[发明专利]一种内转子径向球面纯电磁磁轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种内转子径向球面纯电磁磁轴承。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明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。