[實(shí)用新型]一種兩自由度洛倫茲力外轉(zhuǎn)子球面磁軸承

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520308928.6
• 申請(qǐng)日: 2015-05-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204716759U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉強(qiáng);孟偉;梁棟航
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京石油化工學(xué)院;中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): F16C32/04
• 分類號(hào): F16C32/04;F16C37/00
• 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

本實(shí)用新型涉及一種非接觸磁懸浮軸承，尤其涉及一種兩自由度洛倫茲力外轉(zhuǎn)子球面磁軸承。

背景技術(shù)

磁懸浮軸承分為磁阻式磁軸承和洛倫茲力磁軸承，前者通過(guò)改變磁軸承的氣隙磁阻來(lái)改變磁通的大小，從而控制磁軸承輸出的電磁力。由于電磁力與磁通的平方成正比，磁通與線圈磁動(dòng)勢(shì)成正比，因而磁阻式磁軸承電磁力與線圈控制電流成平方關(guān)系，采用線性化后的線性范圍較窄。洛倫茲力磁軸承的氣隙磁阻和磁動(dòng)勢(shì)為恒值，氣隙內(nèi)的磁密和磁通不變，輸出電磁力與線圈控制電流成正比，具有較好的線性度。因而洛倫茲力磁軸承非常適合于高精度控制，可用作磁懸浮大力矩飛輪和磁懸浮敏感陀螺徑向兩自由度偏轉(zhuǎn)懸浮支承。

現(xiàn)有技術(shù)中，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)控制沿圓周方向均勻放置的四個(gè)方形線圈電流的大小和方向，實(shí)現(xiàn)了徑向兩個(gè)偏轉(zhuǎn)自由度的懸浮控制。該方案中的洛倫茲力磁軸承定子為圓柱狀的杯形定子，磁間隙為圓環(huán)柱狀，洛倫茲力磁軸承只能發(fā)生很小角度的偏轉(zhuǎn)，一般為1°～3°，導(dǎo)致磁懸浮大力矩飛輪輸出大力矩時(shí)間較短和最大輸出陀螺力矩較小。由于導(dǎo)磁材料的邊緣效應(yīng)，導(dǎo)致該方案中氣隙內(nèi)部磁場(chǎng)在徑向方向不均勻，致使洛倫茲力磁軸承發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)作用于控制線圈的磁密發(fā)生改變，從而降低了電磁力的精度。此外，該方案中洛倫茲力杯形定子為導(dǎo)熱性較差的非金屬材料，不易于散熱，致使磁軸承工作時(shí)溫度偏高，降低了磁軸承自身的可靠性和壽命。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠大角度偏轉(zhuǎn)、易于散熱、高控制力矩精度的兩自由度洛倫茲力球面磁軸承。

本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本實(shí)用新型的兩自由度洛倫茲力外轉(zhuǎn)子球面磁軸承，主要由定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)兩部分組成，定子系統(tǒng)主要包括：左線圈、右線圈、前線圈、后線圈、左隔磁凸臺(tái)、右隔磁凸臺(tái)、前隔磁凸臺(tái)、后隔磁凸臺(tái)、定子球面導(dǎo)磁環(huán)、左隔磁螺釘、右隔磁螺釘、前隔磁螺釘、后隔磁螺釘、環(huán)氧樹(shù)脂膠和安裝座；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括：上球面磁鋼、下球面磁鋼、隔磁環(huán)、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)、轉(zhuǎn)子鎖母和轉(zhuǎn)子套筒；左線圈、右線圈、前線圈和后線圈成對(duì)使用，左線圈和右線圈組成一對(duì)用于徑向X向偏轉(zhuǎn)控制，前線圈和后線圈組成一對(duì)用于徑向Y向偏轉(zhuǎn)控制，左線圈纏繞在左隔磁凸臺(tái)上，右線圈纏繞在右隔磁凸臺(tái)上，前線圈纏繞在前隔磁凸臺(tái)上，后線圈纏繞在后隔磁凸臺(tái)上，左隔磁凸臺(tái)位于定子球面導(dǎo)磁環(huán)徑向左側(cè)，并通過(guò)左隔磁螺釘固定在定子球面導(dǎo)磁環(huán)外球面上，右隔磁凸臺(tái)位于定子球面導(dǎo)磁環(huán)徑向右側(cè)，并通過(guò)右隔磁螺釘固定在定子球面導(dǎo)磁環(huán)外球面上，前隔磁凸臺(tái)位于定子球面導(dǎo)磁環(huán)徑向前側(cè)，并通過(guò)前隔磁螺釘固定在定子球面導(dǎo)磁環(huán)外球面上，后隔磁凸臺(tái)位于定子球面導(dǎo)磁環(huán)徑向后側(cè)，并通過(guò)后隔磁螺釘固定在定子球面導(dǎo)磁環(huán)外球面上，左線圈、右線圈、前線圈和后線圈通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠固化安裝在定子球面導(dǎo)磁環(huán)上，左線圈、右線圈、前線圈、后線圈、左隔磁凸臺(tái)、右隔磁凸臺(tái)、前隔磁凸臺(tái)、后隔磁凸臺(tái)、定子球面導(dǎo)磁環(huán)、左隔磁螺釘、右隔磁螺釘、前隔磁螺釘、后隔磁螺釘和環(huán)氧樹(shù)脂膠位于安裝座的上端，并通過(guò)定子球面導(dǎo)磁環(huán)與安裝座的螺紋連接固定安裝在安裝座上，上球面磁鋼和下球面磁鋼分別位于左線圈、右線圈、前線圈和后線圈的徑向外側(cè)上方和徑向外側(cè)下方，隔磁環(huán)位于上球面磁鋼和下球面磁鋼之間，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)位于上球面磁鋼、下球面磁鋼和隔磁環(huán)的徑向外側(cè)，轉(zhuǎn)子鎖母位于下球面磁鋼和轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)的下端，上球面磁鋼、下球面磁鋼、隔磁環(huán)、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)和轉(zhuǎn)子鎖母位于轉(zhuǎn)子套筒的徑向內(nèi)側(cè)，并通過(guò)轉(zhuǎn)子鎖母與轉(zhuǎn)子套筒的螺紋連接固定安裝在轉(zhuǎn)子套筒的徑向內(nèi)側(cè)，上球面磁鋼和下球面磁鋼與定子球面導(dǎo)磁環(huán)間留有一定的間隙，形成空氣氣隙。

由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的兩自由度洛倫茲力球面磁軸承，由于采用了球殼狀氣隙結(jié)構(gòu)，與柱殼狀氣隙的洛倫茲力磁軸承相比，增加了洛倫茲力磁軸承的偏轉(zhuǎn)角度，同時(shí)不改變作用于定子線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度，提高了磁軸承偏轉(zhuǎn)控制力矩精度。與雙邊轉(zhuǎn)子的洛倫茲力磁軸承相比，本實(shí)用新型由于采用了單邊外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其線圈直接安裝在定子導(dǎo)磁環(huán)上，通電線圈產(chǎn)生的熱量可迅速通過(guò)高導(dǎo)熱系統(tǒng)的導(dǎo)磁環(huán)直接傳導(dǎo)出去，降低了磁軸承系統(tǒng)的溫升，提高了系統(tǒng)可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的兩自由度洛倫茲力外轉(zhuǎn)子球面磁軸承的徑向X向剖視圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的兩自由度洛倫茲力外轉(zhuǎn)子球面磁軸承的徑向Y向剖視圖；

圖3a為本實(shí)用新型實(shí)施例中的定子系統(tǒng)的徑向X向截面圖；

圖3b為本實(shí)用新型實(shí)施例中的定子系統(tǒng)的徑向Y向截面圖；