[發明專利]一種隱式高阻尼洛倫茲力徑向磁軸承

在審

• 申請號: 201711488368.7
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108194505A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 劉強;尹兆京;趙明師;吳波;姚舒晏;馬麗梅
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

本發明公開了一種隱式高阻尼洛倫茲力徑向磁軸承，主要由轉子系統和定子系統兩部分組成，轉子系統主要包括：上轉子固定座、外上導磁環、內上導磁環、上磁鋼、下轉子固定座、外下導磁環、內下導磁環和下磁鋼；定子系統主要包括：定子骨架和繞組。本發明采用磁鋼內置的隱式方案，消除了顯式磁鋼方案中的氣隙邊緣效應和因磁鋼拼接引起的磁密波動，提高了氣隙氣密均勻性。此外，利用雙層繞組結構，增加轉子阻尼懸浮力，實現了磁軸承的高阻尼，提高了系統的抗失穩能力。

技術領域

本發明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，尤其涉及一種隱式高阻尼洛倫茲力徑向磁軸承。

背景技術

傳統反作用飛輪、偏置動量輪和姿控-儲能兩用飛輪均是通過改變轉子轉速大小輸出力矩，力矩精度高，常用于高分辨率對地觀測衛星平臺的姿態控制，但力矩偏小，不能滿足航天器敏捷機動的迫切需求。磁懸浮框架飛輪具有大控制力矩和高力矩精度的優點，通過偏轉磁軸承驅使轉子旋轉軸發生偏轉，改變轉子角動量的方向，輸出瞬間較大進動力矩，實現航天器敏捷機動，利用磁軸承對轉子進行主動振動控制和抑制，實現轉子高精度懸浮，輸出高精度控制力矩。磁軸承作為磁懸浮框架飛輪的核心部件之一，是飛輪能夠輸出高精度大力矩的前提保障。

按懸浮力產生方式，主動磁軸承可分為磁阻力磁軸承和洛倫茲力磁軸承。前者通過改變磁極繞組電流的大小和方向來產生所需的控制磁通，從而產生相應的懸浮支承力，但其力與電流成平方關系，經線性化后線性范圍仍較窄，控制精度低。后者通過改變放置于恒定磁場中繞組的電流大小和方向來產生所需的懸浮支承力，其力與電流成線性關系，線性度好，控制精度高。因此洛倫茲力磁軸承更適合用于磁懸浮框架飛輪轉子的高精度懸浮支承。論文《一種磁懸浮陀螺飛輪方案設計與關鍵技術分析》提出一種洛倫茲力徑向磁軸承，其磁鋼位于磁極端部，氣隙邊緣漏磁明顯，降低了磁密均勻性。同時，整環磁鋼尺寸大，需采用拼接結構，拼接縫隙會引起磁密軸向波動，進一步降低了氣隙磁密均勻性。此外，轉子失穩時，轉子振幅非常大，需要增加控制電流抑制轉子振動，電流過大會導致功放飽和產生非線性力，致使轉子失穩不可控。若要抑制轉子振動，必須采用遠高于剛度懸浮力的阻尼懸浮力，及時快速吸收轉子動能，使其趨于穩定。論文《一種磁懸浮陀螺飛輪方案設計與關鍵技術分析》提出一種洛倫茲力徑向磁軸承定子在+X、-X、+Y和-Y四個方向均只有一個繞組，單個通電繞組無法在實現高剛度懸浮力的同時實現更高阻尼懸浮力。

發明內容

本發明的目的是提供一種隱式高阻尼洛倫茲力徑向磁軸承。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明的隱式高阻尼洛倫茲力徑向磁軸承，其較佳的具體實施方式是：

主要由轉子系統和定子系統兩部分組成，轉子系統主要包括：上轉子固定座、外上導磁環、內上導磁環、上磁鋼、下轉子固定座、外下導磁環、內下導磁環和下磁鋼；定子系統主要包括：定子骨架、左上繞組、左下繞組、右上繞組、右下繞組、前上繞組、前下繞組、后上繞組和后下繞組；上轉子固定座內部有一環形槽，外上導磁環、內上導磁環和上磁鋼均位于上轉子固定座的環形槽內，并通過環氧樹脂膠固化安裝在上轉子固定座上，從外往里依次為，外上導磁環、上磁鋼和內上導磁環，下轉子固定座內部有一環形槽，外下導磁環、內下導磁環和下磁鋼均位于下轉子固定座的環形槽內，并通過環氧樹脂膠固化安裝在下轉子固定座上，從外往里依次為，外下導磁環、下磁鋼和內下導磁環，上轉子固定座和下轉子固定座通過緊固螺釘連接在一起，定子骨架位于外上導磁環、內上導磁環和上磁鋼的軸向下方和外下導磁環、內下導磁環和下磁鋼的軸向上方，左上繞組和左下繞組分別纏繞在定子骨架左端上側和左端下側的凸臺上，右上繞組和右下繞組分別纏繞在定子骨架右端上側和右端下側的凸臺上，前上繞組和前下繞組分別纏繞在定子骨架前端上側和前端下側的凸臺上，后上繞組和后下繞組分別纏繞在定子骨架后端上側和后端下側的凸臺上，左上繞組、左下繞組、右上繞組、右下繞組、前上繞組、前下繞組、后上繞組和后下繞組均通過環氧樹脂膠固定在定子骨架上，上轉子固定座、外上導磁環、內上導磁環和上磁鋼的下端面與下轉子固定座、外下導磁環、內下導磁環和下磁鋼上端面之間形成氣隙。