[發(fā)明專利]一種檢控共位球面軸向純電磁磁阻力磁軸承

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710375273.8
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107044485B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 劉強;趙明師;吳波;吳立志;俞建榮;馬麗梅;趙晶
• 申請（專利權(quán)）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 北京中政聯(lián)科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

一種檢控共位球面軸向純電磁磁阻力磁軸承，其包括定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子，定子系統(tǒng)包括：上球面定子鐵心、下球面定子鐵心、激磁線圈、傳感器線圈、傳感器骨架、屏蔽線和傳感器屏蔽筒。本發(fā)明磁極面為球面，轉(zhuǎn)子所受懸浮電磁力始終過球心，當質(zhì)心與球心重合時，消除了軸向平動懸浮對偏轉(zhuǎn)懸浮的干擾。定子磁極外環(huán)面積為內(nèi)環(huán)面積的2?3倍，減弱了磁極外環(huán)表面的磁場強度和磁極端部漏磁效應，降低了軸向平動懸浮對徑向平動懸浮的干擾。此外，傳感器骨架軸線與球面定子鐵心軸線重合，實現(xiàn)了位移檢測點與控制點共位，消除了因檢控異位所需轉(zhuǎn)換矩陣引起的誤差，進一步提高了轉(zhuǎn)子懸浮控制精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，特別是一種軸向平動檢測與控制為一體，且位移檢測點與控制點共位的球面軸向純電磁磁軸承，可用于磁懸浮控制敏感陀螺軸向單自由度高精度懸浮支承。

背景技術(shù)

磁懸浮控制敏感陀螺是更具發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮藨B(tài)控制與敏感為一體的慣性機構(gòu)，同時具有高精度的姿態(tài)控制功能和徑向兩自由度姿態(tài)敏感功能，是天基平臺實現(xiàn)甚穩(wěn)超靜的理想選擇。磁軸承是磁懸浮控制敏感陀螺核心部件之一，對陀螺的姿控精度與敏感精度具有重要影響。

與洛倫茲力相比，磁阻力磁軸承的電磁懸浮力與電流成平方關(guān)系，具有功耗低、承載力大等優(yōu)點，常用于轉(zhuǎn)子平動懸浮控制。球面磁阻力磁軸承的氣隙為球殼狀，其電磁懸浮力始終指向球心，且偏轉(zhuǎn)前后氣隙形狀不會發(fā)生改變，轉(zhuǎn)子磁極表面磁密分布均勻。當轉(zhuǎn)子質(zhì)心與球心重合時，電磁懸浮力過質(zhì)心，即消除了平動懸浮對偏轉(zhuǎn)懸浮的干擾，提高了懸浮控制精度。球面純電磁磁阻力磁軸承斷電狀態(tài)下，無電磁吸力，非常便于系統(tǒng)裝配和調(diào)試，非常適合磁懸浮控制敏感陀螺軸向懸浮支承。專利申請?zhí)?01510813055.9所述的一種內(nèi)轉(zhuǎn)子磁懸浮球面陀螺飛輪采用一種球面軸向純電磁磁阻力磁軸承，其轉(zhuǎn)子所受懸浮電磁力始終過轉(zhuǎn)子球心，當轉(zhuǎn)子質(zhì)心與球心重合時，消除了軸向平動懸浮對偏轉(zhuǎn)懸浮的干擾。為了陀螺結(jié)構(gòu)緊湊，該磁軸承的磁極內(nèi)、外環(huán)面積相等，磁極外環(huán)處的磁密與內(nèi)環(huán)處的磁密相等，由于磁通在磁極外環(huán)邊緣存在強邊緣漏磁效應，導致軸向平動懸浮對徑向平動懸浮產(chǎn)生較大干擾。專利申請?zhí)?01510370246.2所述的一種雙線圈球面純電磁磁軸承和專利申請?zhí)?01510370225.0所述的一種球面純電磁磁軸承均采用雙線圈結(jié)構(gòu)，提高了電流相應速率，但其磁極內(nèi)環(huán)面積為外環(huán)面積的3倍，導致磁極外環(huán)表面的磁場較強，在磁極外環(huán)端部的強邊緣漏磁效應下，轉(zhuǎn)子軸向平動懸浮對徑向平動懸浮產(chǎn)生較大干擾。此外，在上述三種方案中，軸向平動位移檢測點與控制點異位，需要轉(zhuǎn)換矩陣來估計磁軸承中心控制點處的位移。由于轉(zhuǎn)換矩陣存在測量誤差，且該誤差隨時間、溫度、應力變化，降低了磁軸承的平動懸浮精度。

發(fā)明內(nèi)容

傳統(tǒng)的磁軸承系統(tǒng)中檢測機構(gòu)(即傳感器線圈)和執(zhí)行結(jié)構(gòu)(即發(fā)力裝置)采用分立式結(jié)構(gòu)布局，即傳感器線圈與磁軸承發(fā)力位置異位，本發(fā)明將磁軸承的檢測機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)裝配位置關(guān)系為共線，其檢測中心軸與磁軸承的合力作用方向一致，實現(xiàn)了磁軸承的檢測與控制共位。本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種磁路邊緣效應弱、檢測與控制共位的球面軸向純電磁磁阻力磁軸承。