[发明专利]一种U形聚磁效应的隐式洛伦兹力偏转磁轴承

说明书

本发明公开了一种U形聚磁效应的隐式洛伦兹力偏转磁轴承，主要由转子系统和定子系统两部分组成，转子系统主要包括：外安装套、外导磁环、外隔磁环、外轴向充磁磁钢、外径向充磁磁钢、外顺磁环、外磁钢锁母、转盘、外组件锁母、内安装套、内导磁环、内隔磁环、内轴向充磁磁钢、内径向充磁磁钢、内顺磁环、内磁钢锁母、内组件锁母；定子系统主要包括：定子骨架、铝基板、绕组和环氧树脂胶。在磁钢内置的隐式洛伦兹力磁轴承方案的基础上，增加六圈聚拢磁钢，利用其产生的聚拢磁通将磁极端部边缘发散磁通进行压缩，达到聚拢效果，提高了整个气隙的磁密均匀性，提升了磁轴承的偏转悬浮控制精度。

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U形聚磁效应的隐式洛伦兹力偏转磁轴承。

背景技术

按电磁力产生的方式，主动磁轴承可分为磁阻力磁轴承和洛伦兹力磁轴承。前者通过改变磁极线圈电流的大小和方向，来改变磁动势，从而改变磁极处气隙磁通，控制电磁悬浮力的大小，其电磁力与电流的平方成正比，经线性化后，线性范围窄，控制精度低。后者通过改变放置于恒定磁场中的通电绕组电流的大小和方向，产生所需的悬浮力，其力与电流成正比，线性度好，控制精度高。因此，洛伦兹力磁轴承非常适合同时具有姿态控制与敏感功能的磁悬浮陀螺飞轮，用于偏转悬浮支承。控制模式下，利用洛伦兹力磁轴承迫使高速转子旋转轴发生偏转，输出进动控制力矩。敏感模式下，利用洛伦兹力磁轴承补偿高速转子的偏转干扰力矩，使其具有很好的定轴性，敏感航天器姿态。

中国授权专利201110253688.0所述的一种大力矩磁悬浮飞轮和论文《一种磁悬浮陀螺飞轮方案设计与关键技术分析》所述的磁悬浮陀螺飞轮，均采用磁钢外置的显式洛伦兹力偏转磁轴承控制转子径向两自由度偏转，气隙磁密较高，但绕组边缘区域永磁漏磁明显。为进一步提高绕组区域气隙磁密强度，中国专利201610920731.7介绍了一种两自由度Halbach阵列显式洛伦兹力偏转磁轴承，采用Halbach阵列磁钢结构方案，增强了气隙磁场强度，提升了磁轴承偏转力矩。上述两种显式洛伦兹力磁轴承磁钢均位于磁极端部，导致气隙边缘漏磁明显，即磁路边缘效应显著，降低了磁密均匀度。此外，磁钢所在圆的半径较大，整环磁钢需采用多块磁钢拼接而成，拼接处的缝隙会引起磁密轴向波动，进一步降低了气隙磁密的均匀性。为提高气隙磁密均匀性，申请专利201610597382.X提出了一种双永磁体隐式洛伦兹力偏转磁轴承，将磁钢内置于导磁环内部，消除了磁钢因拼接而引起的磁密波动，但磁极边缘处还是存在明显漏磁，磁路边缘效应明显。

发明内容

本发明的目的是提供一种U形聚磁效应的隐式洛伦兹力偏转磁轴承，利用六圈磁钢提供的聚拢磁通，将磁极端部的边缘发散磁通进行压缩，达到聚拢效果，提高整个绕组所在气隙位置磁密的均匀度，从而提升磁轴承偏转悬浮控制精度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：