一种磁悬浮稳定平台用多线圈轴向磁轴承制造技术

一种磁悬浮稳定平台用多线圈轴向磁轴承，由“山”字型定子和“U”字型转子组成，其中“山”字型定子由三个定子磁极构成，其中中间定子磁极缠绕有定子偏置线圈和定子控制线圈；“U”字型转子由三个转子磁极构成，其中第一转子磁极缠绕有第一转子控制线圈，第三转子磁极缠绕有第二转子控制线圈；中间转子磁极的中心线与中间定子磁极的中心线重合，圆周方向上共放置有八组“山”字型定子和“U”字型转子，其中四组“山”字型定子和“U”字型转子放置于推力盘的上方，并沿+X、‑X、+Y、‑Y方向放置；另外四组“山”字型定子和“U”字型转子对应放置于推力盘的下方，本发明专利技术所述结构可以大幅降低现有结构磁轴承的体积和重量。

【技术实现步骤摘要】
一种磁悬浮稳定平台用多线圈轴向磁轴承
本专利技术涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种大承载力分体有限转角多线圈轴向磁轴承，可作为卫星平台、机载惯性稳定平台等具有有限转角的无接触支撑，特别适用于磁悬浮惯性稳定平台的非接触支承。
技术介绍
常用磁悬浮轴承分电磁偏置式和永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，前者采用偏置电流产生偏置磁场，具有刚度阻尼可调等优点；后者利用永磁体替代电流产生偏置磁场，永磁体产生的磁场承担主要的承载力，电磁磁场提供辅助的调节承载力，具有低功耗等优点。按照承载力的方向分类，磁轴承分为径向磁轴承和轴向磁轴承。对于现有的轴向磁轴承，专利技术专利200510011272.2公开了一种低功耗永磁偏置轴向磁轴承结构，利用第二气隙使得电磁磁路与永磁磁路解耦，专利技术专利201510585671.3公开了一种非对称永磁偏置轴向磁轴承，采用双U型定子铁心，利用正Z向和负Z向采用不同磁动势的非对称环形永磁体产生轴向两个方向不同的静态承载力，但是这两种结构所述的轴向磁轴承均为单自由度磁轴承，即仅仅可产生轴向方向的承载力；而专利技术专利200710098748.X公开了一种永磁偏置轴向磁轴承，专利技术专利200710098749.4公开了一种磁悬浮飞轮用轴向磁轴承，这两类磁轴承将轴向磁轴承在圆周上沿X和Y方向上分为四组磁极，通过控制每组磁极上线圈的电流方向，可实现转子的轴向平动自由度控制和两个径向偏转自由度控制。但是，当应用于承载500kg相机载荷的惯性平台这种大直径大尺寸大承载力的场合时，存在平台直径大导致轴承尺寸大幅增加，重量显著增大的问题。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，针对惯性稳定平台这类有限小转角的机构而言，提供一种分体式、可进行轴向平动和径向扭动控制的多线圈轴向磁轴承。本专利技术的技术解决方案为：一种磁悬浮稳定平台用多线圈轴向磁轴承，由“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)组成，其中“山”字型定子由外侧定子磁极、中间定子磁极和内侧定子磁极构成，其中中间定子磁极缠绕有定子偏置线圈(31)和定子控制线圈(32)，定子偏置线圈(31)的径向方向高度与“山”字型定子(1)的外侧定子磁极以及内侧定子磁极在径向方向上的高度相等；“U”字型转子由第一转子磁极和第二转子磁极构成，其中第一转子磁极缠绕有第一转子控制线圈(4)，第二转子磁极缠绕有第二转子控制线圈(5)，“U”字型转子(2)的中心线与中间定子磁极的中心线重合，圆周方向上共放置有八组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)，其中四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)放置于推力盘的上方，另外四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)放置于推力盘的下方，推力盘上方和下方的四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)沿+X、-X、+Y、-Y方向放置；四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)之间形成轴向磁气隙(6)。定子偏置线圈(31)通入偏置电流在轴向磁气隙(6)中形成偏置磁场，定子控制线圈(32)通入控制电流实现推力盘的沿Z方向的平动控制，第一转子控制线圈(4)和第二转子控制线圈(5)通入控制电流实现推力盘沿X和Y方向的偏转控制。所述推力盘上方由八组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)组成，沿圆周方向均布，其中四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)沿+X、-X、+Y、-Y方向放置；推力盘下方由八组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)组成，与推力盘上方的八组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)对应放置，且推力盘上方的“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)之间形成轴向磁气隙(6)与推力盘下方的“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)之间形成轴向磁气隙(6)不相等。所述推力盘上方还可由八组“山”字型定子和“U”字型转子组成，沿圆周方向均布，其中四组“山”字型定子和“U”字型转子沿+X、-X、+Y、-Y方向放置；推力盘下方由四组“山”字型定子和“U”字型转子组成，与推力盘上方的四组沿+X、-X、+Y、-Y方向放置的“山”字型定子和“U”字型转子对应放置。所述的“山”字型定子和“U”字型转子的材料为1J50、1J22或电工纯铁。所述的推力盘的材料为铝合金或钛合金等非导磁材料。上述方案的原理是：本专利技术通过“山”字型定子偏置线圈通入电流形成“山”字型定子和“U”字型转子之间的偏置磁场，通过“山”字型定子控制线圈中的电流控制实现推力盘的轴向平动控制；通过“U”字型转子的第一转子控制线圈和第二转子控制线圈的电流控制实现推力盘沿径向X方向和Y方向的偏转控制。本专利技术“山”字型定子偏置线圈和控制线圈通电后的电磁磁路为：“山”字型定子的中间定子磁极、气隙、“U”字型转子的中间部分、“U”字型转子的两侧的磁极(即第一转子磁极和第二转子磁极)、气隙、“山”字型定子的两侧磁极(即外侧定子磁极和内侧定子磁极)，回到“山”字型定子的中间定子磁极，如图3所示。本专利技术“U”字型转子第一转子控制线圈通电后的电磁磁路分为两部分，第一部分磁路为：“U”字型转子第一转子磁极、气隙、“山”字型定子与之对应的磁极(即内侧定子磁极)、“山”字型定子中间定子磁极、气隙、“U”字型转子；第二部分磁路为：“U”字型转子第一转子磁极、气隙、“山”字型定子与之对应的磁极(即内侧定子磁极)、“山”字型定子的外侧定子磁极、气隙、“U”字型转子的第二转子磁极，两部分磁路如图4所示。同理，本专利技术“U”字型转子第二转子控制线圈通电后的电磁磁路分为两部分，第一部分磁路为：“U”字型转子第二转子磁极、气隙、“山”字型定子与之对应的磁极(即外侧定子磁极)、“山”字型定子中间定子磁极、气隙、“U”字型转子；第二部分磁路为：“U”字型转子第二转子磁极、气隙、“山”字型定子与之对应的磁极(即外侧定子磁极)、“山”字型定子的内侧定子磁极、气隙、“U”字型转子的第一转子磁极。需要说明的是，当第一转子控制线圈与第二转子控制线圈匝数相同，且“山”字型定子内侧定子磁极和“U”字型转子的第一转子磁极之间的轴向间隙与“山”字型定子外侧定子磁极和“U”字型转子的第二转子磁极之间的轴向间隙相等时，则第一转子控制线圈通电在第二转子磁极处产生的磁通与第二转子控制线圈通入大小相等方向相同的电流在第一转子磁极处产生的磁通大小相等方向相反，故两者相互抵消，因此，当“U”字型转子第一转子控制线圈以及第二转子控制线圈同时通入大小相等方向相同的电流时，其磁路与图3是一样的，则当“山”字型定子控制线圈和“U”字型转子第一转子控制线圈以及第二转子控制线圈同时通电(电流大小相等方向相同)后，合成的磁路如图5所示，其中实线表示的是“山”字型定子控制线圈通电时的磁路图，虚线表示的是“U”字型转子第一转子控制线圈以及第二转子控制线圈同时通电(电流大小相等方向相同)后的磁路图；图5给出的是第一转子控制线圈和第二转子控制线圈通电产生磁通与定子控制线圈通电产生磁通相叠加时的情形，反之亦然。在应用本专利技术所述轴向磁轴承时，通常在圆周方向上共放置有八组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)，其中四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)放置于推力盘的上方，另外四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)放置于推力盘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁悬浮稳定平台用多线圈轴向磁轴承，其特征在于：由“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)组成，其中“山”字型定子由外侧定子磁极、中间定子磁极和内侧定子磁极构成，其中中间定子磁极缠绕有定子偏置线圈(31)和定子控制线圈(32)，定子偏置线圈(31)的径向方向高度与“山”字型定子(1)的外侧定子磁极以及内侧定子磁极在径向方向上的高度相等；“U”字型转子由第一转子磁极和第二转子磁极构成，其中第一转子磁极缠绕有第一转子控制线圈(4)，第二转子磁极缠绕有第二转子控制线圈(5)，“U”字型转子(2)的中心线与中间定子磁极的中心线重合，圆周方向上共放置有八组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)，其中四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)放置于推力盘的上方，另外四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)放置于推力盘的下方，推力盘上方和下方的四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)沿+X、‑X、+Y、‑Y方向放置；四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)之间形成轴向磁气隙(6)；定子偏置线圈(31)通入偏置电流在轴向磁气隙(6)中形成偏置磁场，定子控制线圈(32)通入控制电流实现推力盘的沿Z方向的平动控制，第一转子控制线圈(4)和第二转子控制线圈(5)通入控制电流实现推力盘沿X和Y方向的偏转控制。...

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮稳定平台用多线圈轴向磁轴承，其特征在于：由“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)组成，其中“山”字型定子由外侧定子磁极、中间定子磁极和内侧定子磁极构成，其中中间定子磁极缠绕有定子偏置线圈(31)和定子控制线圈(32)，定子偏置线圈(31)的径向方向高度与“山”字型定子(1)的外侧定子磁极以及内侧定子磁极在径向方向上的高度相等；“U”字型转子由第一转子磁极和第二转子磁极构成，其中第一转子磁极缠绕有第一转子控制线圈(4)，第二转子磁极缠绕有第二转子控制线圈(5)，“U”字型转子(2)的中心线与中间定子磁极的中心线重合，圆周方向上共放置有八组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)，其中四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)放置于推力盘的上方，另外四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)放置于推力盘的下方，推力盘上方和下方的四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)沿+X、-X、+Y、-Y方向放置；四组“山”字型定子(1)和“U”字型转子(2)之间形成轴向磁气隙(6)；定子偏置线圈(31)通入偏置电流在轴向磁气隙(6)中形成偏置磁场，定子控制线圈(32)通入控制电流实现推力盘的沿Z方向的平动控制，第一转子控制线圈(4)和第二转子控制线圈(5)通入控制电流实现推力盘沿X和Y方向的偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙津济，魏婉婷，汤继强，乐韵，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11