[发明专利]一种四自由度外转子磁轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种四自由度外转子磁轴承，可作为空间用单框架控制力矩陀螺和双框架控制力矩陀螺等旋转部件的无接触支撑。

背景技术

磁悬浮轴承分纯电磁式和永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，前者使用电流大、功耗大，永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，利用永磁体替代纯电磁磁轴承中的偏置电流产生偏置磁场，永磁体产生的磁场承担主要的承载力，电磁磁场提供辅助的调节承载力，因而这种轴承可大大减小控制电流，具有降低功率放大器的损耗、减少磁轴承安匝数、缩小磁轴承体积、提高轴承承载能力等优点，故永磁偏置磁轴承在磁悬浮电机、高速飞轮系统、控制力矩陀螺系统等磁悬浮支承的高速运动场合得到了广泛的应用。空间用磁悬浮控制力矩陀螺采用磁轴承支承，由于克服了传统机械轴承控制力矩陀螺的摩擦以及不平衡振动等问题，因此可实现更高的转速、更长的寿命以及更高的输出力矩精度。现有的磁悬浮控制力矩陀螺为了提高输出力矩大小，通常采用五自由度全主动的磁轴承配置，但是这种结构的磁悬浮控制力矩陀螺由于采用电流实现输出力矩的控制，因此功耗大，体积大，线路复杂，而以被动磁轴承输出力矩的两自由度磁悬浮控制力矩陀螺尽管可以体积做的很小，但是由于被动磁轴承不可控，因此存在阻尼低、稳定性差的缺陷，另外，现有四自由度磁轴承主动部分刚度与被动部分刚度之间有相互影响，会增加控制系统的控制难度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种四自由度外转子磁轴承，以减小自身体积重量和功耗。

本发明的技术解决方案为：一种四自由度外转子磁轴承，由被动部分外转子导磁环、外转子永磁体、外转子导磁体、外转子铁心、气隙、定子铁心、定子导磁环、定子永磁体、线圈、被动部分定子导磁环和被动部分气隙组成，其中每个定子铁心由4个磁极组成，两个定子铁心组成磁轴承上下两端8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极，每个定子铁心的磁极上绕制有线圈，定子铁心外部为外转子铁心，外转子铁心外部为外转子导磁体，外转子铁心内表面与定子铁心外表面留有一定的间隙，形成气隙，定子铁心的径向内部为定子导磁环，两个被动部分定子导磁环位于两个定子铁心之间，定子铁心与被动部分定子导磁环之间有两个定子永磁体，两个被动部分定子导磁环之间有一个定子永磁体，被动部分定子导磁环的径向外部为被动部分外转子导磁环，两个外转子导磁体之间为外转子永磁体，被动部分外转子导磁环的内表面与被动部分定子导磁环的外表面之间留有一定间隙，形成被动部分气隙。

所述的每个定子铁心的磁极绕制有线圈为独立控制。

所述的外转子永磁体和每个定子永磁体为轴向圆环，沿轴向充磁，且体积相等。

所述的定子铁心的磁极采用极靴形式。

所述的被动部分外转子导磁环和被动部分定子导磁环由实心整环导磁材料制成。

所述的被动部分外转子导磁环和被动部分定子导磁环为两个、四个、六个或八个。

所述的被动部分气隙的磁阻为气隙磁阻的2～4倍。