一种双永磁体外转子永磁偏置径向磁轴承制造技术

一种双永磁体外转子永磁偏置径向磁轴承，由外导磁环、外永磁体、定子铁心、激磁线圈、内导磁环、内永磁体和转子铁心组成，每个定子铁心组成４个磁极，２个定子铁心组成磁轴承左右两端８个磁极，分别组成Ｘ、Ｙ轴正负方向的磁极，每个定子磁极绕制有激磁线圈，定子铁心外部是转子铁心，转子铁心外面是外导磁环，外永磁体位于外导磁环之间，外导磁环与转子铁心相连，转子铁心内表面与定子铁心外表面留有一定的间隙，形成空气隙，内永磁体位于内导磁环之间，本发明专利技术解决了现有空间用永磁偏置外转子径向磁轴承剩磁矩大的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种补偿剩磁矩的双永磁体外转子永 磁偏置径向磁轴承，可作为空间用磁悬浮飞轮等旋转部件的无接触支撑，降低其自身剩磁 对外界部件的磁干扰。
技术介绍
磁悬浮轴承分纯电磁式和永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，前者使用电 流大、功耗大，永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，利用永磁体替代纯电磁磁轴承中 的偏置电流产生偏置磁场，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，因而这种轴承可大大减小控制电流，具有降低功率放大器的损耗、减少磁轴承安 匝数、缩小磁轴承体积、提高轴承承载能力等优点，故永磁偏置磁轴承在磁悬浮电机、高速 飞轮系统等磁悬浮支承的高速运动场合得到了广泛的应用。空间用磁悬浮飞轮采用磁轴承 支承，由于克服了传统机械轴承飞轮的摩擦以及不平衡振动等问题，因此可实现更高的转 速、更长的寿命以及更高的输出力矩精度，剩磁矩是衡量卫星及其部件磁性大小的指标之 一，也是卫星姿态控制执行机构一磁悬浮飞轮磁性大小的重要指标之一，特别是对于近地 轨道卫星，由于地磁场的影响，如果卫星及其部件因为某些原因而残留较大的剩磁矩，则一 方面使得整星剩磁矩会与地磁场相互作用产生干扰力矩，影响卫星的姿态控制精度；另一 方面星体某一部件的剩磁矩可能会对卫星的其他部件产生干扰，如影响磁强计的测量精度 等。因此在卫星的设计生产过程中，为减小卫星内部各磁部件之间的干扰，应对卫星的每个 磁部件都有剩磁矩的要求。经过分析表明，磁悬浮飞轮中产生剩磁矩的磁源主要有永磁体、软磁材料和通 电线圈，且永磁体产生的磁矩是整个磁悬浮飞轮剩磁矩的主要磁源，现有的授权专利 ZL200710098750. 7提出的磁悬浮飞轮结构，给出了一种轴向长度短的外转子磁悬浮飞轮， 其采用的是ZL200510011270. 3的外转子径向磁轴承结构，由于飞轮系统中的电机永磁体 是径向交替对称充磁，轴向磁轴承是成对使用而可以使得永磁体对称使用，因此两者的永 磁剩磁矩可近似至0，唯有径向磁轴承由于传统结构采用一个永磁体圆环产生偏置磁场，为 非对称永磁体结构，因此会产生较大的剩磁矩，从而会对其他部件产生磁干扰。现有的剩磁 矩补偿方法很少，主要是通过实验的方法测出剩磁矩，通过飞轮中的磁力矩器根据在轨道 中的磁性状况进行磁补偿的方法，这种方法实现起来十分复杂，另有一种方法是通过外加 永磁体的方式进行补偿，这种方法依然是根据实验测试，根据测得的结果进行外加永磁体 的补偿，这种方法所加永磁体的大小没有规律可循，而且外加永磁体增加了飞轮等装置的 体积，并且外加永磁体对飞轮等装置的导磁转动部分在高速下带来了不可预知的损耗，影 响整机磁性能的稳定性。鉴于上述原因，现有的径向磁轴承存在轴向方向剩磁矩大且现有 补偿方法十分复杂并会增加装置体积等缺陷。
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，提供一种低剩磁矩的的永磁偏 置外转子径向磁轴承，以减小期自身对外界的磁干扰。本专利技术的技术解决方案为一种双永磁体外转子永磁偏置径向磁轴承，由外导磁 环、外永磁体、定子铁心、激磁线圈、内导磁环、内永磁体和转子铁心组成，每个定子铁心组 成4个磁极，2个定子铁心组成磁轴承左右两端8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极， 每个定子磁极绕制有激磁线圈，定子铁心外部为转子铁心，转子铁心外部为外导磁环，外永 磁体位于两个外导磁环之间，转子铁心内表面与定子铁心外表面留有一定的间隙，形成空 气隙，定子铁心的径向内部为内导磁环，内永磁体位于两个内导磁环之间，其中外永磁体为 补偿剩磁矩的永磁体，内导磁环、内永磁体、定子铁心以及激磁线圈构成了补偿剩磁矩双永 磁体外转子径向磁轴承的静止部分，转子铁心、外导磁环以及外永磁体构成了补偿剩磁矩 双永磁体外转子径向磁轴承的转动部分。所述的外永磁体的体积与内永磁体的体积相等，且其充磁方向与内永磁体的充磁 方向相反；内永磁体和外永磁体采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料制成；内永磁体和外 永磁体为轴向圆环，沿轴向充磁。所述的定子铁心的磁极可采用极靴形式以减小高速下的涡流损耗。所述的外导磁环和内导磁环均采用导磁性能良好的材料制成，如电工纯铁、1J50 或硅钢等任意一种制成。上述方案的原理是内永磁体和外永磁体反向串联，给磁轴承提供永磁偏置磁场， 承担磁轴承所受的径向力，激磁线圈所产生的磁场起调节作用，用来改变每极下磁场的强 弱，保持磁轴承定转子气隙均勻，并使转子得到无接触支撑。本专利技术的永磁磁路为磁通从 内永磁体N极出发，通过一端内导磁环、定子铁心、气隙、转子铁心、外导磁环、外永磁体的S 极到外永磁体的N极、另一端的外导磁环、转子铁心、气隙、定子铁心、另一端的内导磁环回 到内永磁体S极，形成磁悬浮轴承的主磁路，如图1所示。以某端Y轴正方向激磁线圈电流 产生的磁通为例，其路径为定子铁心形成的Y轴正方向磁极、Y轴正方向气隙到转子铁心、 然后到另外三个方向气隙、定子铁心形成的另外三个方向磁极、回到定子铁心形成的Y轴 正方向磁极，构成闭合回路，如图2所示。永磁体、软磁材料和通电线圈会产生磁场，该磁场与空间磁场相互作用，会产生对 航天器的干扰力矩。此干扰力矩可表示为M = \m\ = \Px b\ = pb sin β其中戶即为剩磁矩，云为航天器所在高度处的环境磁场强度，β为环境磁场与磁矩 的夹角。通电线圈的磁矩为戶二/χ及(/:线圈中的电流，左线圈面积)，方向满足右手螺旋定 则。由于磁轴承线圈的通电往往都是相反方向的，经过分析可得，每对控制线圈中的2个线 圈磁矩大小相等，方向相反，所以对外表现的合成磁矩为0。对于软磁材料来说，磁矩为永磁 磁场所激励的磁环分子电流磁矩的矢量合，由于软磁材料中的磁路为周向均勻分布，所以理论上对外表现的磁矩矢量为零。对于永磁体而言，其磁矩表达式为|^| =凡*厂(He为永磁体的矫顽力，V为永磁体的体积)，方向为永磁体的充磁方向。对于磁悬浮飞轮系统用磁轴承结构，由于电机的永磁体是径向交替对称充磁，轴向磁轴承是成对使用而可以使得永 磁体对称使用，因此两者的永磁剩磁矩可近似至0，唯有径向磁轴承由于传统结构采用一个 永磁体圆环产生偏置磁场，因此其剩磁矩方向沿永磁体的充磁方向，对外表现一个较大的 轴向磁矩分量，大小与永磁体体积有关，所以为了补偿径向磁轴承产生的轴向磁矩分量，本 专利技术采用的是在转子导磁环中加入与径向磁轴承定子永磁体体积相等、充磁方向相反的永 磁体，利用其充磁方向相反、永磁体磁矩大小相等的特点实现剩磁矩补偿的目的。综上所述，磁轴承磁矩大小与永磁体体积成正比，方向与永磁体充磁方向一致，因 此内永磁体的充磁方向与外永磁体的充磁方向一定要相反，同时要保证内永磁体的体积与 外永磁体体积相等。本专利技术与现有技术相比的优点在于本专利技术利用现有外转子径向磁轴承的外导磁 环的基础上设计有外永磁体，使其充磁方向与内永磁体方向相反，同时体积与内永磁体体 积相等实现了降低径向磁轴承剩磁矩的目的，整体体积没有增加，安装简单可靠，克服了现 有飞轮中的磁力矩器根据在轨道中的磁性状况进行磁补偿的方法复杂的缺陷以及剩磁矩 补偿通过外加永磁体增加体积的缺陷。附图说明图1为本专利技术技术解决方案的补偿剩磁矩的双永磁体外转子永磁偏置径向磁轴 承轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双永磁体外转子永磁偏置径向磁轴承，其特征在于：由外导磁环（１）、外永磁体（８）、定子铁心（３）、激磁线圈（４）、内导磁环（５）、内永磁体（２）和转子铁心（６）组成，每个定子铁心（３）组成４个磁极，２个定子铁心（３）组成磁轴承左右两端８个磁极，分别组成Ｘ、Ｙ轴正负方向的磁极，每个定子磁极绕制有激磁线圈（４），定子铁心（３）外部为转子铁心（６），转子铁心（６）外部为外导磁环（１），外永磁体（８）位于两个外导磁环（１）之间，转子铁心（６）内表面与定子铁心（３）外表面留有一定的间隙，形成空气隙（７），定子铁心（３）的径向内部为内导磁环（５），内永磁体（２）位于两个内导磁环（５）之间，外永磁体（８）为补偿永磁体。

【技术特征摘要】
CN 2010-8-17 201010256250.3一种双永磁体外转子永磁偏置径向磁轴承，其特征在于由外导磁环(1)、外永磁体(8)、定子铁心(3)、激磁线圈(4)、内导磁环(5)、内永磁体(2)和转子铁心(6)组成，每个定子铁心(3)组成4个磁极，2个定子铁心(3)组成磁轴承左右两端8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极，每个定子磁极绕制有激磁线圈(4)，定子铁心(3)外部为转子铁心(6)，转子铁心(6)外部为外导磁环(1)，外永磁体(8)位于两个外导磁环(1)之间，转子铁心(6)内表面与定子铁心(3)外表面留有一定的间隙，形成空气隙(7)，定子铁心(3)的径向内部为内导磁环(5)，内永磁体(2)位于两个内导磁环(5)之间，外永磁体(8)为补偿永磁体。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙津济，房建成，乐韵，刘刚，汤继强，王曦，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]