[發(fā)明專利]一種控制敏感隱式球形洛倫茲力磁軸承

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710419079.5
• 申請(qǐng)日: 2017-06-06
• 公開（公告）號(hào): CN107191485B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉強(qiáng);趙明師;馬麗梅;趙勇;吳波;吳立志;俞建榮;姚舒晏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京石油化工學(xué)院
• 主分類號(hào): F16C32/04
• 分類號(hào): F16C32/04
• 代理公司: 北京凱特來知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮(zhèn)勇

本發(fā)明公開了一種控制敏感隱式球形洛倫茲力磁軸承，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：安裝套、磁鋼、導(dǎo)磁環(huán)、擋環(huán)、擋環(huán)鎖母、轉(zhuǎn)盤和組件鎖母；定子系統(tǒng)主要包括：定子骨架、偏轉(zhuǎn)線圈、敏感線圈、環(huán)氧樹脂膠和鋁基板。本發(fā)明在現(xiàn)有球形隱式洛倫茲力磁軸承方案的基礎(chǔ)上，采用三角形導(dǎo)磁環(huán)和梯形磁鋼結(jié)構(gòu)，提高了磁路順磁效應(yīng)，提升氣隙磁密均勻性。同時(shí)，采用雙線圈定子結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)控制與角度敏感的分離，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)控制和角度敏感雙重功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，特別是一種控制敏感隱式球形洛倫茲力磁軸承。

背景技術(shù)

反作用飛輪、偏置動(dòng)量輪和姿控儲(chǔ)能兩用飛輪均是通過改變轉(zhuǎn)速的大小來改變角動(dòng)量的大小，輸出控制力矩，力矩精度高，但力矩較小，不能滿足航天器敏捷激動(dòng)的迫切需求。磁懸浮陀螺飛輪通過偏轉(zhuǎn)磁軸承迫使高速轉(zhuǎn)子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，改變轉(zhuǎn)子角動(dòng)量方向，輸出進(jìn)動(dòng)控制力矩，力矩大。此外，可利用偏轉(zhuǎn)磁軸承補(bǔ)償偏轉(zhuǎn)干擾力矩，使大慣量高速轉(zhuǎn)子具有很好的定軸性，敏感航天器姿態(tài)。所以，偏轉(zhuǎn)磁軸承作為磁懸浮陀螺飛輪核心部件之一，對(duì)陀螺的姿控精度與敏感精度具有重要影響。洛倫茲力磁軸承的偏轉(zhuǎn)力矩與電流成正比，線性度好，控制精度高，常用作陀螺轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)懸浮控制。

中國(guó)專利201110253688.0一種大力矩磁懸浮飛輪和申請(qǐng)專利201510813055.9一種內(nèi)轉(zhuǎn)子磁懸浮球面陀螺飛輪所述的洛倫茲力磁軸承，均為顯式(磁鋼外置)結(jié)構(gòu)，其磁鋼位于氣隙兩側(cè)，端部磁路邊緣效應(yīng)明顯，漏磁嚴(yán)重，氣隙內(nèi)磁密均勻性差。此外，整環(huán)磁鋼尺寸大，需采用拼接結(jié)構(gòu)，拼接縫隙會(huì)引起磁密周向波動(dòng)，進(jìn)一步降低了氣隙磁密均勻性。為提氣隙內(nèi)磁密均勻性，中國(guó)專利201610597382.X一種雙永磁體偏轉(zhuǎn)洛倫茲力磁軸承提出了一種隱式洛倫茲力磁軸承，其磁鋼位于導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)部，經(jīng)導(dǎo)磁環(huán)的順磁作用，消除了磁鋼拼接縫處的磁密周向波動(dòng)，同時(shí)減弱了磁極端部磁路邊緣效應(yīng)，提高了氣隙內(nèi)磁密均勻性。上述三種洛倫茲力磁軸承方案的定子均為圓柱狀的杯形定子，磁間隙均為柱殼狀，轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角度較小，輸出力矩時(shí)間短，最大進(jìn)動(dòng)控制力矩偏小。為此，中國(guó)專利201510243920.0一種兩自由度洛倫茲力外轉(zhuǎn)子球面磁軸承介紹了一種氣隙為球殼狀的顯式球形洛倫茲力磁軸承，提高了轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角度。但該方案轉(zhuǎn)子采用單圈磁鋼結(jié)構(gòu)，氣隙磁密低，懸浮功耗大。為提高氣隙磁密，中國(guó)專利201610983437.0一種梯形球面偏轉(zhuǎn)洛倫茲力磁軸承和中國(guó)專利201510811186.3一種外轉(zhuǎn)子磁懸浮錐形球面陀螺飛輪所述的顯示球形洛倫茲力磁軸承均采用雙圈磁鋼結(jié)構(gòu)。此外，磁鋼截面為梯形，減弱了磁場(chǎng)邊緣效應(yīng)，提高了磁密均勻性。上述三種顯式球形洛倫茲力磁軸承的磁鋼位于氣隙兩側(cè)，端部磁路邊緣效應(yīng)明顯，漏磁嚴(yán)重，氣隙內(nèi)磁密均勻性差。綜合隱式洛倫茲力磁軸承和顯示球形洛倫茲力磁軸承的優(yōu)點(diǎn)，中國(guó)專利201610921211.8一種雙Halbach陣列球形洛倫茲力磁軸承介紹了一種隱式球形洛倫茲力磁軸承方案，利用導(dǎo)磁環(huán)消除了磁鋼因拼接縫隙引起的磁密波動(dòng)，提高了氣隙內(nèi)磁密均勻性，采用Halbach陣列磁鋼結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度。上述方案的永磁磁路未經(jīng)優(yōu)化，磁通在導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)部分布均勻性差，導(dǎo)致磁路順次效應(yīng)差，降低了氣隙磁密的均勻性。此外上述方案的定子采用單線圈結(jié)構(gòu)，單個(gè)線圈既要控制轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)，又要敏感姿態(tài)角度。控制模式下，線圈控制電流較大，敏感模式下線圈敏感電流非常小，敏感電流會(huì)淹沒在控制電流中。導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)控制和角度敏感雙重功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種控制敏感隱式球形洛倫茲力磁軸承。

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

本發(fā)明的控制敏感隱式球形洛倫茲力磁軸承，其較佳的具體實(shí)施方式是：