[發(fā)明專利]雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510144912.0
• 申請(qǐng)日: 2015-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104728263B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉強(qiáng);武登云;樊亞洪;趙航;繆存孝;韓天;張立元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京石油化工學(xué)院;北京控制工程研究所
• 主分類號(hào): F16C32/04
• 分類號(hào): F16C32/04
• 代理公司: 北京凱特來(lái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,趙鎮(zhèn)勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，尤其涉及一種雙定子三自由度洛倫茲力磁軸承。

背景技術(shù)

飛輪通過(guò)控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速改變角動(dòng)量大小輸出力矩來(lái)精確控制航天器姿態(tài)。隨著空間技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械飛輪漸顯不足。磁懸浮飛輪采用磁懸浮非接觸支承技術(shù)，消除了機(jī)械軸承引起的摩擦磨損，降低了振動(dòng)，具有長(zhǎng)壽命、高精度、微振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，是航天器姿態(tài)控制的理想慣性執(zhí)行機(jī)構(gòu)。磁軸承是磁懸浮飛輪系統(tǒng)的核心部件之一，其性能決定了飛輪的最高轉(zhuǎn)速、飛輪振動(dòng)幅值、承載力等，從而影響飛輪輸出力矩精度和帶寬，是磁懸浮飛輪設(shè)計(jì)過(guò)程中的首要研究對(duì)象。

通常磁軸承可以分為磁阻式磁軸承和洛倫茲力磁軸承。前者通過(guò)控制磁軸承定、轉(zhuǎn)子間的氣隙磁阻大小，改變電磁力大小和方向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的無(wú)接觸懸浮；后者通過(guò)放置于恒定磁場(chǎng)中的定子線圈電流的大小和方向，改變電磁力大小和方向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子懸浮。通常磁通與磁阻和電流都成線性關(guān)系，電磁力與磁通成平方關(guān)系，從而電磁力與磁阻和電流都成平方關(guān)系，所以經(jīng)線性化后的電磁力與磁阻和電流的線性范圍較窄，因而磁阻式磁軸承的電磁力精度較低。洛倫茲力磁軸承的磁密大小和方向均不變，線圈有效長(zhǎng)度為定值，導(dǎo)電線圈產(chǎn)生的電磁力(安培力)只與電流有關(guān)，且成線性關(guān)系，其線性范圍較寬，因而洛倫茲力磁軸承具有很高的控制精度。授權(quán)專利201110253688.0所述的一種大力矩磁懸浮飛輪采用了一種兩自由度洛倫茲力磁軸承，通過(guò)控制沿圓周均布放置的四個(gè)方形線圈電流的大小和方向，實(shí)現(xiàn)了徑向兩個(gè)扭動(dòng)自由度的懸浮控制，控制自由度較少，僅為兩個(gè)。論文《一種磁懸浮陀螺飛輪方案設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)分析》所述的磁懸浮陀螺飛輪，在授權(quán)專利201110253688.0所述的洛倫茲力磁軸承方案的基礎(chǔ)上，增加了兩個(gè)軸向磁軸承線圈，用于控制飛輪轉(zhuǎn)子的平動(dòng)。四個(gè)方形線圈和兩個(gè)環(huán)形線圈均位于同一氣隙內(nèi)，導(dǎo)致了氣隙寬度的增加，從而引起氣隙磁阻的增加。在相同磁動(dòng)勢(shì)的條件下，氣隙內(nèi)的磁密和磁通均大幅下降，從而減小了磁軸承的懸浮支承剛度和電流剛度，降低了承載力，增加了整機(jī)的懸浮功耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高剛度、大承載力、低功耗、高線性度的雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承，主要由轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和定子系統(tǒng)兩部分組成；

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括：導(dǎo)磁環(huán)、上軸向隔磁環(huán)、下軸向隔磁環(huán)、上軸向磁鋼、下軸向磁鋼、軸向鎖母、上偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)、下偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)、上偏轉(zhuǎn)磁鋼、下偏轉(zhuǎn)磁鋼和偏轉(zhuǎn)鎖母；

定子系統(tǒng)主要包括：偏轉(zhuǎn)定子骨架、左偏轉(zhuǎn)繞組、右偏轉(zhuǎn)繞組、前偏轉(zhuǎn)繞組、后偏轉(zhuǎn)繞組、偏轉(zhuǎn)定子環(huán)氧樹(shù)脂膠、軸向定子骨架、上軸向繞組、下軸向繞組和軸向定子環(huán)氧樹(shù)脂膠；

偏轉(zhuǎn)定子骨架、左偏轉(zhuǎn)繞組、右偏轉(zhuǎn)繞組、前偏轉(zhuǎn)繞組、后偏轉(zhuǎn)繞組和偏轉(zhuǎn)定子環(huán)氧樹(shù)脂膠組成偏轉(zhuǎn)定子；

軸向定子骨架、上軸向繞組、下軸向繞組和軸向定子環(huán)氧樹(shù)脂膠組成軸向定子；