一种旋转调制双线圈轴向球面纯电磁磁轴承制造技术

一种旋转调制双线圈轴向球面纯电磁磁轴承，包括：上定子铁心、下定子铁心、上轴向上端激磁线圈、上轴向下端激磁线圈、下轴向上端激磁线圈、下轴向下端激磁线圈、转子、上轴向气隙、下轴向气隙、定子安装盘、旋转调制转子轴承套、旋转调制轴承、旋转调制转子锁母、超声波电机转子、超声波电机定子、旋转调制定子轴承套和旋转调制定子锁母。上、下定子铁心采用极靴结构，上、下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，匝数大的线圈电流不变，电流响应速率高。双线圈轴向球面纯电磁磁轴承的定子通过超声电机进行驱动，具有旋转调制功能，可消除陀螺转子旋转引入的陀螺漂移，提高了其实现角速率检测时的检测精度。

Rotary modulation double coil axial spherical pure electromagnetic magnetic bearing

A rotating modulation double coil axial spherical pure electromagnetic magnetic bearings, including: stator core, stator core, axial end coil, axial end of the excitation coil, the axial upper end of the excitation coil, the axial end of the excitation coil, rotor, axial air gap, axial air gap, stator installation disk, rotating modulation rotor bearing sleeve, bearing, rotating the rotor rotation modulation modulation lock nut, ultrasonic motor stator, rotor, rotary ultrasonic motor stator bearing sleeve and the rotation modulation modulation of stator lock nut. The upper and lower stator core with the pole structure, excitation coil and stator core with double coil structure, and two different number of turns of the coil, the coil current controlled turn a small number of turns of the coil constant current, current response rate is high. The stator coil axial spherical pure electromagnetic magnetic bearing is driven by ultrasonic motor with rotating modulation function, can eliminate the gyro drift of gyro rotor rotation is introduced, in fact, improve the accuracy of detection is the angular rate.

【技术实现步骤摘要】
一种旋转调制双线圈轴向球面纯电磁磁轴承
本专利技术涉及一种非接触轴向磁悬浮轴承，特别是一种具有旋转调制功能的双线圈轴向球面纯电磁磁轴承，可作为小型航天器中旋转部件的无接触支撑，特别适用于磁悬浮敏感陀螺的非接触支承。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。现有磁悬浮飞轮结构中，一般采用单自由度轴向磁轴承或三自由度轴向磁轴承。无论采用何种方案，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。中国专利申请号200510011272.2和200710098749.4所述的永磁偏置轴向磁轴承的磁极面均为柱面，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。另外，现有的磁悬浮飞轮或者磁悬浮陀螺，如果要实现其作为敏感部件的检测功能，往往受限于环境干扰力矩导致其检测部件精度的降低。
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、且具有旋转调制功能的双线圈轴向球面纯电磁磁轴承。本专利技术的技术解决方案是：一种旋转调制双线圈轴向球面纯电磁磁轴承，主要包括：上定子铁心、下定子铁心、上轴向上端激磁线圈、上轴向下端激磁线圈、下轴向上端激磁线圈、下轴向下端激磁线圈、转子、上轴向气隙、下轴向气隙、定子安装盘、旋转调制转子轴承套、旋转调制轴承、旋转调制转子锁母、超声波电机转子、超声波电机定子、旋转调制定子轴承套和旋转调制定子锁母组成。其中上轴向上端激磁线圈和上轴向下端激磁线圈绕制于上定子铁心的空腔中，下轴向上端激磁线圈和下轴向下端激磁线圈绕制于下定子铁心中，上定子铁心和下定子铁心之间为转子，上定子铁心和转子之间形成上轴向气隙，下定子铁心和转子之间形成下轴向气隙，上定子铁心与定子安装盘通过螺钉固定连接，下定子铁心与旋转调制转子轴承套通过螺钉固定连接，定子安装盘与旋转调制转子轴承套之间为过盈配合连接，旋转调制转子轴承套的径向外侧是旋转调制轴承的内圈，旋转调制轴承的外圈与旋转调制定子轴承套过盈配合连接，定子安装盘与超声波电机转子固连，超声波电机转子与超声波电机定子通过压力固连，超声波电机定子与旋转调制定子轴承套过盈配合连接，旋转调制转子锁母将旋转调制轴承的内圈在轴向方向上固定在旋转调制转子轴承套上，旋转调制定子锁母将旋转调制轴承的外圈在轴向方向上固定在旋转调制定子轴承套上。所述的上定子铁心球面左磁极左侧边缘与上定子铁心球面右磁极右侧边缘形成的夹角为90°，上定子铁心球面左磁极右侧边缘与上定子铁心球面中磁极左侧边缘之间距离为2mm，上定子铁心球面右磁极左侧边缘与上定子铁心球面中磁极右侧边缘之间距离为2mm，上定子铁心球面中磁极根部左侧圆锥面与上定子铁心球面左磁极和上定子铁心球面中磁极的连接处所成角度为88°，上定子铁心球面中磁极根部右侧圆锥面与上定子铁心球面中磁极和上定子铁心球面右磁极的连接处所成角度为88°；下定子铁心与上定子铁心形状完全相同。所述的上定子铁心球面左磁极左侧边缘与上定子铁心球面左磁极左侧圆弧边缘切线所成夹角为47°，上定子铁心球面左磁极右侧边缘与上定子铁心球面左磁极右侧圆弧边缘切线所成夹角为115°，上定子铁心球面中磁极左侧边缘与上定子铁心球面中磁极左侧圆弧边缘切线所成夹角为73°，上定子铁心球面中磁极右侧边缘与上定子铁心球面中磁极右侧圆弧边缘切线所成夹角为73°，上定子铁心球面右磁极左侧边缘与上定子铁心球面右磁极左侧圆弧边缘切线所成夹角为115°，上定子铁心球面右磁极右侧边缘与上定子铁心球面右磁极右侧圆弧边缘切线所成夹角为47°。所述的上定子铁心和下定子铁心均为1J22导磁实心块材。所述的上轴向上端激磁线圈和上轴向下端激磁线圈的轴向间隙为0.4mm～0.7mm，下轴向上端激磁线圈和下轴向下端激磁线圈的轴向间隙为0.4mm～0.7mm，以减小两个线圈在通电流之后产生的匝间漏磁和互感。上、下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，匝数大的线圈电流不变，匝数多的线圈通入恒定电流，以产生偏置磁场，匝数少的线圈通入可控电流，以产生调节磁场，且线圈电感较小，提高了控制的响应速度。所述的转子的球面半径取25mm～55mm，转子上球面所对应的球心角为87°，转子上球面左侧边缘与转子上球面左侧圆弧边缘切线所成夹角为130°，转子上球面右侧边缘与转子上球面右侧圆弧边缘切线所成夹角为130°，转子下球面所对应的球心角为87°，转子下球面左侧边缘与转子下球面左侧圆弧边缘切线所成夹角为130°，转子下球面右侧边缘与转子下球面右侧圆弧边缘切线所成夹角为130°。所述的上轴向气隙、下轴向气隙大小为0.4mm～0.8mm。本专利技术的原理是：本专利技术依据的重要机理是磁轴承的定子旋转调制的机理，也就是说，通过周期性旋转磁轴承定子，使其敏感轴周期性变化，将被测信号(转子的角速率信号)调制到旋转周期载波上，由于陀螺漂移误差不随旋转载波周期变化，因此将该轴向磁轴承用于敏感转子的角速率信息的时候，就可以通过解调和滤波来消除陀螺漂移引入导致的转子角速率信息的误差，故本专利技术的创新点在于磁轴承的定子旋转，本专利技术采用超声电机实现这一功能，其中实现定子旋转的机构主要包括：定子安装盘、旋转调制转子轴承套、旋转调制轴承、旋转调制转子锁母、超声波电机转子、超声波电机定子、旋转调制定子轴承套和旋转调制定子锁母，其中定子安装盘与上定子铁心通过螺钉固定连接，旋转调制转子轴承套与下定子铁心通过螺钉固定连接，定子安装盘与旋转调制转子轴承套之间为过盈配合连接，旋转调制转子轴承套的径向外侧是旋转调制轴承的内圈，旋转调制轴承的外圈与旋转调制定子轴承套过盈配合连接，定子安装盘与超声波电机转子固连，超声波电机转子与超声波电机定子通过压力固连，超声波电机定子与旋转调制定子轴承套过盈配合连接，旋转调制转子锁母将旋转调制轴承的内圈在轴向方向上固定在旋转调制转子轴承套上，旋转调制定子锁母将旋转调制轴承的外圈在轴向方向上固定在旋转调制定子轴承套上。另外，如果将该轴向磁轴承安装于利用两个径向磁轴承提供x和y方向偏转力矩的磁悬浮飞轮系统中，将轴向磁轴承定子与径向磁轴承定子固连，通过超声电机使其旋转，同样可以实现消除x和y方向两自由度角速率的陀螺漂移，从而提高角速率的检测精度。此外，上定子铁心和下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。上定子铁心和下定子铁心采用极靴结构，使磁场沿圆周方向具有较好的均匀度，且中磁极球面的面积大于左磁极和右磁极的球面面积之和，使径向外侧的磁轴承力干扰力矩减小，进一步提高了磁轴承的控制精度。上、下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，产生调节磁场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转调制双线圈轴向球面纯电磁磁轴承，其特征在于：主要包括：上定子铁心(1‐1)、下定子铁心(1‐2)、上轴向上端激磁线圈(2‐1)、上轴向下端激磁线圈(2‐2)、下轴向上端激磁线圈(2‐3)、下轴向下端激磁线圈(2‐4)、转子(3)、上轴向气隙(4)、下轴向气隙(5)、定子安装盘(6)、旋转调制转子轴承套(7)、旋转调制轴承(8)、旋转调制转子锁母(9)、超声波电机转子(10)、超声波电机定子(11)、旋转调制定子轴承套(12)和旋转调制定子锁母(13)；其中上轴向上端激磁线圈(2‐1)和上轴向下端激磁线圈(2‐2)绕制于上定子铁心(1‐1)的空腔中，下轴向上端激磁线圈(2‐3)和下轴向下端激磁线圈(2‐4)绕制于下定子铁心(1‐2)中，上定子铁心(1‐1)和下定子铁心(1‐2)之间为转子(3)，上定子铁心(1‐1)和转子(3)之间形成上轴向气隙(4)，下定子铁心(1‐2)和转子(3)之间形成下轴向气隙(5)，上定子铁心(1‐1)与定子安装盘(6)通过螺钉固定连接，下定子铁心(1‐2)与旋转调制转子轴承套(7)通过螺钉固定连接，定子安装盘(6)与旋转调制转子轴承套(7)之间为过盈配合连接，旋转调制转子轴承套(7)的径向外侧是旋转调制轴承(8)的内圈，旋转调制轴承(8)的外圈与旋转调制定子轴承套(12)过盈配合连接，定子安装盘(6)与超声波电机转子(10)固连，超声波电机转子(10)与超声波电机定子(11)通过压力固连，超声波电机定子(11)与旋转调制定子轴承套(12)过盈配合连接，旋转调制转子锁母(9)将旋转调制轴承(8)的内圈在轴向方向上固定在旋转调制转子轴承套(7)上，旋转调制定子锁母(13)将旋转调制轴承(8)的外圈在轴向方向上固定在旋转调制定子轴承套(12)上。...

【技术特征摘要】
1.一种旋转调制双线圈轴向球面纯电磁磁轴承，其特征在于：主要包括：上定子铁心(1‐1)、下定子铁心(1‐2)、上轴向上端激磁线圈(2‐1)、上轴向下端激磁线圈(2‐2)、下轴向上端激磁线圈(2‐3)、下轴向下端激磁线圈(2‐4)、转子(3)、上轴向气隙(4)、下轴向气隙(5)、定子安装盘(6)、旋转调制转子轴承套(7)、旋转调制轴承(8)、旋转调制转子锁母(9)、超声波电机转子(10)、超声波电机定子(11)、旋转调制定子轴承套(12)和旋转调制定子锁母(13)；其中上轴向上端激磁线圈(2‐1)和上轴向下端激磁线圈(2‐2)绕制于上定子铁心(1‐1)的空腔中，下轴向上端激磁线圈(2‐3)和下轴向下端激磁线圈(2‐4)绕制于下定子铁心(1‐2)中，上定子铁心(1‐1)和下定子铁心(1‐2)之间为转子(3)，上定子铁心(1‐1)和转子(3)之间形成上轴向气隙(4)，下定子铁心(1‐2)和转子(3)之间形成下轴向气隙(5)，上定子铁心(1‐1)与定子安装盘(6)通过螺钉固定连接，下定子铁心(1‐2)与旋转调制转子轴承套(7)通过螺钉固定连接，定子安装盘(6)与旋转调制转子轴承套(7)之间为过盈配合连接，旋转调制转子轴承套(7)的径向外侧是旋转调制轴承(8)的内圈，旋转调制轴承(8)的外圈与旋转调制定子轴承套(12)过盈配合连接，定子安装盘(6)与超声波电机转子(10)固连，超声波电机转子(10)与超声波电机定子(11)通过压力固连，超声波电机定子(11)与旋转调制定子轴承套(12)过盈配合连接，旋转调制转子锁母(9)将旋转调制轴承(8)的内圈在轴向方向上固定在旋转调制转子轴承套(7)上，旋转调制定子锁母(13)将旋转调制轴承(8)的外圈在轴向方向上固定在旋转调制定子轴承套(12)上。2.根据权利要求1所述的旋转调制双线圈轴向球面纯电磁磁轴承，其特征在于：所述的上定子铁心(1‐1)球面左磁极左侧边缘与上定子铁心(1‐1)球面右磁极右侧边缘形成的夹角为90°，上定子铁心(1‐1)球面左磁极右侧边缘与上定子铁心(1‐1)球面中磁极左侧边缘之间距离为2mm，上定子铁心(1‐1)球面右磁极左侧边缘与上定子铁心(1‐1)球面中磁极右侧边...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩天，缪存孝，赵航，魏振博，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11