[发明专利]一种检控共位球面轴向纯电磁磁阻力磁轴承

说明书

一种检控共位球面轴向纯电磁磁阻力磁轴承，其包括定子系统和转子，定子系统包括：上球面定子铁心、下球面定子铁心、激磁线圈、传感器线圈、传感器骨架、屏蔽线和传感器屏蔽筒。本发明磁极面为球面，转子所受悬浮电磁力始终过球心，当质心与球心重合时，消除了轴向平动悬浮对偏转悬浮的干扰。定子磁极外环面积为内环面积的2‑3倍，减弱了磁极外环表面的磁场强度和磁极端部漏磁效应，降低了轴向平动悬浮对径向平动悬浮的干扰。此外，传感器骨架轴线与球面定子铁心轴线重合，实现了位移检测点与控制点共位，消除了因检控异位所需转换矩阵引起的误差，进一步提高了转子悬浮控制精度。

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种轴向平动检测与控制为一体，且位移检测点与控制点共位的球面轴向纯电磁磁轴承，可用于磁悬浮控制敏感陀螺轴向单自由度高精度悬浮支承。

背景技术

磁悬浮控制敏感陀螺是更具发展潜力的新一代集姿态控制与敏感为一体的惯性机构，同时具有高精度的姿态控制功能和径向两自由度姿态敏感功能，是天基平台实现甚稳超静的理想选择。磁轴承是磁悬浮控制敏感陀螺核心部件之一，对陀螺的姿控精度与敏感精度具有重要影响。

与洛伦兹力相比，磁阻力磁轴承的电磁悬浮力与电流成平方关系，具有功耗低、承载力大等优点，常用于转子平动悬浮控制。球面磁阻力磁轴承的气隙为球壳状，其电磁悬浮力始终指向球心，且偏转前后气隙形状不会发生改变，转子磁极表面磁密分布均匀。当转子质心与球心重合时，电磁悬浮力过质心，即消除了平动悬浮对偏转悬浮的干扰，提高了悬浮控制精度。球面纯电磁磁阻力磁轴承断电状态下，无电磁吸力，非常便于系统装配和调试，非常适合磁悬浮控制敏感陀螺轴向悬浮支承。专利申请号201510813055.9所述的一种内转子磁悬浮球面陀螺飞轮采用一种球面轴向纯电磁磁阻力磁轴承，其转子所受悬浮电磁力始终过转子球心，当转子质心与球心重合时，消除了轴向平动悬浮对偏转悬浮的干扰。为了陀螺结构紧凑，该磁轴承的磁极内、外环面积相等，磁极外环处的磁密与内环处的磁密相等，由于磁通在磁极外环边缘存在强边缘漏磁效应，导致轴向平动悬浮对径向平动悬浮产生较大干扰。专利申请号201510370246.2所述的一种双线圈球面纯电磁磁轴承和专利申请号201510370225.0所述的一种球面纯电磁磁轴承均采用双线圈结构，提高了电流相应速率，但其磁极内环面积为外环面积的3倍，导致磁极外环表面的磁场较强，在磁极外环端部的强边缘漏磁效应下，转子轴向平动悬浮对径向平动悬浮产生较大干扰。此外，在上述三种方案中，轴向平动位移检测点与控制点异位，需要转换矩阵来估计磁轴承中心控制点处的位移。由于转换矩阵存在测量误差，且该误差随时间、温度、应力变化，降低了磁轴承的平动悬浮精度。

发明内容

传统的磁轴承系统中检测机构(即传感器线圈)和执行结构(即发力装置)采用分立式结构布局，即传感器线圈与磁轴承发力位置异位，本发明将磁轴承的检测机构和执行机构装配位置关系为共线，其检测中心轴与磁轴承的合力作用方向一致，实现了磁轴承的检测与控制共位。本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种磁路边缘效应弱、检测与控制共位的球面轴向纯电磁磁阻力磁轴承。