本发明专利技术公开了一种双永磁体外转子永磁偏置球面径向磁轴承，包括定子系统和转子系统两部分，定子系统主要包括：定子上球面铁心、定子下球面铁心、激磁线圈、定子隔磁环、定子上导磁环、定子下导磁环、定子永磁体、定子套筒和定子锁环；转子系统主要包括：转子上球面铁心、转子下球面铁心、转子隔磁环、转子上导磁环、转子下导磁环、转子永磁体、转子套筒和转子锁环；克服了因各磁极处电磁力不相等时，而产生的径向扭动干扰力矩，提高了磁悬浮万向动量轮陀螺力矩的精度，降低了径向磁轴承产生的剩磁矩。
【技术实现步骤摘要】
一种双永磁体外转子永磁偏置球面径向磁轴承
本专利技术涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种双永磁体外转子永磁偏置球面径向磁轴承。
技术介绍
磁悬浮轴承分为纯电磁磁轴承和永磁偏置混合磁轴承，前者利用偏置电流提供偏置磁场，其电流较大、功耗大，后者利用永磁体产生的永磁磁场提供偏置磁场，替代纯电磁磁轴承中偏置电流产生的偏置磁场，可大大减小磁轴承控制电流，降低功率放大器功耗，缩小磁轴承体积，提高轴承承载力。所以永磁偏置磁轴承在磁悬浮鼓风机、磁悬浮油气储运压缩机、磁悬浮电机、磁悬浮储能飞轮、磁悬浮动量轮、磁悬浮控制力矩陀螺等高速运动场合得到广泛应用。 磁悬浮飞轮消除了机械轴承的摩擦磨损，无需润滑，具有高力矩精度、微振动和主动振动抑制的功能等优点，是高精度对地观测卫星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于反作用飞轮，又能工作在偏置状态用于偏置动量轮，进一步提高转速还可用于姿控储能两用飞轮。上述三大类磁悬浮飞轮输出力矩精度高，但力矩较小，不能满足卫星姿态机动的需求。磁悬浮万向动量轮通过控制飞轮转子赤道内径向两自由度扭动磁轴承偏转力矩，改变飞轮转子旋转轴方向，能够瞬间输出瞬间大陀螺力矩，从而实现卫星姿态的敏捷机动。陀螺力矩精度和剩磁矩是空间用磁悬浮万向飞轮的重要指标。提高陀螺力矩精度，可实现敏捷机动卫星在实现大角度机动的同时，提高卫星对地观测的分辨率。对于低轨道卫星，地磁产生的磁场会与整星剩磁矩相互作用产生干扰力矩，影响姿态控制力矩精度。此外，磁悬浮万向动量轮自身剩磁矩可能会对星上磁强计的测量精度产生影响。因此，敏捷机动卫星在设计过程中，对磁悬浮万向动量轮的力矩精度和剩磁矩大小有严格要求。 经分析表明，提高磁悬浮万向动量轮输出的陀螺力矩精度的前提是，飞轮转子平动运动时，其平动电磁力不会影响径向偏转力矩，要求三个平动方向的电磁力与径向两个方向的偏转电磁力矩完全解耦。 现有技术中，专利ZL200510011270.3所述的外转子永磁偏置径向磁轴承，利用放置于两导磁环间的永磁体产生偏置磁场，替代纯电磁磁轴承偏置电流产生的偏置磁场，降低了系统功耗，减小了磁轴承体积和重量。但其使用了一个永磁体圆环，为非对称永磁体结构，会产生较大的剩磁矩，从而影响整星的剩磁矩；专利ZL201010531919.5所述的双永磁体外转子永磁偏置径向磁轴承，在磁轴承定子和转子对称放置一永磁体，为对称永磁体结构，大大减小径向磁轴承产生的剩磁矩。 上述现有技术至少存在以下缺点: 专利ZL200510011270.3和专利ZL201010531919.5所述外转子径向磁轴承磁极面为圆柱面，转子所受电磁吸力始终垂直磁极表面。当飞轮转子惯性轴与磁轴承定子几何轴发生偏转时，磁轴承8个磁极面内的电磁吸力大小不相等，且都不指向飞轮转子质心，从而会对飞轮转子产生径向扭动干扰力矩，降低磁悬浮万向动量轮的陀螺力矩精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种精度高的双永磁体外转子永磁偏置球面径向磁轴承。 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外转子永磁偏置球面径向磁轴承，包括定子系统和转子系统两部分，定子系统主要包括:定子上球面铁心、定子下球面铁心、激磁线圈、定子隔磁环、定子上导磁环、定子下导磁环、定子永磁体、定子套筒和定子锁环；转子系统主要包括:转子上球面铁心、转子下球面铁心、转子隔磁环、转子上导磁环、转子下导磁环、转子永磁体、转子套筒和转子锁环；定子上球面铁心组成4个磁极，定子下球面铁心组成4个磁极，定子上球面铁心和定子下球面铁心组成磁轴承上下两端8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的球面磁极，每个定子磁极绕制有激磁线圈，定子隔磁环位于定子上球面铁心和定子下球面铁心之间，定子上导磁环位于定子上球面铁心径向内侧，定子下导磁环位于定子下球面铁心径向内侧，定子永磁体位于定子上导磁环和定子下导磁环之间，定子上球面铁心、定子下球面铁心、定子隔磁环、定子上导磁环、定子下导磁环和定子永磁体位于定子套筒径向外侧，并通过定子锁环固定安装在定子套筒上，转子上球面铁心位于定子上球面铁心径向外侧，转子上球面铁心内球面与定子上球面铁心外球面留有一定的间隙，形成空气气隙，转子下球面铁心位于定子下球面铁心径向外侧，转子下球面铁心内球面与定子下球面铁心外球面留有一定的间隙，形成空气气隙，转子隔磁环位于转子上球面铁心和转子下球面铁心之间，转子上导磁环位于转子上球面铁心径向外侧，转子下导磁环位于转子下球面铁心径向外侧，转子永磁体位于转子上导磁环和转子下导磁环之间，转子上球面铁心、转子下球面铁心、转子隔磁环、转子上导磁环、转子下导磁环和转子永磁体位于转子套筒径向内侧，并通过转子锁环固定安装在转子套筒上。 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外转子永磁偏置球面径向磁轴承，由于将现有磁轴承磁极面换成球面，使磁轴承转子在各磁极处所受的电磁力始终经过球面转子铁心球面磁极的球心，克服了因各磁极处电磁力不相等时，而产生的径向扭动干扰力矩，提高了磁悬浮万向动量轮陀螺力矩的精度。同时采用双永磁体结构，在磁轴承定子和转子都放置体积相等，充磁方向相反的永磁体，没有增加磁轴承体积，降低了径向磁轴承产生的剩磁矩。 【附图说明】 图1为本专利技术实施例提供的双永磁体外转子永磁偏置球面径向磁轴承的轴向截面结构示意图； 图2为本专利技术实施例提供的双永磁体外转子永磁偏置球面径向磁轴承的轴向端面结构示意图； 图3a为本专利技术实施例中定子上球面铁心和定子下球面铁心剖视结构示意图； 图3b为本专利技术实施例中定子上球面铁心和定子下球面铁心三维结构示意图； 图4a为本专利技术实施例中转子上球面铁心和转子下球面铁心剖视结构示意图； 图4b为本专利技术实施例中转子上球面铁心和转子下球面铁心三维结构示意图。 【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外转子永磁偏置球面径向磁轴承，其较佳的【具体实施方式】是: 包括定子系统和转子系统两部分，定子系统主要包括:定子上球面铁心、定子下球面铁心、激磁线圈、定子隔磁环、定子上导磁环、定子下导磁环、定子永磁体、定子套筒和定子锁环；转子系统主要包括:转子上球面铁心、转子下球面铁心、转子隔磁环、转子上导磁环、转子下导磁环、转子永磁体、转子套筒和转子锁环；定子上球面铁心组成4个磁极，定子下球面铁心组成4个磁极，定子上球面铁心和定子下球面铁心组成磁轴承上下两端8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的球面磁极，每个定子磁极绕制有激磁线圈，定子隔磁环位于定子上球面铁心和定子下球面铁心之间，定子上导磁环位于定子上球面铁心径向内侧，定子下导磁环位于定子下球面铁心径向内侧，定子永磁体位于定子上导磁环和定子下导磁环之间，定子上球面铁心、定子下球面铁心、定子隔磁环、定子上导磁环、定子下导磁环和定子永磁体位于定子套筒径向外侧，并通过定子锁环固定安装在定子套筒上，转子上球面铁心位于定子上球面铁心径向外侧，转子上球面铁心内球面与定子上球面铁心外球面留有一定的间隙，形成空气气隙，转子下球面铁心位于定子下球面铁心径向外侧，转子下球面铁心内球面与定子下球面铁心外球面留有一定的间隙，形本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双永磁体外转子永磁偏置球面径向磁轴承，包括定子系统和转子系统两部分，其特征在于：所述定子系统主要包括：定子上球面铁心(1)、定子下球面铁心(2)、激磁线圈(3)、定子隔磁环(4)、定子上导磁环(5)、定子下导磁环(6)、定子永磁体(7)、定子套筒(8)和定子锁环(9)；所述转子系统主要包括：转子上球面铁心(10)、转子下球面铁心(11)、转子隔磁环(12)、转子上导磁环(13)、转子下导磁环(14)、转子永磁体(15)、转子套筒(16)和转子锁环(17)；所述定子上球面铁心(1)组成4个磁极，所述定子下球面铁心(2)组成4个磁极，共组成磁轴承上下两端8个定子磁极，分别组成X、Y轴正负方向的定子磁极，每个定子磁极绕制有所述激磁线圈(3)，所述定子隔磁环(4)位于所述定子上球面铁心(1)和所述定子下球面铁心(2)之间，所述定子上导磁环(5)位于所述定子上球面铁心(1)径向内侧，所述定子下导磁环(6)位于所述定子下球面铁心(2)径向内侧，所述定子永磁体(7)位于所述定子上导磁环(5)和所述定子下导磁环(6)之间，所述定子上球面铁心(1)、所述定子下球面铁心(2)、所述定子隔磁环(4)、所述定子上导磁环(5)、所述定子下导磁环(6)和所述定子永磁体(7)位于所述定子套筒(8)径向外侧，并通过所述定子锁环(9)固定安装在所述定子套筒(8)上；所述转子上球面铁心(10)位于所述定子上球面铁心(1)径向外侧，所述转子上球面铁心(10)内球面与所述定子上球面铁心(1)外球面留有间隙，形成空气气隙(18)，所述转子下球面铁心(11)位于所述定子下球面铁心(2)径向外侧，所述转子下球面铁心(11)内球面与所述定子下球面铁心(2)外球面留有间隙，形成空气气隙(18)；所述转子隔磁环(12)位于所述转子上球面铁心(10)和所述转子下球面铁心(11)之间，所述转子上导磁环(13)位于所述转子上球面铁心(10)径向外侧，所述转子下导磁环(14)位于所述转子下球面铁心(11)径向外侧，所述转子永磁体(15)位于所述转子上导磁环(13)和所述转子下导磁环(14)之间，所述转子上球面铁心(10)、所述转子下球面铁心(11)、所述转子隔磁环(12)、所述转子上导磁环(13)、所述转子下导磁环(14)和所述转子永磁体(15)位于所述转子套筒(16)径向内侧，并通过所述转子锁环(17)固定安装在所述转子套筒(16)上。...
【技术特征摘要】
1.一种双永磁体外转子永磁偏置球面径向磁轴承，包括定子系统和转子系统两部分，其特征在于: 所述定子系统主要包括:定子上球面铁心(I)、定子下球面铁心(2)、激磁线圈(3)、定子隔磁环(4)、定子上导磁环(5)、定子下导磁环￠)、定子永磁体(7)、定子套筒(8)和定子锁环(9)； 所述转子系统主要包括:转子上球面铁心(10)、转子下球面铁心(11)、转子隔磁环(12)、转子上导磁环(13)、转子下导磁环(14)、转子永磁体(15)、转子套筒(16)和转子锁环(17)； 所述定子上球面铁心(I)组成4个磁极，所述定子下球面铁心(2)组成4个磁极，共组成磁轴承上下两端8个定子磁极，分别组成X、Y轴正负方向的定子磁极，每个定子磁极绕制有所述激磁线圈(3)，所述定子隔磁环(4)位于所述定子上球面铁心(I)和所述定子下球面铁心(2)之间，所述定子上导磁环(5)位于所述定子上球面铁心(I)径向内侧，所述定子下导磁环(6)位于所述定子下球面铁心(2)径向内侧，所述定子永磁体(7)位于所述定子上导磁环(5)和所述定子下导磁环(6)之间，所述定子上球面铁心(I)、所述定子下球面铁心(2)、所述定子隔磁环(4)、所述定子上导磁环(5)、所述定子下导磁环(6)和所述定子永磁体(7)位于所述定子套筒(8)径向外侧，并通过所述定子锁环(9)固定安装在所述定子套筒⑶上； 所述转子上球面铁心(10)位于所述定子上球面铁心(I)径向外侧，所述转子上球面铁心(10)内球面与所述定子上球面铁心(I)外球面留有间隙，形成空气气隙(18)，所述转子下球面铁心(11)位于所述定子下球面铁心(2)径向外侧，所述转子下球面铁心(11)内球面与所述定子下球面铁心(2)外球面留有间隙，形成空气气隙(18)； 所述转子隔磁环(12)位于所述转子上球面铁心(10)和所述转子下球面铁心(11)之间，所述转子上导磁环(13)...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，任元，王卫杰，蔡远文，樊亚洪，缪存孝，叶郭波，邵琼玲，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，中国人民解放军装备学院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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