雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種非接觸磁懸浮軸承，尤其涉及一種雙定子三自由度洛倫茲力磁軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]飛輪通過控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速改變角動量大小輸出力矩來精確控制航天器姿態(tài)。隨著空間技術(shù)的發(fā)展，機械飛輪漸顯不足。磁懸浮飛輪采用磁懸浮非接觸支承技術(shù)，消除了機械軸承引起的摩擦磨損，降低了振動，具有長壽命、高精度、微振動等優(yōu)點，是航天器姿態(tài)控制的理想慣性執(zhí)行機構(gòu)。磁軸承是磁懸浮飛輪系統(tǒng)的核心部件之一，其性能決定了飛輪的最高轉(zhuǎn)速、飛輪振動幅值、承載力等，從而影響飛輪輸出力矩精度和帶寬，是磁懸浮飛輪設(shè)計過程中的首要研宄對象。
[0003]通常磁軸承可以分為磁阻式磁軸承和洛倫茲力磁軸承。前者通過控制磁軸承定、轉(zhuǎn)子間的氣隙磁阻大小，改變電磁力大小和方向，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的無接觸懸浮；后者通過放置于恒定磁場中的定子線圈電流的大小和方向，改變電磁力大小和方向，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子懸浮。通常磁通與磁阻和電流都成線性關(guān)系，電磁力與磁通成平方關(guān)系，從而電磁力與磁阻和電流都成平方關(guān)系，所以經(jīng)線性化后的電磁力與磁阻和電流的線性范圍較窄，因而磁阻式磁軸承的電磁力精度較低。洛倫茲力磁軸承的磁密大小和方向均不變，線圈有效長度為定值，導(dǎo)電線圈產(chǎn)生的電磁力(安培力)只與電流有關(guān)，且成線性關(guān)系，其線性范圍較寬，因而洛倫茲力磁軸承具有很高的控制精度。授權(quán)專利201110253688.0所述的一種大力矩磁懸浮飛輪采用了一種兩自由度洛倫茲力磁軸承，通過控制沿圓周均布放置的四個方形線圈電流的大小和方向，實現(xiàn)了徑向兩個扭動自由度的懸浮控制，控制自由度較少，僅為兩個。論文《一種磁懸浮陀螺飛輪方案設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)分析》所述的磁懸浮陀螺飛輪，在授權(quán)專利201110253688.0所述的洛倫茲力磁軸承方案的基礎(chǔ)上，增加了兩個軸向磁軸承線圈，用于控制飛輪轉(zhuǎn)子的平動。四個方形線圈和兩個環(huán)形線圈均位于同一氣隙內(nèi)，導(dǎo)致了氣隙寬度的增加，從而引起氣隙磁阻的增加。在相同磁動勢的條件下，氣隙內(nèi)的磁密和磁通均大幅下降，從而減小了磁軸承的懸浮支承剛度和電流剛度，降低了承載力，增加了整機的懸浮功耗。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種高剛度、大承載力、低功耗、高線性度的雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]本實用新型的雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承，主要由轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和定子系統(tǒng)兩部分組成；
[0007]轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括:導(dǎo)磁環(huán)、上軸向隔磁環(huán)、下軸向隔磁環(huán)、上軸向磁鋼、下軸向磁鋼、軸向鎖母、上偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)、下偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)、上偏轉(zhuǎn)磁鋼、下偏轉(zhuǎn)磁鋼和偏轉(zhuǎn)鎖母；
[0008]定子系統(tǒng)主要包括:偏轉(zhuǎn)定子骨架、左偏轉(zhuǎn)繞組、右偏轉(zhuǎn)繞組、前偏轉(zhuǎn)繞組、后偏轉(zhuǎn)繞組、偏轉(zhuǎn)定子環(huán)氧樹脂膠、軸向定子骨架、上軸向繞組、下軸向繞組和軸向定子環(huán)氧樹脂膠；
[0009]偏轉(zhuǎn)定子骨架、左偏轉(zhuǎn)繞組、右偏轉(zhuǎn)繞組、前偏轉(zhuǎn)繞組、后偏轉(zhuǎn)繞組和偏轉(zhuǎn)定子環(huán)氧樹脂膠組成偏轉(zhuǎn)定子；
[0010]軸向定子骨架、上軸向繞組、下軸向繞組和軸向定子環(huán)氧樹脂膠組成軸向定子；
[0011]導(dǎo)磁環(huán)上有兩個環(huán)形槽，上軸向隔磁環(huán)、下軸向隔磁環(huán)、上軸向磁鋼、下軸向磁鋼和軸向鎖母位于導(dǎo)磁環(huán)外環(huán)形槽的外圓柱面內(nèi)，上偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)、下偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)、上偏轉(zhuǎn)磁鋼、下偏轉(zhuǎn)磁鋼和偏轉(zhuǎn)鎖母位于導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)環(huán)形槽的外圓柱面內(nèi)，上軸向隔磁環(huán)位于上軸向磁鋼上端，上軸向磁鋼位于上軸向隔磁環(huán)下端和下軸向隔磁環(huán)上端，下軸向隔磁環(huán)位于上軸向磁鋼下端和下軸向磁鋼上端，下軸向磁鋼位于下軸向隔磁環(huán)下端和軸向鎖母上端，上軸向隔磁環(huán)、下軸向隔磁環(huán)、上軸向磁鋼和下軸向磁鋼通過導(dǎo)磁環(huán)和軸向鎖母的螺紋配合安裝在導(dǎo)磁環(huán)外環(huán)形槽上，上偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)位于上偏轉(zhuǎn)磁鋼上端，上偏轉(zhuǎn)磁鋼位于上偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)下端和下偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)上端，下偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)位于上偏轉(zhuǎn)磁鋼下端和下偏轉(zhuǎn)磁鋼上端，下偏轉(zhuǎn)磁鋼位于下偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)下端和偏轉(zhuǎn)鎖母上端，上偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)、下偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)、上偏轉(zhuǎn)磁鋼和下偏轉(zhuǎn)磁鋼通過導(dǎo)磁環(huán)和偏轉(zhuǎn)鎖母的螺紋配合安裝在導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)環(huán)形槽上，偏轉(zhuǎn)定子骨架位于上偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)、下偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)、上偏轉(zhuǎn)磁鋼、下偏轉(zhuǎn)磁鋼和偏轉(zhuǎn)鎖母的徑向內(nèi)側(cè)，左偏轉(zhuǎn)繞組位于偏轉(zhuǎn)定子骨架左端徑向外側(cè)，右偏轉(zhuǎn)繞組位于偏轉(zhuǎn)定子骨架右端徑向外側(cè)，前偏轉(zhuǎn)繞組位于偏轉(zhuǎn)定子骨架前端徑向外側(cè)，后偏轉(zhuǎn)繞組位于偏轉(zhuǎn)定子骨架后端徑向外偵U，左偏轉(zhuǎn)繞組、右偏轉(zhuǎn)繞組、前偏轉(zhuǎn)繞組和后偏轉(zhuǎn)繞組通過偏轉(zhuǎn)定子環(huán)氧樹脂膠固化安裝在偏轉(zhuǎn)定子骨架上，軸向定子骨架位于偏轉(zhuǎn)定子骨架的徑向外側(cè)，并通過其下端螺紋連接固定安裝在偏轉(zhuǎn)定子骨架上，軸向定子骨架位于上軸向隔磁環(huán)、下軸向隔磁環(huán)、上軸向磁鋼、下軸向磁鋼和軸向鎖母的徑向內(nèi)側(cè)，上軸向繞組位于軸向定子骨架上端環(huán)形槽內(nèi)，并通過軸向定子環(huán)氧樹脂膠固化安裝在軸向定子骨架上端環(huán)形槽內(nèi)，下軸向繞組位于軸向定子骨架下端環(huán)形槽內(nèi)，并通過軸向定子環(huán)氧樹脂膠固化安裝在軸向定子骨架下端環(huán)形槽內(nèi)，上軸向隔磁環(huán)、下軸向隔磁環(huán)、上軸向磁鋼、下軸向磁鋼和軸向鎖母與導(dǎo)磁環(huán)間留有一定的間隙，形成軸向空氣氣隙，上偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)、下偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)、上偏轉(zhuǎn)磁鋼、下偏轉(zhuǎn)磁鋼和偏轉(zhuǎn)鎖母與導(dǎo)磁環(huán)間留有一定的間隙，形成偏轉(zhuǎn)空氣氣隙。
[0012]由上述本實用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實用新型實施例提供的雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承，由于采用了雙定子結(jié)構(gòu)，將軸向繞組和偏轉(zhuǎn)繞組分別放置在軸向空氣氣隙和偏轉(zhuǎn)空氣氣隙內(nèi)，減小了氣隙的大小，增強了氣隙內(nèi)的磁密和磁通，降低了懸浮功耗，同時實現(xiàn)了磁軸承軸向平動控制和徑向兩自由度偏轉(zhuǎn)控制的完全解耦，提高了磁軸承控制精度?？勺鳛榭臻g用磁懸浮動量輪等旋轉(zhuǎn)部件的無接觸支承。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型實施例中雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承的徑向X向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本實用新型實施例中雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承的徑向Y向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為本實用新型實施例中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4為本實用新型實施例中定子系統(tǒng)的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5為本實用新型實施例中偏轉(zhuǎn)定子的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6a為本實用新型實施例中偏轉(zhuǎn)定子骨架的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6b為本實用新型實施例中偏轉(zhuǎn)定子骨架的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖7為本實用新型實施例中軸向定子的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖8a為本實用新型實施例中軸向定子骨架的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖8b為本實用新型實施例中軸向定子骨架的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將對本實用新型實施例作進一步地詳細描述。
[0024]本實用新型的雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承，其較佳的【具體實施方式】是如圖1、2所示:
[0025]主要由轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和定子系統(tǒng)兩部分組成；
[0026]轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括:導(dǎo)磁環(huán)1、上軸向隔磁環(huán)2A、下軸向隔磁環(huán)2B、上軸向磁鋼3A、下軸向磁鋼3B、軸向鎖母4、上偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)5A、下偏轉(zhuǎn)隔磁環(huán)5B、上偏轉(zhuǎn)磁鋼6A、下偏轉(zhuǎn)磁鋼6B和偏轉(zhuǎn)鎖母7 ；
[0027]定子系統(tǒng)主要包括:偏轉(zhuǎn)定子骨架8、左偏轉(zhuǎn)繞組9A、右偏轉(zhuǎn)繞組9B、前偏轉(zhuǎn)繞組9C、后偏轉(zhuǎn)繞組9D、偏轉(zhuǎn)定子環(huán)氧樹脂膠10、軸向定子骨架11、上軸向繞組12A、下軸向繞組12B和軸向定子環(huán)氧樹脂膠13 ；
[0028]偏轉(zhuǎn)定子骨架8、左偏轉(zhuǎn)繞組9A、右偏轉(zhuǎn)繞組9B、前偏轉(zhuǎn)繞組9C、后偏轉(zhuǎn)繞組9D和偏轉(zhuǎn)定子環(huán)氧樹脂膠10組成偏轉(zhuǎn)定子；
[0029]軸向定子骨架11、上軸向繞組12A、下軸向繞組12B和軸向定子環(huán)氧樹脂膠13組成軸向定子；
[0030]導(dǎo)磁環(huán)I上有兩個環(huán)形槽，上軸向隔磁環(huán)2A、下軸向隔磁環(huán)2B、上軸向磁鋼3A、下軸向磁鋼3B和軸向鎖母4位于導(dǎo)磁環(huán)I外環(huán)形槽的