[發明專利]一種三自由度軸向磁軸承

有效

• 申請號: 201811413598.1
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109236858B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 謝曉旋;祁曉嵐
• 申請（專利權）人: 華馳動能（北京）科技有限公司
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種三自由度軸向磁軸承，由八個“E”字型軸向磁軸承定子單元和推力盤組成，其中每個“E”字型軸向磁軸承定子單元由三個定子磁極構成，推力盤上存在“山”字型凹槽，八個軸向磁軸承定子單元分別沿±X、±Y、±45°與±135°方向布置，其中±X、±Y方向放置的定子單元第一定子磁極纏繞外線圈，第三定子磁極纏繞內線圈，沿±45°與±135°分布的定子單元在第二定子磁極纏繞中線圈。其中沿±X，±Y方向放置的“E”字型定子單元用以實現推力盤沿X和Y方向上的偏轉控制，沿±45°和±135°方向放置的“E”字型定子單元用以實現推力盤沿Z方向上的平動。本發明所述的軸向磁軸承提高了線圈的利用率，并提高了軸承的承載能力以及偏轉控制的能力。

技術領域

本發明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，特別是一種大承載力分體軸向磁軸承，可作為空間用單框架控制力矩陀螺和雙框架控制力矩陀螺等旋轉部件的無接觸支撐，特別適用于磁懸浮慣性穩定平臺的非接觸支承。

背景技術

常用磁懸浮軸承分電磁偏置式和永磁偏置加電磁控制的混合式磁懸浮軸承，前者采用偏置電流產生偏置磁場，具有剛度阻尼可調等優點；后者利用永磁體替代電流產生偏置磁場，永磁體產生的磁場承擔主要的承載力，電磁磁場提供輔助的調節承載力，具有低功耗等優點。按照承載力的方向分類，磁軸承分為徑向磁軸承和軸向磁軸承。對于現有的軸向磁軸承，發明專利200510011272.2公開了一種低功耗永磁偏置軸向磁軸承結構，利用第二氣隙使得電磁磁路與永磁磁路解耦，發明專利201510585671.3公開了一種非對稱永磁偏置軸向磁軸承，采用雙E型定子鐵心，利用正Z向和負Z向采用不同磁動勢的非對稱環形永磁體產生軸向兩個方向不同的靜態承載力，但是這兩種結構所述的軸向磁軸承均為單自由度磁軸承，即僅僅可產生軸向方向的承載力；而發明專利200710098748.X公開了一種永磁偏置軸向磁軸承，發明專利200710098749.4公開了一種磁懸浮飛輪用軸向磁軸承，這兩類磁軸承將軸向磁軸承在圓周上沿X和Y方向上分為四組磁極，通過控制每組磁極上線圈的電流方向，可實現轉子的軸向平動自由度控制和兩個徑向偏轉自由度控制。但是，當應用于承載500kg相機載荷的慣性平臺這種大直徑大尺寸大承載力的場合時，存在平臺直徑大導致軸承尺寸大幅增加，重量顯著增大的問題。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種分體式、可進行軸向平動和徑向扭動控制的軸向磁軸承。

本發明的技術解決方案為：一種三自由度軸向磁軸承，由八個“E”字型軸向磁軸承定子單元(1)和推力盤(2)組成，其中每個“E”字型軸向磁軸承定子單元(1)由三個定子磁極構成，外側磁極是凸出的第一定子磁極，中間磁極是凹陷的第二定子磁極，內側磁極是凸出的第三定子磁極；推力盤(2)上存在“山”字型凹槽，其外側凹陷，中部凸起，內側凹陷與“E”字型軸向磁軸承定子單元(1)的第一定子磁極、第二定子磁極和第三定子磁極分別形成外側氣隙，中部氣隙，內側氣隙。八個軸向磁軸承定子單元分別沿±X、±Y、±45°與±135°方向布置，其中±X、±Y方向放置的定子單元第一定子磁極纏繞外線圈(11)，第三定子磁極纏繞內線圈(13)，沿±45°與±135°分布的定子單元在第二定子磁極纏繞中線圈(12)。其中沿±X，±Y方向放置的“E”字型定子單元用以實現推力盤(2)沿X和Y方向上的偏轉控制，沿±45°和±135°方向放置的“E”字型定子單元用以實現推力盤(2)沿Z方向上的平動。

所述的推力盤(2)的上方和下方均放置有八個“E”字型軸向磁軸承定子單元(1)，且放置于推力盤(2)上方的八個“E”字型軸向磁軸承定子單元(1)與推力盤(2)之間的磁氣隙與放置于推力盤(2)下方的八個“E”字型軸向磁軸承定子單元(1)與推力盤(2)之間的磁氣隙不相等。

所述的“E”字型定子的材料為1J50、1J22或電工純鐵。

所述的推力盤的材料為鋁合金或鈦合金。