本发明专利技术公开了一种两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，由转子系统和定子系统两部分组成，转子系统主要包括：外导磁套、外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母、外下磁钢锁母、转盘、外组件锁母、内导磁套、内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母、内下磁钢锁母和内组件锁母；定子系统主要包括：定子骨架、铝基板、绕组和环氧树脂胶；本发明专利技术由于采用Halbach阵列磁钢结构，增强了气隙磁场强度，提高了磁轴承的承载力和刚度，有利于输出大陀螺控制力矩，利用顺磁套消除了磁钢因拼接缝隙引起的磁密波动，提高了气隙内磁密均匀性，有利于提高输出力矩精度。
【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，尤其涉及一种两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承。
技术介绍
通常磁轴承可以分为磁阻式磁轴承和洛伦兹力磁轴承，前者通过改变气隙或磁动势的大小，从而改变电磁力的大小和方向，后者通过改变放置于恒定磁场中电流的大小和方向实现转子稳定悬浮。磁阻式磁轴承具有承载力大的优点，但磁阻式磁轴承的磁通与电流成线性关系，电磁力与磁通成平方关系，因此磁阻式的电磁力与电流成平方关系，经线性化后其线性范围较窄，控制精度较低。相比之下，洛伦兹力磁轴承的电磁力只与电流有关，且成线性关系，线性度较好，控制精度较高。因此洛伦兹力磁轴承是高精度大力矩磁悬浮陀螺飞轮的理想偏转悬浮支承方式。中国专利201510146044.X所述的一种外转子洛伦兹力轴向磁轴承，通过控制放置于永磁磁场中的绕组电流的大小和方向，产生所需的安培力，实现转子稳定悬浮并输出一定大小的陀螺进动力矩。专利201510144912.0所述的一种双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承利用轴向绕组产生的安培力控制轴向平动，利用成对偏转绕组产生的大小相等方向相反的安培力组成力偶，控制转子径向两个自由度偏转。中国专利201510243920.0所述的一种两自由度洛伦兹力外转子球面磁轴承利用两对成对通电线圈产生的大小相等方向相反的安培力组成力偶，控制径向两自由度的偏转。上述洛伦兹力磁轴承有一个共同特征，均采用单圈磁钢结构，气隙内磁场强度较低，导致磁轴承承载力和输出的扭动力矩较小。此外，上述方案中的各圈磁钢均采用多块拼接而成，各块磁钢存在拼接缝隙，导致气隙内的磁密存在较大波动，降低了磁轴承的控制精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高磁场强度、高磁密均匀性、高控制力矩精度的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，主要由转子系统和定子系统组成，转子系统主要包括：外导磁套、外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母、外下磁钢锁母、转盘、外组件锁母、内导磁套、内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母、内下磁钢锁母和内组件锁母；定子系统主要包括：定子骨架、铝基板、左绕组、右绕组、前绕组、后绕组和环氧树脂胶；外导磁套位于外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母和外下磁钢锁母的径向外侧，外隔磁环位于外导磁套的径向内侧中心位置，外上Halbach阵列磁钢和外下Halbach阵列磁钢分别位于外隔磁环的上端和下端，外上顺磁套位于外上Halbach阵列磁钢的径向内侧，外下顺磁套位于外下Halbach阵列磁钢的径向内侧，外上磁钢锁母位于外上Halbach阵列磁钢和外上顺磁套的上端，外下磁钢锁母位于外下Halbach阵列磁钢和外下顺磁套的下端，外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套和外下顺磁套位于外导磁套的径向内侧，并通过外上磁钢锁母和外下磁钢锁母与外导磁套的螺纹配合固定安装在外导磁套上，外导磁套、外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母和外下磁钢锁母位于转盘环形槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母与转盘的螺纹配合固定安装在转盘上，内导磁套位于内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母和内下磁钢锁母的径向内侧，内隔磁环位于内导磁套的径向外侧中心位置，内上Halbach阵列磁钢和内下Halbach阵列磁钢分别位于内隔磁环的上端和下端，内上顺磁套位于内上Halbach阵列磁钢的径向外侧，内下顺磁套位于内下Halbach阵列磁钢的径向外侧，内上磁钢锁母位于内上Halbach阵列磁钢和内上顺磁套的上端，内下磁钢锁母位于内下Halbach阵列磁钢和内下顺磁套的下端，内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套和内下顺磁套位于内导磁套的径向外侧，并通过内上磁钢锁母和内下磁钢锁母与内导磁套的螺纹配合固定安装在内导磁套上，内导磁套、内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母和内下磁钢锁母位于转盘环形槽内壁径向外侧，并通过内组件锁母与转盘的螺纹配合固定安装在转盘上，定子骨架位于外隔磁环、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母、外下磁钢锁母和外组件锁母的径向内侧，铝基板位于定子骨架的径向外侧下方，并通过螺纹配合固定在定子骨架上，左绕组、右绕组、前绕组和后绕组分别位于定子骨架的左端径向外侧、右端径向外侧、前端径向外侧和后端径向外侧，左绕组、右绕组、前绕组和后绕组通过环氧树脂胶固化安装在定子骨架上，外隔磁环、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母和外下磁钢锁母的内圆柱面与内隔磁环、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母和内下磁钢锁母的外圆柱面之间形成气隙。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两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，由于采用Halbach阵列磁钢结构，与传统采用单圈磁钢结构相比，增强了气隙磁场强度，提高了磁轴承的承载力和支承刚度，在相同悬浮力的情况下，降低了控制电流，进而降低了悬浮功耗。利用顺磁套消除了传统洛伦兹力磁轴承因磁钢拼接引起的磁密波动，提高了气隙磁密均匀性和磁轴承的控制精度。附图说明图1为本专利技术实施例提供的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承的径向X向剖视结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承的径向Y向剖视结构示意图；图3为本专利技术实施例中的转子系统的剖视图；图4为本专利技术实施例中的定子系统的剖视图；图5a为本专利技术实施例中的定子骨架的剖视图；图5b为本专利技术实施例中的定子骨架的三维结构示意图；图6为本专利技术实施例中的外导磁套、外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母和外下磁钢锁母组成的组件剖视图；图7为本专利技术实施例中的内导磁套、内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母和内下磁钢锁母组成的组件剖视图。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。本专利技术的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，其较佳的具体实施方式是：主要由转子系统和定子系统组成，转子系统主要包括：外导磁套、外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母、外下磁钢锁母、转盘、外组件锁母、内导磁套、内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母、内下磁钢锁母和内组件锁母；定子系统主要包括：定子骨架、铝基板、左绕组、右绕组、前绕组、后绕组和环氧树脂胶；外导磁套位于外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母和外下磁钢锁本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，主要由转子系统和定子系统组成，其特征在于：所述转子系统主要包括：外导磁套(1)、外隔磁环(2)、外上Halbach阵列磁钢(3A)、外下Halbach阵列磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上磁钢锁母(5A)、外下磁钢锁母(5B)、转盘(6)、外组件锁母(7)、内导磁套(8)、内隔磁环(9)、内上Halbach阵列磁钢(10A)、内下Halbach阵列磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)、内下顺磁套(11B)、内上磁钢锁母(12A)、内下磁钢锁母(12B)和内组件锁母(13)；所述定子系统主要包括：定子骨架(14)、铝基板(15)、左绕组(16A)、右绕组(16B)、前绕组(16C)、后绕组(16D)和环氧树脂胶(17)；所述外导磁套(1)位于外隔磁环(2)、外上Halbach阵列磁钢(3A)、外下Halbach阵列磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上磁钢锁母(5A)和外下磁钢锁母(5B)的径向外侧，外隔磁环(2)位于外导磁套(1)的径向内侧中心位置，外上Halbach阵列磁钢(3A)和外下Halbach阵列磁钢(3B)分别位于外隔磁环(2)的上端和下端，外上顺磁套(4A)位于外上Halbach阵列磁钢(3A)的径向内侧，外下顺磁套(4B)位于外下Halbach阵列磁钢(3B)的径向内侧，外上磁钢锁母(5A)位于外上Halbach阵列磁钢(3A)和外上顺磁套(4A)的上端，外下磁钢锁母(5B)位于外下Halbach阵列磁钢(3B)和外下顺磁套(4B)的下端，外隔磁环(2)、外上Halbach阵列磁钢(3A)、外下Halbach阵列磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)和外下顺磁套(4B)位于外导磁套(1)的径向内侧，并通过外上磁钢锁母(5A)和外下磁钢锁母(5B)与外导磁套(1)的螺纹配合固定安装在外导磁套(1)上，外导磁套(1)、外隔磁环(2)、外上Halbach阵列磁钢(3A)、外下Halbach阵列磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上磁钢锁母(5A)和外下磁钢锁母(5B)位于转盘(6)环形槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母(7)与转盘(6)的螺纹配合固定安装在转盘(6)上，内导磁套(8)位于内隔磁环(9)、内上Halbach阵列磁钢(10A)、内下Halbach阵列磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)、内下顺磁套(11B)、内上磁钢锁母(12A)和内下磁钢锁母(12B)的径向内侧，内隔磁环(9)位于内导磁套(8)的径向外侧中心位置，内上Halbach阵列磁钢(10A)和内下Halbach阵列磁钢(10B)分别位于内隔磁环(9)的上端和下端，内上顺磁套(11A)位于内上Halbach阵列磁钢(10A)的径向外侧，内下顺磁套(11B)位于内下Halbach阵列磁钢(10B)的径向外侧，内上磁钢锁母(12A)位于内上Halbach阵列磁钢(10A)和内上顺磁套(11A)的上端，内下磁钢锁母(12B)位于内下Halbach阵列磁钢(10B)和内下顺磁套(11B)的下端，内隔磁环(9)、内上Halbach阵列磁钢(10A)、内下Halbach阵列磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)和内下顺磁套(11B)位于内导磁套(8)的径向外侧，并通过内上磁钢锁母(12A)和内下磁钢锁母(12B)与内导磁套(8)的螺纹配合固定安装在内导磁套(8)上，内导磁套(8)、内隔磁环(9)、内上Halbach阵列磁钢(10A)、内下Halbach阵列磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)、内下顺磁套(11B)、内上磁钢锁母(12A)和内下磁钢锁母(12B)位于转盘(6)环形槽内壁径向外侧，并通过内组件锁母(13)与转盘(6)的螺纹配合固定安装在转盘(6)上，定子骨架(14)位于外隔磁环(2)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上磁钢锁母(5A)、外下磁钢锁母(5B)和外组件锁母(7)的径向内侧，铝基板(15)位于定子骨架(14)的径向外侧下方，并通过螺纹配合固定在定子骨架(14)上，左绕组(16A)、右绕组(16B)、前绕组(16C)和后绕组(16D)分别位于定子骨架(14)的左端径向外侧、右端径向外侧、前端径向外侧和后端径向外侧，左绕组(16A)、右绕组(16B)、前绕组(16C)和后绕组(16D)通过环氧树脂胶(17)固化安装在定子骨架(14)上，外隔磁环(2)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上磁钢锁母(5A)和外下磁钢锁母(5B)的内圆柱面与内隔磁环(9)、内上顺磁套(11A)、内下顺磁套(11B)、内上磁钢锁母(12A)和内下磁钢锁母(12B)的外圆柱面之间形成气隙(18)。...
【技术特征摘要】
1.一种两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，主要由转子系统和定子系统组成，其特征在于：所述转子系统主要包括：外导磁套(1)、外隔磁环(2)、外上Halbach阵列磁钢(3A)、外下Halbach阵列磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上磁钢锁母(5A)、外下磁钢锁母(5B)、转盘(6)、外组件锁母(7)、内导磁套(8)、内隔磁环(9)、内上Halbach阵列磁钢(10A)、内下Halbach阵列磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)、内下顺磁套(11B)、内上磁钢锁母(12A)、内下磁钢锁母(12B)和内组件锁母(13)；所述定子系统主要包括：定子骨架(14)、铝基板(15)、左绕组(16A)、右绕组(16B)、前绕组(16C)、后绕组(16D)和环氧树脂胶(17)；所述外导磁套(1)位于外隔磁环(2)、外上Halbach阵列磁钢(3A)、外下Halbach阵列磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上磁钢锁母(5A)和外下磁钢锁母(5B)的径向外侧，外隔磁环(2)位于外导磁套(1)的径向内侧中心位置，外上Halbach阵列磁钢(3A)和外下Halbach阵列磁钢(3B)分别位于外隔磁环(2)的上端和下端，外上顺磁套(4A)位于外上Halbach阵列磁钢(3A)的径向内侧，外下顺磁套(4B)位于外下Halbach阵列磁钢(3B)的径向内侧，外上磁钢锁母(5A)位于外上Halbach阵列磁钢(3A)和外上顺磁套(4A)的上端，外下磁钢锁母(5B)位于外下Halbach阵列磁钢(3B)和外下顺磁套(4B)的下端，外隔磁环(2)、外上Halbach阵列磁钢(3A)、外下Halbach阵列磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)和外下顺磁套(4B)位于外导磁套(1)的径向内侧，并通过外上磁钢锁母(5A)和外下磁钢锁母(5B)与外导磁套(1)的螺纹配合固定安装在外导磁套(1)上，外导磁套(1)、外隔磁环(2)、外上Halbach阵列磁钢(3A)、外下Halbach阵列磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上磁钢锁母(5A)和外下磁钢锁母(5B)位于转盘(6)环形槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母(7)与转盘(6)的螺纹配合固定安装在转盘(6)上，内导磁套(8)位于内隔磁环(9)、内上Halbach阵列磁钢(10A)、内下Halbach阵列磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)、内下顺磁套(11B)、内上磁钢锁母(12A)和内下磁钢锁母(12B)的径向内侧，内隔磁环(9)位于内导磁套(8)的径向外侧中心位置，内上Halbach阵列磁钢(10A)和内下Halbach阵列磁钢(10B)分别位于内隔磁环(9)的上端和下端，内上顺磁套(11A)位于内上Halbach阵列磁钢(10A)的径向外侧，内下顺磁套(11B)位于内下Halbach阵列磁钢(10B)的径向外侧，内上磁钢锁母(12A)位于内上Halbach阵列磁钢(10A)和内上顺磁套(11A)的上端，内下磁钢锁母(12B)位于内下Halbach阵列磁钢(10B)和内下顺磁套(11B)的下端，内隔磁环(9)、内上Halbach阵列磁钢(10A)、内下Halbach阵列磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)和内下顺磁套(11B)位于内导磁套(8)的径向外侧，并通过内上磁钢锁母(12A)和内下磁钢锁母(12B)与内导磁套(8)的螺纹配合固定安装在内导磁套(8)上，内导磁套(8)、内隔磁环(9)...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，胡灯亮，吴波，马丽梅，赵勇，赵明师，高宪鹏，
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
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。