一种双线圈径向球面磁轴承，主要由沿±X方向和±Y方向放置的四个定子铁心、第一线圈、第二线圈、套筒、气隙和转子组成。本发明专利技术采用球面磁轴承结构，使转轴所受电磁力始终经过球心，当转轴球心与质心重合时，电磁力相对转轴产生的扭矩为零，从而消除了径向扭动对轴向平动的干扰。此外，定子铁心采用特定的极靴结构，使圆周上的磁场分布更加均匀，定子铁心的激磁线圈采用双线圈结构，且两线圈匝数不同，匝数少的线圈电流可控，匝数多的线圈电流不变，与单线圈结构相比提高了电流响应速率，可控电流采用差动形式，进一步提高了磁轴承的控制精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种非接触径向磁悬浮轴承，特别是一种具有双线圈的球面磁轴承，可作为小型航天器中旋转部件的无接触支撑，特别适用于磁悬浮飞轮或磁悬浮控制力矩陀螺的非接触支承。技术背景随着航天技术的发展，卫星、空间站等航天器对于姿态控制的精度要求越来越高，传统机械动量轮已经不能满足要求。磁悬浮飞轮采用磁轴承支承，消除了机械轴承带来的磨损，提高了控制力矩的精度和稳定度。现有磁悬浮飞轮或磁悬浮控制力矩陀螺结构中，一般采用两自由度径向磁轴承。在满足承载力的条件下，当转子发生平动时，磁轴承磁极处的气隙较均匀不会相对转轴产生扭动力矩。但当转子发生偏转时，磁轴承定、转子间的磁气隙不均匀，导致磁极面内的电磁力不均匀，从而产生相对转子质心的扭转力矩，即平动控制对扭动控制产生干扰力矩。中国专利号201010256248.6和200710065049.5所述的永磁偏置径向磁轴承以及201010226322.X所述的带极靴的径向磁轴承磁极面均为柱面，磁轴承发生偏转时，定、转子间存在不均匀气隙，从而产生较大的扭转负力矩，增加了飞轮扭转轴承的负载，从而降低了飞轮转子的控制精度和控制力矩精度，且极靴角度非常小，容易产生铁心局部地方磁密饱和现象，且会影响磁密沿圆周分布的均匀性，进而间接导致控制精度的降低。
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，提供了一种消除了干扰的、且具有双线圈的径向球面磁轴承。本专利技术的技术解决方案是:一种双线圈径向球面磁轴承，主要包括??沿±X方向和土Y方向放置的四个定子铁心(1)、线圈(2)、套筒(3)、气隙(4)和转子(5)。其中径向轴承线圈(2)绕制于每个定子铁心(I)的两个磁极上，四个定子铁心(I)的径向内侧为转子(5)，定子铁心(I)和转子(5)之间形成径向磁气隙(4)，定子铁心(I)的径向外侧为套筒(3)，所述的每个定子铁心(I)磁极为极靴形式，其前部左侧边缘与右侧边缘形成的夹角为83°，沿圆周上相邻的两个定子铁心(I)磁极之间的距离为2mm，每个定子铁心(I)磁极前部的左侧边缘与中部连接处夹角为126°，每个定子铁心(I)磁极前部的右侧边缘与中部连接处夹角为126°，定子铁心磁极的左侧极靴厚度与右侧极靴厚度均为2mm，每个定子铁心(I)的磁极上所缠绕的线圈(2)包括第一激磁线圈(2-1)和第二激磁线圈(2-2)，其中第一激磁线圈(2-1)靠近气隙(4)侧，第二激磁线圈(2-2)靠近磁极根部，第一激磁线圈(2-1)匝数为20?50匝，其控制电流可调，第二激磁线圈(2-2)匝数为100?200匝，其控制电流不变，第一激磁线圈(2-1)和第二激磁线圈(2-2)之间的径向间隙为1.5_?2.8mm。所述的转子(5)的球面半径取19mm?49mm，转子(5)左球面所对应的球心角为84°，转子(5)左球面上侧边缘与转子(5)左球面上侧圆弧边缘切线所成夹角为132°，转子(5)左球面下侧边缘与转子(5)左球面下侧圆弧边缘切线所成夹角为132°，转子(5)右球面所对应的球心角为84°，转子(5)右球面上侧边缘与转子(5)右球面上侧圆弧边缘切线所成夹角为132°，转子(5)右球面下侧边缘与转子(5)右球面下侧圆弧边缘切线所成夹角为132°。当需要径向承重时，上定子铁心(I)的两个磁极的第一线圈匝数为30匝，第二线圈匝数为160匝，下定子铁心(I)的两个磁极的第一线圈匝数为20匝，第二线圈匝数为120 匝。所述的定子铁心⑴和转子(5)均为1J50导磁实心块材。所述的径向气隙⑷大小为0.5mm?0.7mm。本专利技术的原理是:本专利技术的定子铁心的磁极面结构采用球面结构，使转轴所受电磁力始终经过球心，当转轴球心与质心重合，电磁力相对转轴产生的扭矩为零，从而消除了径向扭动对轴向平动的干扰。定子铁心采用特定的极靴结构，使磁场沿圆周方向具有较好的均匀度，不会导致局部磁密饱和的现象，进一步提高了磁轴承的控制精度。定子铁心的激磁线圈采用双线圈结构，且两线圈匝数不同，匝数少的线圈电流可控，产生调节磁场，匝数多的线圈电流不变，产生偏置磁场，与单线圈结构相比，由于可控线圈的匝数少，因此电感小，可大大提高电流响应速率，可控电流采用差动形式。本专利技术的方案与现有方案相比，主要优点在于:(1)本专利技术由于采用了球面磁极，与现有柱面磁极的径向磁轴承相比，消除了径向扭动对径向平动的干扰；(2)定子铁心采用特定的极靴结构，使磁场具有较好的圆周均匀度，可以使得磁极中磁密更加均匀，不会导致定子铁心局部磁密饱和的现象；(3)激磁线圈采用双线圈结构，且两线圈匝数不同，匝数少的线圈电流可控，匝数多的线圈电流不变，与单线圈结构相比提高了电流响应速率，可控电流采用差动形式，进一步提高了磁轴承的控制精度。【附图说明】图1为本专利技术技术解决方案的一种双线圈径向球面磁轴承的剖视图；图2为本专利技术技术解决方案的总装图；图3为本专利技术技术解决方案的定子铁心结构图；图4为本专利技术技术解决方案的三维定子铁心结构图；图5为本专利技术技术解决方案的带有双线圈的三维定子铁心结构图；图6为本专利技术技术解决方案的转子结构图。具体实施方案如图1和图2所不，一种双线圈径向球面磁轴承，主要包括:沿±X方向和土Y方向放置的四个定子铁心(I)、线圈(2)、套筒(3)、气隙(4)和转子(5)。其中径向轴承线圈(2)绕制于每个定子铁心(I)的两个磁极上，四个定子铁心(I)的径向内侧为转子(5)，定子铁心(I)和转子(5)之间形成径向磁气隙(4)，定子铁心(I)的径向外侧为套筒(3)，每个定子铁心(I)的磁极上所缠绕的线圈(2)包括第一激磁线圈(2-1)和第二激磁线圈(2-2)，其中第一激磁线圈(2-1)靠近气隙(4)侧，第二当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双线圈径向球面磁轴承，其特征在于：主要包括：沿±X方向和±Y方向放置的四个定子铁心(1)、线圈(2)、套筒(3)、气隙(4)和转子(5)；其中径向轴承线圈(2)绕制于每个定子铁心(1)的两个磁极上，四个定子铁心(1)的径向内侧为转子(5)，定子铁心(1)和转子(5)之间形成径向磁气隙(4)，定子铁心(1)的径向外侧为套筒(3)，所述的每个定子铁心(1)磁极为极靴形式，其前部左侧边缘与右侧边缘形成的夹角为83°，沿圆周上相邻的两个定子铁心(1)磁极之间的距离为2mm，每个定子铁心(1)磁极前部的左侧边缘与中部连接处夹角为126°，每个定子铁心(1)磁极前部的右侧边缘与中部连接处夹角为126°，定子铁心磁极的左侧极靴厚度与右侧极靴厚度均为2mm，每个定子铁心(1)的磁极上所缠绕的线圈(2)包括第一激磁线圈(2‑1)和第二激磁线圈(2‑2)，其中第一激磁线圈(2‑1)靠近气隙(4)侧，第二激磁线圈(2‑2)靠近磁极根部，第一激磁线圈(2‑1)匝数为20～50匝，其控制电流可调，第二激磁线圈(2‑2)匝数为100～200匝，其控制电流不变，第一激磁线圈(2‑1)和第二激磁线圈(2‑2)之间的径向间隙为1.5mm～2.8mm；所述的转子(5)的球面半径取19mm～49mm，转子(5)左球面所对应的球心角为84°，转子(5)左球面上侧边缘与转子(5)左球面上侧圆弧边缘切线所成夹角为132°，转子(5)左球面下侧边缘与转子(5)左球面下侧圆弧边缘切线所成夹角为132°，转子(5)右球面所对应的球心角为84°，转子(5)右球面上侧边缘与转子(5)右球面上侧圆弧边缘切线所成夹角为132°，转子(5)右球面下侧边缘与转子(5)右球面下侧圆弧边缘切线所成夹角为132°；当需要径向承重时，上定子铁心(1)的两个磁极的第一线圈匝数为30匝，第二线圈匝数为160匝，下定子铁心(1)的两个磁极的第一线圈匝数为20匝，第二线圈匝数为120匝。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙津济，刘刚，汤继强，韩伟涛，
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
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