一种内转子径向球面纯电磁磁轴承制造技术

本发明专利技术公开了一种内转子径向球面纯电磁磁轴承，包括定子系统和转子系统，定子系统包括左V形球面定子铁心、右V形球面定子铁心、前V形球面定子铁心、后V形球面定子铁心、激磁线圈、上压环、下压环、上定子锁母、下定子锁母和定子套筒；转子系统包括：球面转子叠片、转子套筒和转子锁母；左V形球面定子铁心、右V形球面定子铁心、前V形球面定子铁心、后V形球面定子铁心组成磁轴承左右前后8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极，每个磁极绕制有激磁线圈。便于装配、无扭转负力矩、两自由度径向四通道完全解耦，可作为磁悬浮飞轮等航天器惯性执行机构中转子部件的无接触支撑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种内转子径向球面纯电磁磁轴承。
技术介绍
随着航天技术的发展，航天器平台对姿控精度要求越来越高，传动机械飞轮逐渐显现不足。磁悬浮飞轮采用磁轴承技术，消除了机械轴承引起的摩擦磨损，克服了高速转子对姿控系统的振动干扰，大幅提高了控制力矩的精度和稳定度，其力矩精度可达10-5Nm量级，高于机械飞轮两个数量级。磁悬浮飞轮在转速方面的优势，使其既能用于反作用飞轮，又能用于偏置动量轮，进一步提高转速还可用于姿控储能两用飞轮。对于五自由度全主动控制磁悬浮飞轮，还能用于陀螺飞轮，能瞬间输出较大的陀螺控制力矩。现有磁悬浮飞轮结构中，一般采用单自由度轴向磁轴承+两个两自由度径向磁轴承，或三自由度轴向磁轴承+一个两自由度径向磁轴承结构方案。无论采用哪种结构方案，在满足承载力的条件下，轴向磁轴承在径向方向的跨距和径向磁轴承在轴向方向的跨距均较大。当转子发生平动时，磁轴承磁极处的气隙较均匀，不会相对旋转轴产生扭动力矩。但当转子处于偏转状态下，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。例如专利200510011271.8所述的内转子永磁偏置径向磁轴承和专利201010256248.6所述的双永磁体内转子永磁偏置径向磁轴承的磁极面为柱面，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。专利申请号201410648252.5和201410650800.8所述的永磁偏置球面磁轴承采用球面磁极，避免了因转子偏转导致的气隙不均匀，且转子所受电磁力始终经过球心。当飞轮转子质心与球心完全重合时，完全消除了飞轮转子平动控制对扭动控制的干扰。考虑内转子球面磁轴承的装配关系，磁轴承转子外球面半径必须小于定子球面磁极球面在径向平面内的投影圆半径。装配过程中，磁轴承定、转子间的最小间隙为平衡位置气隙的1/20。由于永磁磁场的存在，过小的气隙会导致在磁轴承定、转子间产生很大的吸力，给装配带来很大的不便。此外，现有永磁偏置球面磁轴承径向四个通道之间存在相互耦合，径向四个通道内电磁力之间存在耦合力，降低了飞轮转子的控制精度和控制力矩精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种便于装配、无扭转负力矩、径向四通道完全解耦的两自由度的内转子径向球面纯电磁磁轴承。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的内转子径向球面纯电磁磁轴承，包括定子系统和转子系统，所述定子系统包括：左V形球面定子铁心、右V形球面定子铁心、前V形球面定子铁心、后V形球面定子铁心、激磁线圈、上压环、下压环、上定子锁母、下定子锁母和定子套筒；所述转子系统包括：球面转子叠片、转子套筒和转子锁母；所述左V形球面定子铁心组成两个磁极，所述右V形球面定子铁心组成两个磁极，所述前V形球面定子铁心组成两个磁极，所述后V形球面定子铁心组成两个磁极，共组成磁轴承左右前后8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极，每个磁极绕制有激磁线圈；所述左V形球面定子铁心、右V形球面定子铁心、前V形球面定子铁心、后V形球面定子铁心、上压环、下压环、上定子锁母和下定子锁母均位于所述定子套筒的径向内侧，所述左V形球面定子铁心位于所述定子套筒左端径向内侧，所述右V形球面定子铁心位于所述定子套筒右端径向内侧，所述前V形球面定子铁心位于所述定子套筒前端径向内侧，所述后V形球面定子铁心位于所述定子套筒后端径向内侧；所述上压环和下压环分别位于所述左V形球面定子铁心、右V形球面定子铁心、前V形球面定子铁心和后V形球面定子铁心的上端和下端，并通过所述上压环的环形槽和下压环的环形槽限制左V形球面定子铁心、右V形球面定子铁心、前V形球面定子铁心和后V形球面定子铁心径向平动，所述上定子锁母位于所述上压环上端和所述定子套筒径向内侧，下定子锁母位于下压环下端和定子套筒径向内侧，上定子锁母和下定子锁母通过与定子套筒的螺纹配合将左V形球面定子铁心、右V形球面定子铁心、前V形球面定子铁心、后V形球面定子铁心、上压环和下压环固定安装在定子套筒上；所述球面转子叠片位于转子套筒径向外侧，并通过转子锁母固定安装在转子套筒上，球面转子叠片外球面与左V形球面定子铁心内球面、右V形球面定子铁心内球面、前V形球面定子铁心内球面和后V形球面定子铁心内球面留有间隙，形成空气气隙。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的内转子径向球面纯电磁磁轴承，由于定子系统包括左V形球面定子铁心、右V形球面定子铁心、前V形球面定子铁心、后V形球面定子铁心、激磁线圈、上压环、下压环、上定子锁母、下定子锁母和定子套筒；转子系统包括球面转子叠片、转子套筒和转子锁母，便于装配、无扭转负力矩、两自由度径向四通道完全解耦，可作为磁悬浮飞轮等航天器惯性执行机构中转子部件的无接触支撑。附图说明图1为本专利技术实施例中内转子径向球面纯电磁磁轴承的轴向局部剖视图；图2为本专利技术实施例中内转子径向球面纯电磁磁轴承的径向剖视图；图3a为本专利技术实施例中的定子系统的剖视图；图3b为本专利技术实施例中的定子系统的三维结构示意图；图4为本专利技术实施例中的转子系统的剖视图；图5a为本专利技术实施例中的左V形球面定子铁心、右V形球面定子铁心、前V形球面定子铁心和后V形球面定子铁心的剖视图；图5b为本专利技术实施例中的左V形球面定子铁心、右V形球面定子铁心、前V形球面定子铁心和后V形球面定子铁心的三维结构示意图；图6a为本专利技术实施例中的球面转子叠片的剖视图；图6b为本专利技术实施例中的球面转子叠片的三维结构示意图；图7a为本专利技术实施例中的定子套筒的剖视图；图7b为本专利技术实施例中的定子套筒的三维结构示意图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术的内转子径向球面纯电磁磁轴承，其较佳的具体实施方式是：包括定子系统和转子系统两部分组成，定子系统主要包括：左V形球面定子铁心、右V形球面定子铁心、前V形球面定子铁心、后V形球面定子铁心、激磁线圈、上压环、下压环、上定子锁母、下定子锁母和定子套筒；转子系统主要包括：球面转子叠片、转子套筒和转子锁母。左V形球面定子铁心组成两个磁极，右V形球面定子铁心组成两个磁极，前V形球面定子铁心组成两个磁极，后V形球面定子铁心组成两个磁极，左V形球面定子铁心、右V形球面定子铁心、前V形球面定子铁心和后V形球面定子铁心组成磁轴承左右前后8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极，每个定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内转子径向球面纯电磁磁轴承，包括定子系统和转子系统，其特征在于：所述定子系统包括：左V形球面定子铁心(1A)、右V形球面定子铁心(1B)、前V形球面定子铁心(1C)、后V形球面定子铁心(1D)、激磁线圈(2)、上压环(3A)、下压环(3B)、上定子锁母(4A)、下定子锁母(4B)和定子套筒(5)；所述转子系统包括：球面转子叠片(6)、转子套筒(7)和转子锁母(8)；所述左V形球面定子铁心(1A)组成两个磁极，所述右V形球面定子铁心(1B)组成两个磁极，所述前V形球面定子铁心(1C)组成两个磁极，所述后V形球面定子铁心(1D)组成两个磁极，共组成磁轴承左右前后8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极，每个磁极绕制有激磁线圈(2)；所述左V形球面定子铁心(1A)、右V形球面定子铁心(1B)、前V形球面定子铁心(1C)、后V形球面定子铁心(1D)、上压环(3A)、下压环(3B)、上定子锁母(4A)和下定子锁母(4B)均位于所述定子套筒(5)的径向内侧，所述左V形球面定子铁心(1A)位于所述定子套筒(5)左端径向内侧，所述右V形球面定子铁心(1B)位于所述定子套筒(5)右端径向内侧，所述前V形球面定子铁心(1C)位于所述定子套筒(5)前端径向内侧，所述后V形球面定子铁心位于所述定子套筒(5)后端径向内侧；所述上压环(3A)和下压环(3B)分别位于所述左V形球面定子铁心(1A)、右V形球面定子铁心(1B)、前V形球面定子铁心(1C)和后V形球面定子铁心(1D)的上端和下端，并通过所述上压环(3A)的环形槽和下压环(3B)的环形槽限制左V形球面定子铁心(1A)、右V形球面定子铁心(1B)、前V形球面定子铁心(1C)和后V形球面定子铁心(1D)径向平动，所述上定子锁母(4A)位于所述上压环(3A)上端和所述定子套筒(5)径向内侧，下定子锁母(4B)位于下压环(3B)下端和定子套筒(5)径向内侧，上定子锁母(4A)和下定子锁母(4B)通过与定子套筒(5)的螺纹配合将左V形球面定子铁心(1A)、右V形球面定子铁心(1B)、前V形球面定子铁心(1C)、后V形球面定子铁心(1D)、上压环(3A)和下压环(3B)固定安装在定子套筒(5)上；所述球面转子叠片(6)位于转子套筒(7)径向外侧，并通过转子锁母(8)固定安装在转子套筒(7)上，球面转子叠片(6)外球面与左V形球面定子铁心(1A)内球面、右V形球面定子铁心(1B)内球面、前V形球面定子铁心(1C)内球面和后V形球面定子铁心(1D)内球面留有间隙，形成空气气隙(9)。...

【技术特征摘要】
1.一种内转子径向球面纯电磁磁轴承，包括定子系统和转子系统，其特征在于：
所述定子系统包括：左V形球面定子铁心(1A)、右V形球面定子铁心(1B)、前V
形球面定子铁心(1C)、后V形球面定子铁心(1D)、激磁线圈(2)、上压环
(3A)、下压环(3B)、上定子锁母(4A)、下定子锁母(4B)和定子套筒(5)；
所述转子系统包括：球面转子叠片(6)、转子套筒(7)和转子锁母(8)；
所述左V形球面定子铁心(1A)组成两个磁极，所述右V形球面定子铁心(1B)组成
两个磁极，所述前V形球面定子铁心(1C)组成两个磁极，所述后V形球面定子铁心
(1D)组成两个磁极，共组成磁轴承左右前后8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁
极，每个磁极绕制有激磁线圈(2)；
所述左V形球面定子铁心(1A)、右V形球面定子铁心(1B)、前V形球面定子铁心
(1C)、后V形球面定子铁心(1D)、上压环(3A)、下压环(3B)、上定子锁母
(4A)和下定子锁母(4B)均位于所述定子套筒(5)的径向内侧，所述左V形球面定子
铁心(1A)位于所述定子套筒(5)左端径向内侧，所述右V形球面定子铁心(1B)位于
所述定子套筒(5)右端径向内侧，所述前V形球面定子铁心(1C)位于所述定子套筒
(5)前端径向内侧，所述后V形球面定子铁心位于所述定子套筒(5)后端径向内侧；
所述上压环(3A)和下压环(3B)分别位于所述左V形球面定子铁心(1A)、右V
形球面定子铁心(1B)、前V形球面定子铁心(1C)和后V形球面定子铁心(1D)的上
端和下端，并通过所述上压环(3A)的环形槽和下压环(3B)的环形槽限制左V形球面
定子铁心(1A)、右V形球面定子铁心(1B)、前V形球面定子铁心(1C)和后V形球面
定子铁心(1D)径向平动，所述上定子锁母(4A)位于所述上压环(3A)上端和所述定
子套筒(5)径向内侧，下定子锁母(4B)位于下压环(3B)下端和定子套筒(5)径向
内侧，上定子锁母(4A)和下定子...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，武登云，王伟，赵航，缪存孝，樊亚洪，姬保平，叶郭波，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：北京;11