[发明专利]一种大承载力高动态响应轴向洛伦兹力磁轴承

说明书

本发明公开了一种大承载力高动态响应轴向洛伦兹力磁轴承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、外磁钢、外隔磁环、外顺磁环、转盘、内安装套、内导磁环、内磁钢、内隔磁环和内顺磁环；定子系统主要包括：定子骨架、铝基板、恒流线圈、控制线圈和环氧树脂胶。本发明采用多层隐式磁钢结构，利用四层恒流线圈和一层控制线圈产生的安培力提供悬浮支承力，在消除显式磁钢方案中的气隙边缘效应和因磁钢拼接引起的磁密波动的同时，大幅提高了轴承承载力。此外，将恒流线圈与控制线圈分离，减少控制线圈的电感，提高了磁轴承的高频动态响应能力。

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种大承载力高动态响应轴向洛伦兹力磁轴承。

背景技术

精密工作台具有稳定性好、工作精度高等优势，是满足微光刻、数控加工和表面形貌检测等现代高端制造和高精测量的基础装置，在航空航天、高端装备制造等领域具有广阔的应用空间。现有的精密定位工作台按支承方式可分为接触式和非接触式，前者载物台依靠机械轴承支承，具有承载力大等优势，但由于存在接触磨损，导致非线性严重，运动控制精度较低，无法满足高端制造和高精测量的技术要求。后者多采用空气静压轴承或液压轴承支承，具有运动控制精度高、稳定性好等优点，但结构设计复杂，加工制造精度要求高，环境要求高、占用空间大、维护成本高等缺点。磁轴承可实现无接触悬浮支承，具有结构简单、环境适应性强，能够主动振动控制和振动抑制等优点，是实现精密定位工作台的无接触悬浮支承的一种途径。

按悬浮力产生方式，主动磁轴承可分为磁阻力磁轴承和洛伦兹力磁轴承。前者通过改变磁极绕组电流的大小和方向来产生所需的控制磁通，从而产生相应的悬浮支承力，但其力与电流成平方关系，经线性化后线性范围仍较窄，控制精度低。后者通过改变放置于恒定磁场中绕组的电流大小和方向来产生所需的悬浮支承力，其力与电流成线性关系，线性度好，控制精度高。因此洛伦兹力磁轴承更适用于磁悬浮精密工作台的高精度悬浮控制。工作台一般采用轴向承重放置，轴向磁轴承在满足控制精度的同时还需具有较大的承载力，比径向磁轴承和偏转磁轴承要求更高。授权专利201510146044.X一种外转子洛伦兹力轴向磁轴承，采用两层线圈结构，悬浮承载力小，且转子单侧放置磁钢，磁钢端部磁路边缘效应明显，漏磁严重，气隙内磁密均匀性差。此外整环磁钢尺寸大，需采用拼接结构，拼接缝隙会引起磁密轴向波动，进一步降低了气隙磁密均匀性。为提高气隙内磁密均匀性，中国专利201710220579.6一种三自由度隐式洛伦兹力磁轴承和中国专利201710220580.9一种双偏转隐式洛伦兹力偏转磁轴承均将磁钢位于导磁环内部，经导磁环的顺磁作用，消除了磁钢拼接缝处的磁密周向波动，同时减弱了磁极端部磁路边缘效应，提高了气隙内磁密均匀性。上述三种方案线圈的均采用单线圈结构，单个线圈提供悬浮力，力越大，线圈匝数越多，线圈电感越大，严重制约了轴承的高频动态响应能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种大承载力高动态响应轴向洛伦兹力磁轴承。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的大承载力高动态响应轴向洛伦兹力磁轴承，其较佳的具体实施方式是：