一種內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向球面純電磁磁軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，尤其涉及一種內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向球面純電磁磁軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天技術(shù)的發(fā)展，航天器平臺對姿控精度要求越來越高，傳動機械飛輪逐漸顯現(xiàn)不足。磁懸浮飛輪采用磁軸承技術(shù)，消除了機械軸承引起的摩擦磨損，克服了高速轉(zhuǎn)子對姿控系統(tǒng)的振動干擾，大幅提高了控制力矩的精度和穩(wěn)定度，其力矩精度可達1-5Nm量級，高于機械飛輪兩個數(shù)量級。磁懸浮飛輪在轉(zhuǎn)速方面的優(yōu)勢，使其既能用于反作用飛輪，又能用于偏置動量輪，進一步提高轉(zhuǎn)速還可用于姿控儲能兩用飛輪。對于五自由度全主動控制磁懸浮飛輪，還能用于陀螺飛輪，能瞬間輸出較大的陀螺控制力矩。現(xiàn)有磁懸浮飛輪結(jié)構(gòu)中，一般采用單自由度軸向磁軸承+兩個兩自由度徑向磁軸承，或三自由度軸向磁軸承+一個兩自由度徑向磁軸承結(jié)構(gòu)方案。無論采用哪種結(jié)構(gòu)方案，在滿足承載力的條件下，軸向磁軸承在徑向方向的跨距和徑向磁軸承在軸向方向的跨距均較大。當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生平動時，磁軸承磁極處的氣隙較均勻，不會相對旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生扭動力矩。但當(dāng)轉(zhuǎn)子處于偏轉(zhuǎn)狀態(tài)下，磁軸承定、轉(zhuǎn)子間的磁氣隙不均勻，導(dǎo)致磁極面內(nèi)的電磁力不均勻，從而產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)子質(zhì)心的扭轉(zhuǎn)力矩，即平動控制對扭動控制產(chǎn)生干擾力矩。例如專利20051001127L 8所述的內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置徑向磁軸承和專利201010256248.6所述的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置徑向磁軸承的磁極面為柱面，磁軸承發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，定、轉(zhuǎn)子間存在不均勻氣隙，從而產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)負力矩，增加了飛輪扭轉(zhuǎn)軸承的負載。專利申請?zhí)?01410648252.5和201410650800.8所述的永磁偏置球面磁軸承采用球面磁極，避免了因轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致的氣隙不均勻，且轉(zhuǎn)子所受電磁力始終經(jīng)過球心。當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)子質(zhì)心與球心完全重合時，完全消除了飛輪轉(zhuǎn)子平動控制對扭動控制的干擾?？紤]內(nèi)轉(zhuǎn)子球面磁軸承的裝配關(guān)系，磁軸承轉(zhuǎn)子外球面半徑必須小于定子球面磁極球面在徑向平面內(nèi)的投影圓半徑。裝配過程中，磁軸承定、轉(zhuǎn)子間的最小間隙為平衡位置氣隙的1/20。由于永磁磁場的存在，過小的氣隙會導(dǎo)致在磁軸承定、轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生很大的吸力，給裝配帶來很大的不便。此外，現(xiàn)有永磁偏置球面磁軸承徑向四個通道之間存在相互耦合，徑向四個通道內(nèi)電磁力之間存在耦合力，降低了飛輪轉(zhuǎn)子的控制精度和控制力矩精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種便于裝配、無扭轉(zhuǎn)負力矩、徑向四通道完全解耦的兩自由度的內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向球面純電磁磁軸承。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明的內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向球面純電磁磁軸承，包括定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，所述定子系統(tǒng)包括:左V形球面定子鐵心、右V形球面定子鐵心、前V形球面定子鐵心、后V形球面定子鐵心、激磁線圈、上壓環(huán)、下壓環(huán)、上定子鎖母、下定子鎖母和定子套筒；
[0006]所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括:球面轉(zhuǎn)子疊片、轉(zhuǎn)子套筒和轉(zhuǎn)子鎖母；
[0007]所述左V形球面定子鐵心組成兩個磁極，所述右V形球面定子鐵心組成兩個磁極，所述前V形球面定子鐵心組成兩個磁極，所述后V形球面定子鐵心組成兩個磁極，共組成磁軸承左右前后8個磁極，分別組成X、Y軸正負方向的磁極，每個磁極繞制有激磁線圈；
[0008]所述左V形球面定子鐵心、右V形球面定子鐵心、前V形球面定子鐵心、后V形球面定子鐵心、上壓環(huán)、下壓環(huán)、上定子鎖母和下定子鎖母均位于所述定子套筒的徑向內(nèi)側(cè)，所述左V形球面定子鐵心位于所述定子套筒左端徑向內(nèi)側(cè)，所述右V形球面定子鐵心位于所述定子套筒右端徑向內(nèi)側(cè)，所述前V形球面定子鐵心位于所述定子套筒前端徑向內(nèi)側(cè)，所述后V形球面定子鐵心位于所述定子套筒后端徑向內(nèi)側(cè)；
[0009]所述上壓環(huán)和下壓環(huán)分別位于所述左V形球面定子鐵心、右V形球面定子鐵心、前V形球面定子鐵心和后V形球面定子鐵心的上端和下端，并通過所述上壓環(huán)的環(huán)形槽和下壓環(huán)的環(huán)形槽限制左V形球面定子鐵心、右V形球面定子鐵心、前V形球面定子鐵心和后V形球面定子鐵心徑向平動，所述上定子鎖母位于所述上壓環(huán)上端和所述定子套筒徑向內(nèi)偵牝下定子鎖母位于下壓環(huán)下端和定子套筒徑向內(nèi)側(cè)，上定子鎖母和下定子鎖母通過與定子套筒的螺紋配合將左V形球面定子鐵心、右V形球面定子鐵心、前V形球面定子鐵心、后V形球面定子鐵心、上壓環(huán)和下壓環(huán)固定安裝在定子套筒上；
[0010]所述球面轉(zhuǎn)子疊片位于轉(zhuǎn)子套筒徑向外側(cè)，并通過轉(zhuǎn)子鎖母固定安裝在轉(zhuǎn)子套筒上，球面轉(zhuǎn)子疊片外球面與左V形球面定子鐵心內(nèi)球面、右V形球面定子鐵心內(nèi)球面、前V形球面定子鐵心內(nèi)球面和后V形球面定子鐵心內(nèi)球面留有間隙，形成空氣氣隙。
[0011]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向球面純電磁磁軸承，由于定子系統(tǒng)包括左V形球面定子鐵心、右V形球面定子鐵心、前V形球面定子鐵心、后V形球面定子鐵心、激磁線圈、上壓環(huán)、下壓環(huán)、上定子鎖母、下定子鎖母和定子套筒；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括球面轉(zhuǎn)子疊片、轉(zhuǎn)子套筒和轉(zhuǎn)子鎖母，便于裝配、無扭轉(zhuǎn)負力矩、兩自由度徑向四通道完全解耦，可作為磁懸浮飛輪等航天器慣性執(zhí)行機構(gòu)中轉(zhuǎn)子部件的無接觸支撐。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例中內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向球面純電磁磁軸承的軸向局部剖視圖；
[0013]圖2為本發(fā)明實施例中內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向球面純電磁磁軸承的徑向剖視圖；
[0014]圖3a為本發(fā)明實施例中的定子系統(tǒng)的剖視圖；
[0015]圖3b為本發(fā)明實施例中的定子系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4為本發(fā)明實施例中的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剖視圖；
[0017]圖5a為本發(fā)明實施例中的左V形球面定子鐵心、右V形球面定子鐵心、前V形球面定子鐵心和后V形球面定子鐵心的剖視圖；
[0018]圖5b為本發(fā)明實施例中的左V形球面定子鐵心、右V形球面定子鐵心、前V形球面定子鐵心和后V形球面定子鐵心的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6a為本發(fā)明實施例中的球面轉(zhuǎn)子疊片的剖視圖；
[0020]圖6b為本發(fā)明實施例中的球面轉(zhuǎn)子疊片的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖7a為本發(fā)明實施例中的定子套筒的剖視圖；
[0022]圖7b為本發(fā)明實施例中的定子套筒的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。
[0024]本發(fā)明的內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向球面純電磁磁軸承，其較佳的【具體實施方式】是:
[0025]包括定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)兩部分組成，定子系統(tǒng)主要包括:左V形球面定子鐵心、右V形球面定子鐵心、前V形球面定子鐵心、后V形球面定子鐵心、激磁線圈、上壓環(huán)、下壓環(huán)、上定子鎖母、下定子鎖母和定子套筒；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括:球面轉(zhuǎn)子疊片、轉(zhuǎn)子套筒和轉(zhuǎn)子鎖母。左V形球面定子鐵心組成兩個磁極，右V形球面定子鐵心組成兩個磁極，前V形球面定子鐵心組成兩個磁極，后V形球面定子鐵心組成兩個磁極，左V形球面定子鐵心、右V形球面定子鐵心、前V形球面定子鐵心和后V形球面定子鐵心組成磁軸承左右前后8個磁極，分別組成X、Y軸正負方向的磁極，每個定子磁極繞制有激磁線圈，左V形球面定子鐵心、右V形球面定子鐵心