[發明專利]一種外轉子錐形球面磁極徑向磁軸承

有效

• 申請號: 201510031130.6
• 申請日: 2015-01-21
• 公開（公告）號: CN104533950B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 劉強;任元;趙玉龍;繆存孝;趙航;樊亞洪;張立元;邵瓊玲;葉郭波
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院;中國人民解放軍裝備學院
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,趙鎮勇

技術領域

本發明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，尤其涉及一種外轉子錐形球面磁極徑向磁軸承。

背景技術

陀螺儀在運載火箭、航天器平臺、戰略、戰術導彈武器的控制系統、遙測系統以及高精度陀螺尋北儀中均得到廣泛應用，是控制系統中的核心部件，通常被稱為系統的“眼睛”。轉子式陀螺儀利用高速旋轉的陀螺轉子形成較大的角動量和較好的品質因素，使其具有很好的定軸性。磁懸浮陀螺儀采用磁懸浮支承技術，消除了機械軸承引起的摩擦磨損，降低了振動，進一步提高了轉子式陀螺儀轉子的轉速和定軸性。工作狀態下，陀螺轉子偏離平衡位置時，磁軸承不均勻的電磁力將作用于陀螺轉子磁極面，產生扭動力矩，迫使陀螺儀轉子發生偏轉，即發生陀螺漂移。因此，必須考慮磁軸承懸浮力對陀螺漂移的影響。

作用于陀螺轉子旋轉軸的干擾力矩越小，陀螺漂移越小，陀螺儀指向精度越高。因此，減小陀螺漂移的前提是，磁軸承三個平動電磁力不會在兩個徑向扭動方向產生偏轉干擾力矩，即平動控制與扭動控制完全解耦。專利申請號201420683202.6所述的永磁偏置外轉子徑向球面磁軸承利用永磁體產生的永磁磁場提供偏置磁場，電磁磁場提供輔助調節力，并采用球面磁極結構，使電磁力始終經過轉子球心。當轉子球心與質心完全重合時，電磁力始終經過球心，不會對陀螺轉子產生偏轉力矩，從而提高陀螺儀轉子的定軸性。專利申請號201420686090.X所述的雙永磁體永磁偏置外轉子徑向球面磁軸承，在定、轉子內各放置一塊體積相等充磁方向相反的永磁體，消除了磁軸承系統的剩磁矩。由于專利申請號201420683202.6和專利申請號201420686090.X所述的永磁偏置外轉子徑向球面磁軸承，定子球面磁極在徑向截面內的最大半徑略小于轉子球面磁極在徑向截面內的最小半徑，磁軸承定轉子裝配過程中，定轉子間的最小氣隙幾乎為零。由于磁軸承內存在永磁體，氣隙越小，磁軸承定轉子間的電磁吸力越大，安裝過程中極有可能會導致定轉子球面磁極面的接觸，破壞球面磁極的球面精度，從而改變磁軸承電磁力的方向，導致陀螺偏轉干擾力矩的產生，降低了陀螺轉子的定軸性。

發明內容

本發明的目的是提供一種徑向平動與徑向扭動解耦控制，且控制磁路與偏置磁路不完全重合的外轉子錐形球面磁極徑向磁軸承，可作為磁懸浮陀螺儀轉子的無接觸懸浮支承，減小了磁軸承球面磁極的軸向尺寸，并使徑向平動與徑向扭動控制完全解耦，消除了磁軸承電磁力引起的扭動干擾力矩，提高了磁懸浮陀螺儀的指向精度和控制精度。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明的外轉子錐形球面磁極徑向磁軸承，包括定子系統和轉子系統；

定子系統包括：上錐形球面定子鐵心、下錐形球面定子鐵心、控制線圈、導磁環、偏置線圈、定子套筒和定子鎖母；

轉子系統包括：球面轉子疊片、轉子套筒和轉子鎖母；上錐形球面定子鐵心組成4個磁極，下錐形球面定子鐵心組成4個磁極，上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心組成磁軸承上下兩端8個磁極，分別組成X、Y軸正負方向的錐形球面磁極，每個定子磁極繞制有控制線圈；

導磁環位于上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心之間，導磁環中部徑向外側繞制有偏置線圈，上錐形球面定子鐵心、下錐形球面定子鐵心和導磁環位于定子套筒徑向外側，并通過定子鎖母固定安裝在定子套筒上，球面轉子疊片位于上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心的徑向外側，球面轉子疊片內球面與上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心外球面留有一定的間隙，形成空氣氣隙，球面轉子疊片位于轉子套筒的徑向內側，并通過轉子鎖母固定安裝在轉子套筒上。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的外轉子錐形球面磁極徑向磁軸承，由于采用了球面磁極，與現有柱面磁極的磁軸承相比，實現了徑向平動控制與徑向扭動控制的完全解耦，避免了徑向平動控制對徑向扭動控制的干擾，提高了陀螺儀的指向精度。與永磁偏置球面磁軸承相比，其內部沒有永磁體，斷電狀態下系統沒有磁性，且定、轉子間沒有電磁吸力，從而簡化了磁軸承的裝配。

附圖說明

圖1為本發明實施例中外轉子錐形球面磁極徑向磁軸承的徑向剖視圖；

圖2為本發明實施例中外轉子錐形球面磁極徑向磁軸承的軸向端面圖；

圖3a為本發明實施例中的定子系統的剖視圖；

圖3b為本發明實施例中的定子系統的三維結構示意圖；

圖4為本發明實施例中的轉子系統的剖視圖；

圖5為本發明實施例中的定子系統和轉子系統的裝配過程示意圖；

圖6a為本發明實施例中的上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心的剖視圖；