环、外中下顺磁环、外下顺磁环、外上磁钢锁母、外下磁钢锁母、外组件锁母、转盘、内安装套、内导磁环、内上隔磁环、内中隔磁环、内下隔磁环、内上磁钢、内中上磁钢、内中下磁钢、内下磁钢、内上顺磁环、内中上顺磁环、内中下顺磁环、内下顺磁环、内上磁钢锁母、内下磁钢锁母和内组件锁母；定子系统主要包括：定子骨架、铝基板、上轴向绕组、下轴向绕组、左偏转绕组、右偏转绕组、前偏转绕组、后偏转绕组和环氧树脂胶；外安装套位于外导磁环、外上隔磁环、外中隔磁环、外下隔磁环、外上磁钢、外中上磁钢、外中下磁钢、外下磁钢、外上顺磁环、外中上顺磁环、外中下顺磁环、外下顺磁环、外上磁钢锁母和外下磁钢锁母的径向外侧，外导磁环位于外安装套的径向内侧中心位置，外上隔磁环、外中隔磁环、外下隔磁环、外上磁钢、外中上磁钢、外中下磁钢和外下磁钢均位于外导磁环的径向内侧，从上至下依次为，外上磁钢、外上隔磁环、外中上磁钢、外中隔磁环、外中下磁钢、外下隔磁环、外下磁钢，外上顺磁环、外中上顺磁环、外中下顺磁环和外下顺磁环分别位于外上磁钢、外中上磁钢、外中下磁钢和外下磁钢的径向内侧，外上磁钢锁母位于外导磁环、外上磁钢和外上顺磁环的轴向上端，外下磁钢锁母位于外导磁环、外下磁钢和外下顺磁环的轴向下端，外导磁环、外上隔磁环、外中隔磁环、外下隔磁环、外上磁钢、外中上磁钢、外中下磁钢、外下磁钢、外上顺磁环、外中上顺磁环、外中下顺磁环和外下顺磁环通过外上磁钢锁母和外下磁钢锁母与外安装套之间的螺纹配合固定安装在外安装套上，外安装套、外导磁环、外上隔磁环、外中隔磁环、外下隔磁环、外上磁钢、外中上磁钢、外中下磁钢、外下磁钢、外上顺磁环、外中上顺磁环、外中下顺磁环、外下顺磁环、外上磁钢锁母、外下磁钢锁母和外组件锁母位于转盘的环形槽外壁径向内侧，外安装套、外导磁环、外上隔磁环、外中隔磁环、外下隔磁环、外上磁钢、外中上磁钢、外中下磁钢、外下磁钢、外上顺磁环、外中上顺磁环、外中下顺磁环、外下顺磁环、外上磁钢锁母和外下磁钢锁母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，内安装套位于内导磁环、内上隔磁环、内中隔磁环、内下隔磁环、内上磁钢、内中上磁钢、内中下磁钢、内下磁钢、内上顺磁环、内中上顺磁环、内中下顺磁环、内下顺磁环、内上磁钢锁母和内下磁钢锁母的径向内侧，内导磁环位于内安装套的径向外侧中心位置，内上隔磁环、内中隔磁环、内下隔磁环、内上磁钢、内中上磁钢、内中下磁钢和内下磁钢均位于内导磁环的径向外侧，从上至下依次为，内上磁钢、内上隔磁环、内中上磁钢、内中隔磁环、内中下磁钢、内下隔磁环、内下磁钢，内上顺磁环、内中上顺磁环、内中下顺磁环和内下顺磁环分别位于内上磁钢、内中上磁钢、内中下磁钢和内下磁钢的径向外侧，内上磁钢锁母位于内导磁环、内上磁钢和内上顺磁环的轴向上端，内下磁钢锁母位于内导磁环、内下磁钢和内下顺磁环的轴向下端，内导磁环、内上隔磁环、内中隔磁环、内下隔磁环、内上磁钢、内中上磁钢、内中下磁钢、内下磁钢、内上顺磁环、内中上顺磁环、内中下顺磁环和内下顺磁环通过内上磁钢锁母和内下磁钢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、内导磁环、内上隔磁环、内中隔磁环、内下隔磁环、内上磁钢、内中上磁钢、内中下磁钢、内下磁钢、内上顺磁环、内中上顺磁环、内中下顺磁环、内下顺磁环、内上磁钢锁母、内下磁钢锁母和内组件锁母位于转盘环形槽内壁径向外侧，内安装套、内导磁环、内上隔磁环、内中隔磁环、内下隔磁环、内上磁钢、内中上磁钢、内中下磁钢、内下磁钢、内上顺磁环、内中上顺磁环、内中下顺磁环、内下顺磁环、内上磁钢锁母和内下磁钢锁母通过内组件锁母和转盘之间的螺纹配合安装在转盘上，定子骨架位于外上隔磁环、外中隔磁环、外下隔磁环、外上顺磁环、外中上顺磁环、外中下顺磁环、外下顺磁环、外上磁钢锁母、外下磁钢锁母和外组件锁母的径向内侧，铝基板位于定子骨架的径向外侧下方，上轴向绕组和下轴向绕组分别缠绕在定子骨架上端径向外侧和下端径向外侧，左偏转绕组、右偏转绕组、前偏转绕组和后偏转绕组分别位于定子骨架左中径向外侧、右中径向外侧、前中径向外侧和后中径向外侧，上轴向绕组、下轴向绕组、左偏转绕组、右偏转绕组、前偏转绕组和后偏转绕组通过环氧树脂胶固定安装在定子骨架上，外上隔磁环、外中隔磁环、外下隔磁环、外上顺磁环、外中上顺磁环、外中下顺磁环、外下顺磁环、外上磁钢锁母、外下磁钢锁母和外组件锁母的径向内壁与内上隔磁环、内中隔磁环、内下隔磁环、内上顺磁环、内中上顺磁环、内中下顺磁环、内下顺磁环、内上磁钢锁母、内下磁钢锁母和内组件锁母的径向外壁之间形成空气气隙。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具有高磁密均匀性的三自由度隐式洛伦兹力磁轴承，采用磁钢内置的隐式方案，提高了气隙磁密均匀性，通过增加轴向磁钢和轴向绕组数量，同时实现了轴向平动和径向两自由度偏转控制。可用于磁悬浮惯性执行机构旋转部件的高精度轴向平动悬浮和径向两自由度偏转悬浮。附图说明图1为本专利技术实施例提供的三自由度隐式洛伦兹力磁轴承的径向X向剖视图；图2为本专利技术实施例提供的三自由度隐式洛伦兹力磁轴承的径向Y向剖视图；图3为本专利技术实施例中的转子系统的剖视图；图4为本专利技术实施例中的定子系统的剖视图；图5a为本专利技术实施例中的定子骨架的剖视图；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为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三自由度隐式洛伦兹力磁轴承，主要由转子系统和定子系统组成，其特征在于：所述转子系统主要包括：外安装套(1)、外导磁环(2)、外上隔磁环(3A)、外中隔磁环(3B)、外下隔磁环(3C)、外上磁钢(4A)、外中上磁钢(4B)、外中下磁钢(4C)、外下磁钢(4D)、外上顺磁环(5A)、外中上顺磁环(5B)、外中下顺磁环(5C)、外下顺磁环(5D)、外上磁钢锁母(6A)、外下磁钢锁母(6B)、外组件锁母(7)、转盘(8)、内安装套(9)、内导磁环(10)、内上隔磁环(11A)、内中隔磁环(11B)、内下隔磁环(11C)、内上磁钢(12A)、内中上磁钢(12B)、内中下磁钢(12C)、内下磁钢(12D)、内上顺磁环(13A)、内中上顺磁环(13B)、内中下顺磁环(13C)、内下顺磁环(13D)、内上磁钢锁母(14A)、内下磁钢锁母(14B)和内组件锁母(15)；所述定子系统主要包括：定子骨架(16)、铝基板(17)、上轴向绕组(18A)、下轴向绕组(18B)、左偏转绕组(19A)、右偏转绕组(19B)、前偏转绕组(19C)、后偏转绕组(19D)和环氧树脂胶(20)；所述外安装套(1)位于外导磁环(2)、外上隔磁环(3A)、外中隔磁环(3B)、外下隔磁环(3C)、外上磁钢(4A)、外中上磁钢(4B)、外中下磁钢(4C)、外下磁钢(4D)、外上顺磁环(5A)、外中上顺磁环(5B)、外中下顺磁环(5C)、外下顺磁环(5D)、外上磁钢锁母(6A)和外下磁钢锁母(6B)的径向外侧，外导磁环(2)位于外安装套(1)的径向内侧中心位置，外上隔磁环(3A)、外中隔磁环(3B)、外下隔磁环(3C)、外上磁钢(4A)、外中上磁钢(4B)、外中下磁钢(4C)和外下磁钢(4D)均位于外导磁环(2)的径向内侧，从上至下依次为，外上磁钢(4A)、外上隔磁环(3A)、外中上磁钢(4B)、外中隔磁环(3B)、外中下磁钢(4C)、外下隔磁环(3C)、外下磁钢(4D)，外上顺磁环(5A)、外中上顺磁环(5B)、外中下顺磁环(5C)和外下顺磁环(5D)分别位于外上磁钢(4A)、外中上磁钢(4B)、外中下磁钢(4C)和外下磁钢(4D)的径向内侧，外上磁钢锁母(6A)位于外导磁环(2)、外上磁钢(4A)和外上顺磁环(5A)的轴向上端，外下磁钢锁母(6B)位于外导磁环(2)、外下磁钢(4D)和外下顺磁环(5D)的轴向下端，外导磁环(2)、外上隔磁环(3A)、外中隔磁环(3B)、外下隔磁环(3C)、外上磁钢(4A)、外中上磁钢(4B)、外中下磁钢(4C)、外下磁钢(4D)、外上顺磁环(5A)、外中上顺磁环(5B)、外中下顺磁环(5C)和外下顺磁环(5D)通过外上磁钢锁母(6A)和外下磁钢锁母(6B)与外安装套(1)之间的螺纹配合固定安装在外安装套(1)上，外安装套(1)、外导磁环(2)、外上隔磁环(3A)、外中隔磁环(3B)、外下隔磁环(3C)、外上磁钢(4A)、外中上磁钢(4B)、外中下磁钢(4C)、外下磁钢(4D)、外上顺磁环(5A)、外中上顺磁环(5B)、外中下顺磁环(5C)、外下顺磁环(5D)、外上磁钢锁母(6A)、外下磁钢锁母(6B)和外组件锁母(7)位于转盘(8)的环形槽外壁径向内侧，外安装套(1)、外导磁环(2)、外上隔磁环(3A)、外中隔磁环(3B)、外下隔磁环(3C)、外上磁钢(4A)、外中上磁钢(4B)、外中下磁钢(4C)、外下磁钢(4D)、外上顺磁环(5A)、外中上顺磁环(5B)、外中下顺磁环(5C)、外下顺磁环(5D)、外上磁钢锁母(6A)和外下磁钢锁母(6B)通过外组件锁母(7)与转盘(8)之间的螺纹配合固定安装在转盘(8)上，内安装套(9)位于内导磁环(10)、内上隔磁环(11A)、内中隔磁环(11B)、内下隔磁环(11C)、内上磁钢(12A)、内中上磁钢(12B)、内中下磁钢(12C)、内下磁钢(12D)、内上顺磁环(13A)、内中上顺磁环(13B)、内中下顺磁环(13C)、内下顺磁环(13D)、内上磁钢锁母(14A)和内下磁钢锁母(14B)的径向内侧，内导磁环(10)位于内安装套(9)的径向外侧中心位置，内上隔磁环(11A)、内中隔磁环(11B)、内下隔磁环(11C)、内上磁钢(12A)、内中上磁钢(12B)、内中下磁钢(12C)和内下磁钢(12D)均位于内导磁环(10)的径向外侧，从上至下依次为，内上磁钢(12A)、内上隔磁环(11A)、内中上磁钢(12B)、内中隔磁环(11B)、内中下磁钢(12C)、内下隔磁环(11C)、内下磁钢(12D)，内上顺磁环(13A)、内中上顺磁环(13B)、内中下顺磁环(13C)和内下顺磁环(13D)分别位于内上磁钢(12A)、内中上磁钢(12B)、内中下磁钢(12C)和内下磁钢(12D)的径向外侧，内上磁钢锁母...

【技术特征摘要】
1.一种三自由度隐式洛伦兹力磁轴承，主要由转子系统和定子系统组成，其特征在于：所述转子系统主要包括：外安装套(1)、外导磁环(2)、外上隔磁环(3A)、外中隔磁环(3B)、外下隔磁环(3C)、外上磁钢(4A)、外中上磁钢(4B)、外中下磁钢(4C)、外下磁钢(4D)、外上顺磁环(5A)、外中上顺磁环(5B)、外中下顺磁环(5C)、外下顺磁环(5D)、外上磁钢锁母(6A)、外下磁钢锁母(6B)、外组件锁母(7)、转盘(8)、内安装套(9)、内导磁环(10)、内上隔磁环(11A)、内中隔磁环(11B)、内下隔磁环(11C)、内上磁钢(12A)、内中上磁钢(12B)、内中下磁钢(12C)、内下磁钢(12D)、内上顺磁环(13A)、内中上顺磁环(13B)、内中下顺磁环(13C)、内下顺磁环(13D)、内上磁钢锁母(14A)、内下磁钢锁母(14B)和内组件锁母(15)；所述定子系统主要包括：定子骨架(16)、铝基板(17)、上轴向绕组(18A)、下轴向绕组(18B)、左偏转绕组(19A)、右偏转绕组(19B)、前偏转绕组(19C)、后偏转绕组(19D)和环氧树脂胶(20)；所述外安装套(1)位于外导磁环(2)、外上隔磁环(3A)、外中隔磁环(3B)、外下隔磁环(3C)、外上磁钢(4A)、外中上磁钢(4B)、外中下磁钢(4C)、外下磁钢(4D)、外上顺磁环(5A)、外中上顺磁环(5B)、外中下顺磁环(5C)、外下顺磁环(5D)、外上磁钢锁母(6A)和外下磁钢锁母(6B)的径向外侧，外导磁环(2)位于外安装套(1)的径向内侧中心位置，外上隔磁环(3A)、外中隔磁环(3B)、外下隔磁环(3C)、外上磁钢(4A)、外中上磁钢(4B)、外中下磁钢(4C)和外下磁钢(4D)均位于外导磁环(2)的径向内侧，从上至下依次为，外上磁钢(4A)、外上隔磁环(3A)、外中上磁钢(4B)、外中隔磁环(3B)、外中下磁钢(4C)、外下隔磁环(3C)、外下磁钢(4D)，外上顺磁环(5A)、外中上顺磁环(5B)、外中下顺磁环(5C)和外下顺磁环(5D)分别位于外上磁钢(4A)、外中上磁钢(4B)、外中下磁钢(4C)和外下磁钢(4D)的径向内侧，外上磁钢锁母(6A)位于外导磁环(2)、外上磁钢(4A)和外上顺磁环(5A)的轴向上端，外下磁钢锁母(6B)位于外导磁环(2)、外下磁钢(4D)和外下顺磁环(5D)的轴向下端，外导磁环(2)、外上隔磁环(3A)、外中隔磁环(3B)、外下隔磁环(3C)、外上磁钢(4A)、外中上磁钢(4B)、外中下磁钢(4C)、外下磁钢(4D)、外上顺磁环(5A)、外中上顺磁环(5B)、外中下顺磁环(5C)和外下顺磁环(5D)通过外上磁钢锁母(6A)和外下磁钢锁母(6B)与外安装套(1)之间的螺纹配合固定安装在外安装套(1)上，外安装套(1)、外导磁环(2)、外上隔磁环(3A)、外中隔磁环(3B)、外下隔磁环(3C)、外上磁钢(4A)、外中上磁钢(4B)、外中下磁钢(4C)、外下磁钢(4D)、外上顺磁环(5A)、外中上顺磁环(5B)、外中下顺磁环(5C)、外下顺磁环(5D)、外上磁钢锁母(6A)、外下磁钢锁母(6B)和外组件锁母(7)位于转盘(8)的环形槽外壁径向内侧，外安装套(1)、外导磁环(2)、外上隔磁环(3A)、外中隔磁环(3B)、外下隔磁环(3C)、外上磁钢(4A)、外中上磁钢(4B)、外中下磁钢(4C)、外下磁钢(4D)、外上顺磁环(5A)、外中上顺磁环(5B)、外中下顺磁环(5C)、外下顺磁环(5D)、外上磁钢锁母(6A)和外下磁钢锁母(6B)通过外组件锁母(7)与转盘(8)之间的螺纹配合固定安装在转盘(8)上，内安装套(9)位于内导磁环(10)、内上隔磁环(11A)、内中隔磁环(11B)、内下隔磁环(11C)、内上磁钢(12A)、内中上磁钢(12B)、内中下磁钢(12C)、内下磁钢(12D)、内上顺磁环(13A)、内中上顺磁环(13B)、内中下顺磁环(13C)、内下顺磁环(13D)、内上磁钢锁母(14A)和内下磁钢锁母(14B)的径向内侧，内导磁环(10)位于内安装套(9)的径向外侧中心位置，内上隔磁环(11A)、内中隔磁环(11B)、内下隔磁环(11C)、内上磁钢(12A)、内中上磁钢(12B)、内中下磁钢(12C)和内下磁钢(12D)均位于内导磁环(10)的径向外侧，从上至下依次为，内上磁钢(12A)、内上隔磁环(11A)、内中上磁钢(12B)、内中隔磁环(11B)、内中下磁钢(12C)、内下隔磁环(11C)、内下磁钢(12D)，内上顺磁环(13A)、内中上顺磁环(13B)、内中下顺磁环(13C)和内下顺磁环(13D)分别位于内上磁钢(12A)、内中上磁钢(12B)、内中下磁钢(12C)和内下磁钢(12D)的径向外侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，赵勇，马丽梅，丁杰，刘践丰，吴波，胡灯亮，王伟，
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