[发明专利]一种双偏转隐式洛伦兹力偏转磁轴承

说明书

本发明公开了一种双偏转隐式洛伦兹力偏转磁轴承，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：外安装套、外导磁环、外磁钢、外隔磁环、外导磁锁母、导磁盘、转盘、外组件锁母、内安装套、内导磁环、内磁钢、内隔磁环、内导磁锁母和内组件锁母；定子系统主要包括：定子骨架、铝基板、绕组和环氧树脂胶。本发明采用多圈磁钢轴向内置方案，增大了气隙磁场强度和磁轴承偏转刚度，消除了磁钢因拼接缝隙引起的磁密波动，提高了磁密均匀性和磁轴承控制力矩精度。

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种双偏转隐式洛伦兹力偏转磁轴承。

背景技术

姿态控制系统是航天器的重要子系统，其姿态控制精度直接影响航天器的性能。随着空间技术的发展，航天器对姿态控制系统的要求越来越高，尤其是对体积、重量、寿命、可靠性、功能集成度等具有越来越苛刻的要求。目前绝大部分航天器姿态控制系统还是采用机械飞轮用作姿态系统的执行机构。由于机械飞轮存在固有摩擦、需要润滑、不能进行主动振动控制等缺陷，从根本上限制了飞轮性能进一步提高。磁悬浮飞轮是新一代惯性执行机构，由于采用了磁悬浮支承技术，消除了机械轴承的摩擦磨损，降低了飞轮不平衡质量引起的振动、提高了飞轮输出力矩精度和使用寿命，是高分对地观测卫星的理想惯性执行机构。由于磁悬浮飞轮消除了机械轴承的过零摩擦，在反作用工作模式下具有机械飞轮无法可比的优势。高速偏置工作模式下，磁轴承具有对飞轮转子进行主动振动控制功能和对卫星平台进行振动抑制的功能。进一步提高转速，使飞轮具有较大的动能，通过改变飞轮转速大小，将动能与电能进行相互转换，实现飞轮的姿控和储能两个功能，将其用作姿控储能两用飞轮。由于磁悬浮飞轮转子是在一定的磁间隙内悬浮支承，飞轮旋转轴可以在一定角度范围内来回偏转，能够瞬间输出较大的陀螺力矩，将其用作微框架飞轮，进一步加大偏转角还可用作大力矩飞轮(万向飞轮)。消除三轴平动悬浮对径向偏转悬浮的干扰力矩，使高速旋转的飞轮转子同时具备姿态敏感和姿态控制的功能，将其用作陀螺飞轮。力矩模式下，利用偏转磁轴承迫使高速转子发生进动，输出瞬间大力矩；敏感模式下，利用偏转磁轴承补偿径向扭动干扰力矩，使转子具有很好的定轴性。

洛伦兹力磁轴承产生的电磁力与电流成正比，线性度好，控制精度高，非常适合磁悬浮陀螺飞轮，用于径向两自由度高精度偏转控制。论文《一种磁悬浮陀螺飞轮方案设计与关键技术分析》所述的磁悬浮陀螺飞轮，采用一个三自由度洛伦兹力磁轴承实现了轴向平动和径向两自由度偏转控制，但其轴向绕组和偏转绕组沿径向安置于同一气隙内，气隙宽度一定下，轴向绕组和偏转绕组的总匝数一定，因此两种绕组匝数较少，导致磁轴承轴向平动悬浮刚度和偏转刚度偏低。授权专利201110253688.0一种大力矩磁悬浮飞轮采用偏转洛伦兹力磁轴承控制转子径向两自由度偏转，气隙宽度一定下，增加了绕组线圈匝数，提高了洛伦兹力磁轴承偏转力矩刚度，但其磁钢位于磁极端部，气隙边缘漏磁明显，降低了磁密均匀度。此外，磁钢所在圆的半径较大，整环磁钢需采用多块磁钢拼接而成，拼接缝隙会引起磁密周向波动，进一步降低了气隙磁密均匀性。中国专利201610597382.X一种双永磁体偏转洛伦兹力磁轴承，将磁钢内置于上、下导磁环中，降低了磁钢边缘效应，消除了拼接缝隙引起的磁密波动，但由于磁钢离绕组较远且圈数较少，导致气隙磁密较小，偏转刚度偏低。

发明内容

本发明的目的是提供一种高磁密均匀性、高力矩精度、高偏转刚度的双偏转隐式洛伦兹力偏转磁轴承。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：