[发明专利]一种旋转调制双线圈轴向球面纯电磁磁轴承

说明书

一种旋转调制双线圈轴向球面纯电磁磁轴承，包括：上定子铁心、下定子铁心、上轴向上端激磁线圈、上轴向下端激磁线圈、下轴向上端激磁线圈、下轴向下端激磁线圈、转子、上轴向气隙、下轴向气隙、定子安装盘、旋转调制转子轴承套、旋转调制轴承、旋转调制转子锁母、超声波电机转子、超声波电机定子、旋转调制定子轴承套和旋转调制定子锁母。上、下定子铁心采用极靴结构，上、下定子铁心的激磁线圈采用双线圈结构，且两线圈匝数不同，匝数少的线圈电流可控，匝数大的线圈电流不变，电流响应速率高。双线圈轴向球面纯电磁磁轴承的定子通过超声电机进行驱动，具有旋转调制功能，可消除陀螺转子旋转引入的陀螺漂移，提高了其实现角速率检测时的检测精度。

技术领域

本发明涉及一种非接触轴向磁悬浮轴承，特别是一种具有旋转调制功能的双线圈轴向球面纯电磁磁轴承，可作为小型航天器中旋转部件的无接触支撑，特别适用于磁悬浮敏感陀螺的非接触支承。

技术背景

随着航天技术的发展，卫星、空间站等航天器对于姿态控制的精度要求越来越高，传统机械动量轮已经不能满足要求。磁悬浮飞轮采用磁轴承支承，消除了机械轴承带来的磨损，提高了控制力矩的精度和稳定度。

现有磁悬浮飞轮结构中，一般采用单自由度轴向磁轴承或三自由度轴向磁轴承。无论采用何种方案，在满足承载力的条件下，当转子发生平动时，磁轴承磁极处的气隙较均匀不会相对转轴产生扭动力矩。但当转子发生偏转时，磁轴承定、转子间的磁气隙不均匀，导致磁极面内的电磁力不均匀，从而产生相对转子质心的扭转力矩，即平动控制对扭动控制产生干扰力矩。中国专利申请号200510011272.2和200710098749.4所述的永磁偏置轴向磁轴承的磁极面均为柱面，磁轴承发生偏转时，定、转子间存在不均匀气隙，从而产生较大的扭转负力矩，增加了飞轮扭转轴承的负载，从而降低了飞轮转子的控制精度和控制力矩精度。另外，现有的磁悬浮飞轮或者磁悬浮陀螺，如果要实现其作为敏感部件的检测功能，往往受限于环境干扰力矩导致其检测部件精度的降低。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种消除了干扰的、且具有旋转调制功能的双线圈轴向球面纯电磁磁轴承。

本发明的技术解决方案是：一种旋转调制双线圈轴向球面纯电磁磁轴承，主要包括：上定子铁心、下定子铁心、上轴向上端激磁线圈、上轴向下端激磁线圈、下轴向上端激磁线圈、下轴向下端激磁线圈、转子、上轴向气隙、下轴向气隙、定子安装盘、旋转调制转子轴承套、旋转调制轴承、旋转调制转子锁母、超声波电机转子、超声波电机定子、旋转调制定子轴承套和旋转调制定子锁母组成。其中上轴向上端激磁线圈和上轴向下端激磁线圈绕制于上定子铁心的空腔中，下轴向上端激磁线圈和下轴向下端激磁线圈绕制于下定子铁心中，上定子铁心和下定子铁心之间为转子，上定子铁心和转子之间形成上轴向气隙，下定子铁心和转子之间形成下轴向气隙，上定子铁心与定子安装盘通过螺钉固定连接，下定子铁心与旋转调制转子轴承套通过螺钉固定连接，定子安装盘与旋转调制转子轴承套之间为过盈配合连接，旋转调制转子轴承套的径向外侧是旋转调制轴承的内圈，旋转调制轴承的外圈与旋转调制定子轴承套过盈配合连接，定子安装盘与超声波电机转子固连，超声波电机转子与超声波电机定子通过压力固连，超声波电机定子与旋转调制定子轴承套过盈配合连接，旋转调制转子锁母将旋转调制轴承的内圈在轴向方向上固定在旋转调制转子轴承套上，旋转调制定子锁母将旋转调制轴承的外圈在轴向方向上固定在旋转调制定子轴承套上。

所述的上定子铁心球面左磁极左侧边缘与上定子铁心球面右磁极右侧边缘形成的夹角为90°，上定子铁心球面左磁极右侧边缘与上定子铁心球面中磁极左侧边缘之间距离为2mm，上定子铁心球面右磁极左侧边缘与上定子铁心球面中磁极右侧边缘之间距离为2mm，上定子铁心球面中磁极根部左侧圆锥面与上定子铁心球面左磁极和上定子铁心球面中磁极的连接处所成角度为88°，上定子铁心球面中磁极根部右侧圆锥面与上定子铁心球面中磁极和上定子铁心球面右磁极的连接处所成角度为88°；下定子铁心与上定子铁心形状完全相同。