[发明专利]一种两自由度洛伦兹力外转子球面磁轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种两自由度洛伦兹力外转子球面磁轴承。

背景技术

磁悬浮轴承分为磁阻式磁轴承和洛伦兹力磁轴承，前者通过改变磁轴承的气隙磁阻来改变磁通的大小，从而控制磁轴承输出的电磁力。由于电磁力与磁通的平方成正比，磁通与线圈磁动势成正比，因而磁阻式磁轴承电磁力与线圈控制电流成平方关系，采用线性化后的线性范围较窄。洛伦兹力磁轴承的气隙磁阻和磁动势为恒值，气隙内的磁密和磁通不变，输出电磁力与线圈控制电流成正比，具有较好的线性度。因而洛伦兹力磁轴承非常适合于高精度控制，可用作磁悬浮大力矩飞轮和磁悬浮敏感陀螺径向两自由度偏转悬浮支承。

现有技术中，授权专利201110253688.0所述的一种大力矩磁悬浮飞轮采用了一种两自由度洛伦兹力磁轴承，通过控制沿圆周方向均匀放置的四个方形线圈电流的大小和方向，实现了径向两个偏转自由度的悬浮控制。该方案中的洛伦兹力磁轴承定子为圆柱状的杯形定子，磁间隙为圆环柱状，洛伦兹力磁轴承只能发生很小角度的偏转，一般为1°～3°，导致磁悬浮大力矩飞轮输出大力矩时间较短和最大输出陀螺力矩较小。由于导磁材料的边缘效应，导致该方案中气隙内部磁场在径向方向不均匀，致使洛伦兹力磁轴承发生偏转时作用于控制线圈的磁密发生改变，从而降低了电磁力的精度。此外，该方案中洛伦兹力杯形定子为导热性较差的非金属材料，不易于散热，致使磁轴承工作时温度偏高，降低了磁轴承自身的可靠性和寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够大角度偏转、易于散热、高控制力矩精度的两自由度洛伦兹力球面磁轴承。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的两自由度洛伦兹力外转子球面磁轴承，主要由定子系统和转子系统两部分组成，定子系统主要包括：左线圈、右线圈、前线圈、后线圈、左隔磁凸台、右隔磁凸台、前隔磁凸台、后隔磁凸台、定子球面导磁环、左隔磁螺钉、右隔磁螺钉、前隔磁螺钉、后隔磁螺钉、环氧树脂胶和安装座；转子系统主要包括：上球面磁钢、下球面磁钢、隔磁环、转子导磁环、转子锁母和转子套筒；左线圈、右线圈、前线圈和后线圈成对使用，左线圈和右线圈组成一对用于径向X向偏转控制，前线圈和后线圈组成一对用于径向Y向偏转控制，左线圈缠绕在左隔磁凸台上，右线圈缠绕在右隔磁凸台上，前线圈缠绕在前隔磁凸台上，后线圈缠绕在后隔磁凸台上，左隔磁凸台位于定子球面导磁环径向左侧，并通过左隔磁螺钉固定在定子球面导磁环外球面上，右隔磁凸台位于定子球面导磁环径向右侧，并通过右隔磁螺钉固定在定子球面导磁环外球面上，前隔磁凸台位于定子球面导磁环径向前侧，并通过前隔磁螺钉固定在定子球面导磁环外球面上，后隔磁凸台位于定子球面导磁环径向后侧，并通过后隔磁螺钉固定在定子球面导磁环外球面上，左线圈、右线圈、前线圈和后线圈通过环氧树脂胶固化安装在定子球面导磁环上，左线圈、右线圈、前线圈、后线圈、左隔磁凸台、右隔磁凸台、前隔磁凸台、后隔磁凸台、定子球面导磁环、左隔磁螺钉、右隔磁螺钉、前隔磁螺钉、后隔磁螺钉和环氧树脂胶位于安装座的上端，并通过定子球面导磁环与安装座的螺纹连接固定安装在安装座上，上球面磁钢和下球面磁钢分别位于左线圈、右线圈、前线圈和后线圈的径向外侧上方和径向外侧下方，隔磁环位于上球面磁钢和下球面磁钢之间，转子导磁环位于上球面磁钢、下球面磁钢和隔磁环的径向外侧，转子锁母位于下球面磁钢和转子导磁环的下端，上球面磁钢、下球面磁钢、隔磁环、转子导磁环和转子锁母位于转子套筒的径向内侧，并通过转子锁母与转子套筒的螺纹连接固定安装在转子套筒的径向内侧，上球面磁钢和下球面磁钢与定子球面导磁环间留有一定的间隙，形成空气气隙。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的两自由度洛伦兹力球面磁轴承，由于采用了球壳状气隙结构，与柱壳状气隙的洛伦兹力磁轴承相比，增加了洛伦兹力磁轴承的偏转角度，同时不改变作用于定子线圈的磁场强度，提高了磁轴承偏转控制力矩精度。与双边转子的洛伦兹力磁轴承相比，本发明由于采用了单边外转子结构，其线圈直接安装在定子导磁环上，通电线圈产生的热量可迅速通过高导热系统的导磁环直接传导出去，降低了磁轴承系统的温升，提高了系统可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的两自由度洛伦兹力外转子球面磁轴承的径向X向剖视图；

图2为本发明实施例提供的两自由度洛伦兹力外转子球面磁轴承的径向Y向剖视图；

图3a为本发明实施例中的定子系统的径向X向截面图；

图3b为本发明实施例中的定子系统的径向Y向截面图；