[發(fā)明專利]一種軸向球面純電磁磁軸承

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510370225.0
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN104963946B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 繆存孝;趙航;韓天;劉強;張立元
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發(fā)明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，特別是一種球面純電磁磁軸承，可作為小型航天器中旋轉(zhuǎn)部件的無接觸支撐，特別適用于磁懸浮飛輪的非接觸支承。

技術背景

隨著航天技術的發(fā)展，衛(wèi)星、空間站等航天器對于姿態(tài)控制的精度要求越來越高，傳統(tǒng)機械動量輪已經(jīng)不能滿足要求。磁懸浮飛輪采用磁軸承支承，消除了機械軸承帶來的磨損，提高了控制力矩的精度和穩(wěn)定度。

現(xiàn)有磁懸浮飛輪結(jié)構中，一般采用單自由度軸向磁軸承或三自由度軸向磁軸承。無論采用何種方案，在滿足承載力的條件下，當轉(zhuǎn)子發(fā)生平動時，磁軸承磁極處的氣隙較均勻不會相對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生扭動力矩。但當轉(zhuǎn)子發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，磁軸承定、轉(zhuǎn)子間的磁氣隙不均勻，導致磁極面內(nèi)的電磁力不均勻，從而產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)子質(zhì)心的扭轉(zhuǎn)力矩，即平動控制對扭動控制產(chǎn)生干擾力矩。中國專利申請?zhí)?00510011272.2和200710098749.4所述的永磁偏置軸向磁軸承的磁極面均為柱面，磁軸承發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，定、轉(zhuǎn)子間存在不均勻氣隙，從而產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)負力矩，增加了飛輪扭轉(zhuǎn)軸承的負載。從而降低了飛輪轉(zhuǎn)子的控制精度和控制力矩精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術解決問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種消除了徑向扭動干擾的軸向球面純電磁磁軸承。

本發(fā)明的技術解決方案是：一種軸向球面純電磁磁軸承，主要由定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)軸兩部分組成，定子系統(tǒng)主要包括：上定子鐵芯、下定子鐵芯、上軸向上端激磁線圈、上軸向下端激磁線圈、下軸向下端激磁線圈和下軸向上端激磁線圈；上定子鐵芯包括球面左磁極、球面中磁極和球面右磁極，上定子鐵芯包括球面左磁極、球面中磁極和球面右磁極，且球面中磁極的面積大于球面左磁極和球面右磁極的面積之和，優(yōu)選為球面中磁極的面積為球面左磁極和球面右磁極的面積之和的3倍，上定子鐵芯球面左磁極左側(cè)邊緣與上定子鐵芯球面右磁極右側(cè)邊緣形成的夾角為85°，上定子鐵芯球面左磁極右側(cè)邊緣與上定子鐵芯球面中磁極左側(cè)邊緣之間距離為3.8mm，上定子鐵芯球面右磁極左側(cè)邊緣與上定子鐵芯球面中磁極右側(cè)邊緣之間距離為3.8mm，上定子鐵芯球面左磁極左側(cè)邊緣與上定子鐵芯球面左磁極左側(cè)圓弧邊緣切線所成夾角為45°，上定子鐵芯球面左磁極右側(cè)邊緣與上定子鐵芯球面左磁極右側(cè)圓弧邊緣切線所成夾角為110°，上定子鐵芯球面中磁極左側(cè)邊緣與上定子鐵芯球面中磁極左側(cè)圓弧邊緣切線所成夾角為77°，上定子鐵芯球面中磁極右側(cè)邊緣與上定子鐵芯球面中磁極右側(cè)圓弧邊緣切線所成夾角為77°，上定子鐵芯球面右磁極左側(cè)邊緣與上定子鐵芯球面右磁極左側(cè)圓弧邊緣切線所成夾角為110°，上定子鐵芯球面右磁極右側(cè)邊緣與上定子鐵芯右磁極右側(cè)圓弧邊緣切線所成夾角為45°，下定子鐵芯包括球面左磁極、球面中磁極和球面右磁極，下定子鐵芯球面左磁極左側(cè)邊緣與下定子鐵芯球面右磁極右側(cè)邊緣形成的夾角為85°，下定子鐵芯球面左磁極右側(cè)邊緣與下定子鐵芯球面中磁極左側(cè)邊緣之間距離為3.8mm，下定子鐵芯球面右磁極左側(cè)邊緣與下定子鐵芯球面中磁極右側(cè)邊緣之間距離為3.8mm，下定子鐵芯球面左磁極左側(cè)邊緣與下定子鐵芯球面左磁極左側(cè)圓弧邊緣切線所成夾角為45°，下定子鐵芯球面左磁極右側(cè)邊緣與下定子鐵芯球面左磁極右側(cè)圓弧邊緣切線所成夾角為110°，下定子鐵芯球面中磁極左側(cè)邊緣與下定子鐵芯球面中磁極左側(cè)圓弧邊緣切線所成夾角為77°，下定子鐵芯球面中磁極右側(cè)邊緣與下定子鐵芯球面中磁極右側(cè)圓弧邊緣切線所成夾角為77°，下定子鐵芯球面右磁極左側(cè)邊緣與下定子鐵芯球面右磁極左側(cè)圓弧邊緣切線所成夾角為110°，下定子鐵芯球面右磁極右側(cè)邊緣與下定子鐵芯球面右磁極右側(cè)圓弧邊緣切線所成夾角為45°，上定子鐵芯球面中磁極的徑向內(nèi)側(cè)從上到下依次繞制上軸向上端激磁線圈和上軸向下端激磁線圈，上軸向上端激磁線圈的線圈匝數(shù)為90～180匝，上軸向下端激磁線圈的線圈匝數(shù)為18～48匝，上定子鐵芯、上軸向上端激磁線圈和上軸向下端激磁線圈共同構成上球面定子，下定子鐵芯中磁極的徑向內(nèi)側(cè)從下到上依次繞制有下軸向下端激磁線圈和下軸向上端激磁線圈，下軸向下端激磁線圈的線圈匝數(shù)為70～150匝，下軸向上端激磁線圈的線圈匝數(shù)為10～30匝，下定子鐵芯、下軸向下端激磁線圈和下軸向上端激磁線圈共同構成下球面定子，轉(zhuǎn)軸位于上定子鐵芯和下定子鐵芯之間，轉(zhuǎn)軸上球面與上定子鐵芯球面間留有一定的球殼間隙，形成上軸向球殼氣隙，轉(zhuǎn)軸下球面與下定子鐵芯球面間留有一定的球殼間隙，形成下軸向球殼氣隙。

所述的上定子鐵芯和下定子鐵芯均為1J22導磁塊材材料。