双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承制造技术

本发明专利技术公开了一种双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承，由转子系统和定子系统两部分组成，转子系统主要包括：导磁环、轴向隔磁环、轴向磁钢、轴向锁母、偏转隔磁环、偏转磁钢和偏转锁母；定子系统主要包括：偏转定子骨架、偏转绕组、轴向定子骨架、轴向绕组和环氧树脂胶；本发明专利技术能够实现轴向平动和径向两自由度偏转控制，且平动控制与径向偏转控制间完全解耦，提高了磁轴承的控制性能和控制精度。同时，由于气隙内的磁通和磁密为恒值，其输出力和力矩与控制电流具有较好线性度，进一步提高了磁轴承的控制精度。

【技术实现步骤摘要】
双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承
本专利技术涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种双定子三自由度洛伦兹力磁轴承。
技术介绍
飞轮通过控制转子转速改变角动量大小输出力矩来精确控制航天器姿态。随着空间技术的发展，机械飞轮渐显不足。磁悬浮飞轮采用磁悬浮非接触支承技术，消除了机械轴承引起的摩擦磨损，降低了振动，具有长寿命、高精度、微振动等优点，是航天器姿态控制的理想惯性执行机构。磁轴承是磁悬浮飞轮系统的核心部件之一，其性能决定了飞轮的最高转速、飞轮振动幅值、承载力等，从而影响飞轮输出力矩精度和带宽，是磁悬浮飞轮设计过程中的首要研究对象。通常磁轴承可以分为磁阻式磁轴承和洛伦兹力磁轴承。前者通过控制磁轴承定、转子间的气隙磁阻大小，改变电磁力大小和方向，实现转子的无接触悬浮；后者通过放置于恒定磁场中的定子线圈电流的大小和方向，改变电磁力大小和方向，实现转子悬浮。通常磁通与磁阻和电流都成线性关系，电磁力与磁通成平方关系，从而电磁力与磁阻和电流都成平方关系，所以经线性化后的电磁力与磁阻和电流的线性范围较窄，因而磁阻式磁轴承的电磁力精度较低。洛伦兹力磁轴承的磁密大小和方向均不变，线圈有效长度为定值，导电线圈产生的电磁力(安培力)只与电流有关，且成线性关系，其线性范围较宽，因而洛伦兹力磁轴承具有很高的控制精度。授权专利201110253688.0所述的一种大力矩磁悬浮飞轮采用了一种两自由度洛伦兹力磁轴承，通过控制沿圆周均布放置的四个方形线圈电流的大小和方向，实现了径向两个扭动自由度的悬浮控制，控制自由度较少，仅为两个。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，在授权专利201110253688.0所述的洛伦兹力磁轴承方案的基础上，增加了两个轴向磁轴承线圈，用于控制飞轮转子的平动。四个方形线圈和两个环形线圈均位于同一气隙内，导致了气隙宽度的增加，从而引起气隙磁阻的增加。在相同磁动势的条件下，气隙内的磁密和磁通均大幅下降，从而减小了磁轴承的悬浮支承刚度和电流刚度，降低了承载力，增加了整机的悬浮功耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高刚度、大承载力、低功耗、高线性度的双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承，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：导磁环、上轴向隔磁环、下轴向隔磁环、上轴向磁钢、下轴向磁钢、轴向锁母、上偏转隔磁环、下偏转隔磁环、上偏转磁钢、下偏转磁钢和偏转锁母；定子系统主要包括：偏转定子骨架、左偏转绕组、右偏转绕组、前偏转绕组、后偏转绕组、偏转定子环氧树脂胶、轴向定子骨架、上轴向绕组、下轴向绕组和轴向定子环氧树脂胶；偏转定子骨架、左偏转绕组、右偏转绕组、前偏转绕组、后偏转绕组和偏转定子环氧树脂胶组成偏转定子；轴向定子骨架、上轴向绕组、下轴向绕组和轴向定子环氧树脂胶组成轴向定子；导磁环上有两个环形槽，上轴向隔磁环、下轴向隔磁环、上轴向磁钢、下轴向磁钢和轴向锁母位于导磁环外环形槽的外圆柱面内，上偏转隔磁环、下偏转隔磁环、上偏转磁钢、下偏转磁钢和偏转锁母位于导磁环内环形槽的外圆柱面内，上轴向隔磁环位于上轴向磁钢上端，上轴向磁钢位于上轴向隔磁环下端和下轴向隔磁环上端，下轴向隔磁环位于上轴向磁钢下端和下轴向磁钢上端，下轴向磁钢位于下轴向隔磁环下端和轴向锁母上端，上轴向隔磁环、下轴向隔磁环、上轴向磁钢和下轴向磁钢通过导磁环和轴向锁母的螺纹配合安装在导磁环外环形槽上，上偏转隔磁环位于上偏转磁钢上端，上偏转磁钢位于上偏转隔磁环下端和下偏转隔磁环上端，下偏转隔磁环位于上偏转磁钢下端和下偏转磁钢上端，下偏转磁钢位于下偏转隔磁环下端和偏转锁母上端，上偏转隔磁环、下偏转隔磁环、上偏转磁钢和下偏转磁钢通过导磁环和偏转锁母的螺纹配合安装在导磁环内环形槽上，偏转定子骨架位于上偏转隔磁环、下偏转隔磁环、上偏转磁钢、下偏转磁钢和偏转锁母的径向内侧，左偏转绕组位于偏转定子骨架左端径向外侧，右偏转绕组位于偏转定子骨架右端径向外侧，前偏转绕组位于偏转定子骨架前端径向外侧，后偏转绕组位于偏转定子骨架后端径向外侧，左偏转绕组、右偏转绕组、前偏转绕组和后偏转绕组通过偏转定子环氧树脂胶固化安装在偏转定子骨架上，轴向定子骨架位于偏转定子骨架的径向外侧，并通过其下端螺纹连接固定安装在偏转定子骨架上，轴向定子骨架位于上轴向隔磁环、下轴向隔磁环、上轴向磁钢、下轴向磁钢和轴向锁母的径向内侧，上轴向绕组位于轴向定子骨架上端环形槽内，并通过轴向定子环氧树脂胶固化安装在轴向定子骨架上端环形槽内，下轴向绕组位于轴向定子骨架下端环形槽内，并通过轴向定子环氧树脂胶固化安装在轴向定子骨架下端环形槽内，上轴向隔磁环、下轴向隔磁环、上轴向磁钢、下轴向磁钢和轴向锁母与导磁环间留有一定的间隙，形成轴向空气气隙，上偏转隔磁环、下偏转隔磁环、上偏转磁钢、下偏转磁钢和偏转锁母与导磁环间留有一定的间隙，形成偏转空气气隙。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双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承，由于采用了双定子结构，将轴向绕组和偏转绕组分别放置在轴向空气气隙和偏转空气气隙内，减小了气隙的大小，增强了气隙内的磁密和磁通，降低了悬浮功耗，同时实现了磁轴承轴向平动控制和径向两自由度偏转控制的完全解耦，提高了磁轴承控制精度。可作为空间用磁悬浮动量轮等旋转部件的无接触支承。附图说明图1为本专利技术实施例中双定子三自由度解耦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中双定子三自由度解耦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转子系统的剖视结构示意图；图4为本专利技术实施例中定子系统的剖视结构示意图；图5为本专利技术实施例中偏转定子的剖视结构示意图；图6a为本专利技术实施例中偏转定子骨架的剖视结构示意图；图6b为本专利技术实施例中偏转定子骨架的三维结构示意图；图7为本专利技术实施例中轴向定子的剖视结构示意图；图8a为本专利技术实施例中轴向定子骨架的剖视结构示意图；图8b为本专利技术实施例中轴向定子骨架的三维结构示意图。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。本专利技术的双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承，其较佳的具体实施方式是如图1、2所示：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：导磁环1、上轴向隔磁环2A、下轴向隔磁环2B、上轴向磁钢3A、下轴向磁钢3B、轴向锁母4、上偏转隔磁环5A、下偏转隔磁环5B、上偏转磁钢6A、下偏转磁钢6B和偏转锁母7；定子系统主要包括：偏转定子骨架8、左偏转绕组9A、右偏转绕组9B、前偏转绕组9C、后偏转绕组9D、偏转定子环氧树脂胶10、轴向定子骨架11、上轴向绕组12A、下轴向绕组12B和轴向定子环氧树脂胶13；偏转定子骨架8、左偏转绕组9A、右偏转绕组9B、前偏转绕组9C、后偏转绕组9D和偏转定子环氧树脂胶10组成偏转定子；轴向定子骨架11、上轴向绕组12A、下轴向绕组12B和轴向定子环氧树脂胶13组成轴向定子；导磁环1上有两个环形槽，上轴向隔磁环2A、下轴向隔磁环2B、上轴向磁钢3A、下轴向磁钢3B和轴向锁母4位于导磁环1外环形槽的外圆柱面内，上偏转隔磁环5A、下偏转隔磁环5B、上偏转磁钢6A、下偏转磁钢6B和偏转锁母本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承，主要由转子系统和定子系统两部分组成，其特征在于：所述转子系统主要包括：导磁环(1)、上轴向隔磁环(2A)、下轴向隔磁环(2B)、上轴向磁钢(3A)、下轴向磁钢(3B)、轴向锁母(4)、上偏转隔磁环(5A)、下偏转隔磁环(5B)、上偏转磁钢(6A)、下偏转磁钢(6B)和偏转锁母(7)；所述定子系统主要包括：偏转定子骨架(8)、左偏转绕组(9A)、右偏转绕组(9B)、前偏转绕组(9C)、后偏转绕组(9D)、偏转定子环氧树脂胶(10)、轴向定子骨架(11)、上轴向绕组(12A)、下轴向绕组(12B)和轴向定子环氧树脂胶(13)；所述偏转定子骨架(8)、左偏转绕组(9A)、右偏转绕组(9B)、前偏转绕组(9C)、后偏转绕组(9D)和偏转定子环氧树脂胶(10)组成偏转定子；所述轴向定子骨架(11)、上轴向绕组(12A)、下轴向绕组(12B)和轴向定子环氧树脂胶(13)组成轴向定子；所述导磁环(1)上有两个环形槽，所述上轴向隔磁环(2A)、下轴向隔磁环(2B)、上轴向磁钢(3A)、下轴向磁钢(3B)和轴向锁母(4)位于导磁环(1)外环形槽的外圆柱面内，所述上偏转隔磁环(5A)、下偏转隔磁环(5B)、上偏转磁钢(6A)、下偏转磁钢(6B)和偏转锁母(7)位于导磁环(1)内环形槽的外圆柱面内，上轴向隔磁环(2A)位于上轴向磁钢(3A)上端，上轴向磁钢(3A)位于上轴向隔磁环(2A)下端和下轴向隔磁环(2B)上端，下轴向隔磁环(2B)位于上轴向磁钢(3A)下端和下轴向磁钢(3B)上端，下轴向磁钢(3B)位于下轴向隔磁环(2B)下端和轴向锁母(4)上端，上轴向隔磁环(2A)、下轴向隔磁环(2B)、上轴向磁钢(3A)和下轴向磁钢(3B)通过导磁环(1)和轴向锁母(4)的螺纹配合安装在导磁环(1)外环形槽上，上偏转隔磁环(5A)位于上偏转磁钢(6A)上端，上偏转磁钢(6A)位于上偏转隔磁环(5A)下端和下偏转隔磁环(5B)上端，下偏转隔磁环(5B)位于上偏转磁钢(6A)下端和下偏转磁钢(6B)上端，下偏转磁钢(6B)位于下偏转隔磁环(5B)下端和偏转锁母(7)上端，上偏转隔磁环(5A)、下偏转隔磁环(5B)、上偏转磁钢(6A)和下偏转磁钢(6B)通过导磁环(1)和偏转锁母(7)的螺纹配合安装在导磁环(1)内环形槽上，偏转定子骨架(8)位于上偏转隔磁环(5A)、下偏转隔磁环(5B)、上偏转磁钢(6A)、下偏转磁钢(6B)和偏转锁母(7)的径向内侧，左偏转绕组(9A)位于偏转定子骨架(8)左端径向外侧，右偏转绕组(9B)位于偏转定子骨架(8)右端径向外侧，前偏转绕组(9C)位于偏转定子骨架(8)前端径向外侧，后偏转绕组(9D)位于偏转定子骨架(8)后端径向外侧，左偏转绕组(9A)、右偏转绕组(9B)、前偏转绕组(9C)和后偏转绕组(9D)通过偏转定子环氧树脂胶(10)固化安装在偏转定子骨架(8)上，轴向定子骨架(11)位于偏转定子骨架(8)的径向外侧，并通过其下端螺纹连接固定安装在偏转定子骨架(8)上，轴向定子骨架(11)位于上轴向隔磁环(2A)、下轴向隔磁环(2B)、上轴向磁钢(3A)、下轴向磁钢(3B)和轴向锁母(4)的径向内侧，上轴向绕组(12A)位于轴向定子骨架(11)上端环形槽内，并通过轴向定子环氧树脂胶(13)固化安装在轴向定子骨架(11)上端环形槽内，下轴向绕组(12B)位于轴向定子骨架(11)下端环形槽内，并通过轴向定子环氧树脂胶(13)固化安装在轴向定子骨架(11)下端环形槽内，上轴向隔磁环(2A)、下轴向隔磁环(2B)、上轴向磁钢(3A)、下轴向磁钢(3B)和轴向锁母(4)与导磁环(1)间留有一定的间隙，形成轴向空气气隙(14)，上偏转隔磁环(5A)、下偏转隔磁环(5B)、上偏转磁钢(6A)、下偏转磁钢(6B)和偏转锁母(7)与导磁环(1)间留有一定的间隙，形成偏转空气气隙(15)。...

【技术特征摘要】
1.一种双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承，主要由转子系统和定子系统两部分组成，其特征在于：所述转子系统主要包括：导磁环(1)、上轴向隔磁环(2A)、下轴向隔磁环(2B)、上轴向磁钢(3A)、下轴向磁钢(3B)、轴向锁母(4)、上偏转隔磁环(5A)、下偏转隔磁环(5B)、上偏转磁钢(6A)、下偏转磁钢(6B)和偏转锁母(7)；所述定子系统主要包括：偏转定子骨架(8)、左偏转绕组(9A)、右偏转绕组(9B)、前偏转绕组(9C)、后偏转绕组(9D)、偏转定子环氧树脂胶(10)、轴向定子骨架(11)、上轴向绕组(12A)、下轴向绕组(12B)和轴向定子环氧树脂胶(13)；所述偏转定子骨架(8)、左偏转绕组(9A)、右偏转绕组(9B)、前偏转绕组(9C)、后偏转绕组(9D)和偏转定子环氧树脂胶(10)组成偏转定子；所述轴向定子骨架(11)、上轴向绕组(12A)、下轴向绕组(12B)和轴向定子环氧树脂胶(13)组成轴向定子；所述导磁环(1)上有两个环形槽，所述上轴向隔磁环(2A)、下轴向隔磁环(2B)、上轴向磁钢(3A)、下轴向磁钢(3B)和轴向锁母(4)位于导磁环(1)外环形槽的外圆柱面内，所述上偏转隔磁环(5A)、下偏转隔磁环(5B)、上偏转磁钢(6A)、下偏转磁钢(6B)和偏转锁母(7)位于导磁环(1)内环形槽的外圆柱面内，上轴向隔磁环(2A)位于上轴向磁钢(3A)上端，上轴向磁钢(3A)位于上轴向隔磁环(2A)下端和下轴向隔磁环(2B)上端，下轴向隔磁环(2B)位于上轴向磁钢(3A)下端和下轴向磁钢(3B)上端，下轴向磁钢(3B)位于下轴向隔磁环(2B)下端和轴向锁母(4)上端，上轴向隔磁环(2A)、下轴向隔磁环(2B)、上轴向磁钢(3A)和下轴向磁钢(3B)通过导磁环(1)和轴向锁母(4)的螺纹配合安装在导磁环(1)外环形槽上，上偏转隔磁环(5A)位于上偏转磁钢(6A)上端，上偏转磁钢(6A)位于上偏转隔磁环(5A)下端和下偏转隔磁环(5B)上端，下偏转隔磁环(5B)位于上偏转磁钢(6A)下端和下偏转磁钢(6B)上端，下偏转磁钢(6B)位于下偏转隔磁环(5B)下端和偏转锁母(7)上端，上偏转隔磁环(5A)、下偏转隔磁环(5B)、上偏转磁钢(6A)和下偏转磁钢(6B)通过导磁环(1)和偏转锁母(7)的螺纹配合安装在导磁环(1)内环形槽上，偏转定子骨架(8)位于上偏转隔磁环(5A)、下偏转隔磁环(5B)、上偏转磁钢(6A)、下偏转磁钢(6B)和偏转锁母(7)的径向内侧，左偏转绕组(9A)位于偏转定子骨架(8)左端径向外侧，右偏转绕组(9B)位于偏转定子骨架(8)右端径向外侧，前偏转绕组(9C...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，武登云，樊亚洪，赵航，缪存孝，韩天，张立元，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11