[发明专利]一种隐式高阻尼洛伦兹力径向磁轴承

说明书

本发明公开了一种隐式高阻尼洛伦兹力径向磁轴承，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：上转子固定座、外上导磁环、内上导磁环、上磁钢、下转子固定座、外下导磁环、内下导磁环和下磁钢；定子系统主要包括：定子骨架和绕组。本发明采用磁钢内置的隐式方案，消除了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，提高了气隙气密均匀性。此外，利用双层绕组结构，增加转子阻尼悬浮力，实现了磁轴承的高阻尼，提高了系统的抗失稳能力。

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种隐式高阻尼洛伦兹力径向磁轴承。

背景技术

传统反作用飞轮、偏置动量轮和姿控-储能两用飞轮均是通过改变转子转速大小输出力矩，力矩精度高，常用于高分辨率对地观测卫星平台的姿态控制，但力矩偏小，不能满足航天器敏捷机动的迫切需求。磁悬浮框架飞轮具有大控制力矩和高力矩精度的优点，通过偏转磁轴承驱使转子旋转轴发生偏转，改变转子角动量的方向，输出瞬间较大进动力矩，实现航天器敏捷机动，利用磁轴承对转子进行主动振动控制和抑制，实现转子高精度悬浮，输出高精度控制力矩。磁轴承作为磁悬浮框架飞轮的核心部件之一，是飞轮能够输出高精度大力矩的前提保障。

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合用于磁悬浮框架飞轮转子的高精度悬浮支承。论文《一种磁悬浮陀螺飞轮方案设计与关键技术分析》提出一种洛伦兹力径向磁轴承，其磁钢位于磁极端部，气隙边缘漏磁明显，降低了磁密均匀性。同时，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。此外，转子失稳时，转子振幅非常大，需要增加控制电流抑制转子振动，电流过大会导致功放饱和产生非线性力，致使转子失稳不可控。若要抑制转子振动，必须采用远高于刚度悬浮力的阻尼悬浮力，及时快速吸收转子动能，使其趋于稳定。论文《一种磁悬浮陀螺飞轮方案设计与关键技术分析》提出一种洛伦兹力径向磁轴承定子在+X、-X、+Y和-Y四个方向均只有一个绕组，单个通电绕组无法在实现高刚度悬浮力的同时实现更高阻尼悬浮力。

发明内容

本发明的目的是提供一种隐式高阻尼洛伦兹力径向磁轴承。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的隐式高阻尼洛伦兹力径向磁轴承，其较佳的具体实施方式是：

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：上转子固定座、外上导磁环、内上导磁环、上磁钢、下转子固定座、外下导磁环、内下导磁环和下磁钢；定子系统主要包括：定子骨架、左上绕组、左下绕组、右上绕组、右下绕组、前上绕组、前下绕组、后上绕组和后下绕组；上转子固定座内部有一环形槽，外上导磁环、内上导磁环和上磁钢均位于上转子固定座的环形槽内，并通过环氧树脂胶固化安装在上转子固定座上，从外往里依次为，外上导磁环、上磁钢和内上导磁环，下转子固定座内部有一环形槽，外下导磁环、内下导磁环和下磁钢均位于下转子固定座的环形槽内，并通过环氧树脂胶固化安装在下转子固定座上，从外往里依次为，外下导磁环、下磁钢和内下导磁环，上转子固定座和下转子固定座通过紧固螺钉连接在一起，定子骨架位于外上导磁环、内上导磁环和上磁钢的轴向下方和外下导磁环、内下导磁环和下磁钢的轴向上方，左上绕组和左下绕组分别缠绕在定子骨架左端上侧和左端下侧的凸台上，右上绕组和右下绕组分别缠绕在定子骨架右端上侧和右端下侧的凸台上，前上绕组和前下绕组分别缠绕在定子骨架前端上侧和前端下侧的凸台上，后上绕组和后下绕组分别缠绕在定子骨架后端上侧和后端下侧的凸台上，左上绕组、左下绕组、右上绕组、右下绕组、前上绕组、前下绕组、后上绕组和后下绕组均通过环氧树脂胶固定在定子骨架上，上转子固定座、外上导磁环、内上导磁环和上磁钢的下端面与下转子固定座、外下导磁环、内下导磁环和下磁钢上端面之间形成气隙。