專利名稱:一種雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承，包括定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)兩部分，定子系統(tǒng)主要包括：定子上球面鐵心、定子下球面鐵心、激磁線圈、定子隔磁環(huán)、定子上導磁環(huán)、定子下導磁環(huán)、定子永磁體、定子套筒和定子鎖環(huán)；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括：轉(zhuǎn)子上球面鐵心、轉(zhuǎn)子下球面鐵心、轉(zhuǎn)子隔磁環(huán)、轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)、轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)、轉(zhuǎn)子永磁體、轉(zhuǎn)子套筒和轉(zhuǎn)子鎖環(huán)；定子上球面鐵心組成4個磁極，定子下球面鐵心組成4個磁極，定子上球面鐵心和定子下球面鐵心組成磁軸承上下兩端8個磁極，分別組成X、Y軸正負方向的球面磁極，每個定子磁極繞制有激磁線圈。避免了徑向平動控制對徑向扭動控制的干擾，減小了其自身剩磁對外界的磁干擾，可作為空間用磁懸浮萬向動量輪等旋轉(zhuǎn)部件的無接觸支承，提高動量輪的控制力矩精度。
【專利說明】一種雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種非接觸磁懸浮軸承，尤其涉及一種雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承。

【背景技術(shù)】
[0002]純電磁磁軸承利用偏置電流提供偏置磁場，線圈繞組電流較大，導致磁軸承功耗大。永磁偏置混合磁軸承利用永磁體產(chǎn)生的永磁磁場提供偏置磁場，替代純電磁磁軸承中偏置電流產(chǎn)生的偏置磁場，可大大減小磁軸承控制電流，降低功率放大器功耗，縮小磁軸承體積，提高軸承承載力。所以永磁偏置磁軸承在磁懸浮鼓風機、磁懸浮油氣儲運壓縮機、磁懸浮電機、磁懸浮儲能飛輪、磁懸浮動量輪、磁懸浮控制力矩陀螺等高速運動場合得到廣泛應用。
[0003]磁懸浮飛輪消除了機械軸承的摩擦磨損，無需潤滑，具有高力矩精度、微振動和主動振動抑制的功能等優(yōu)點，是高精度對地觀測衛(wèi)星的理想慣性執(zhí)行機構(gòu)。磁懸浮飛輪在轉(zhuǎn)速方面的優(yōu)勢，使其既能工作在反作用狀態(tài)用于反作用飛輪，又能工作在偏置狀態(tài)用于偏置動量輪，進一步提高轉(zhuǎn)速還可用于姿控儲能兩用飛輪。上述三大類磁懸浮飛輪輸出力矩精度高，但力矩較小，不能滿足衛(wèi)星姿態(tài)機動的需求，不適合用于敏捷機動衛(wèi)星平臺的慣性執(zhí)行機構(gòu)。磁懸浮萬向動量輪通過控制飛輪轉(zhuǎn)子赤道內(nèi)徑向兩自由度扭動磁軸承偏轉(zhuǎn)力矩，改變飛輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸方向，能夠瞬間輸出瞬間大陀螺力矩，從而實現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)的敏捷機動。陀螺力矩精度和剩磁矩是空間用磁懸浮萬向飛輪的重要指標。提高陀螺力矩精度，可實現(xiàn)敏捷機動衛(wèi)星在實現(xiàn)大角度機動的同時，提高衛(wèi)星對地觀測的分辨率。對于低軌衛(wèi)星，地磁產(chǎn)生的磁場會與整星剩磁矩相互作用產(chǎn)生干擾力矩，影響姿態(tài)控制力矩精度。此外，磁懸浮萬向動量輪自身剩磁矩可能會對星上磁強計的測量精度產(chǎn)生影響。因此，敏捷機動衛(wèi)星在設計過程中，對磁懸浮萬向動量輪的力矩精度和剩磁矩大小有嚴格要求。
[0004]經(jīng)分析表明，提高磁懸浮萬向動量輪輸出的陀螺力矩精度的前提是，飛輪轉(zhuǎn)子平動運動時，其平動電磁力不會影響徑向偏轉(zhuǎn)力矩，要求三個平動方向的電磁力與徑向兩個方向的偏轉(zhuǎn)電磁力矩完全解耦。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，專利ZL200510011271.8所述的內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置徑向磁軸承，利用放置于兩導磁環(huán)間的永磁體產(chǎn)生偏置磁場，替代純電磁磁軸承偏置電流產(chǎn)生的偏置磁場，降低了系統(tǒng)功耗，減小了磁軸承體積和重量。但其使用了一個永磁體圓環(huán)，為非對稱永磁體結(jié)構(gòu)，會產(chǎn)生較大的剩磁矩；專利ZL201010256248.6所述的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置徑向磁軸承，在磁軸承定子和轉(zhuǎn)子對稱放置一永磁體，為對稱永磁體結(jié)構(gòu)，大大減小徑向磁軸承產(chǎn)生的剩磁矩。
[0006]上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點:
[0007]專利ZL200510011271.8和專利ZL201010256248.6所述外轉(zhuǎn)子徑向磁軸承磁極面為圓柱面，轉(zhuǎn)子所受電磁吸力始終垂直磁極表面。當飛輪轉(zhuǎn)子慣性軸與磁軸承定子幾何軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，磁軸承8個磁極面內(nèi)的電磁吸力不相等，且都不指向飛輪轉(zhuǎn)子質(zhì)心，從而會對飛輪轉(zhuǎn)子產(chǎn)生徑向扭動干擾力矩，降低磁懸浮萬向動量輪微框架效應時產(chǎn)生的陀螺力矩精度。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型的目的是提供一種精度高的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承。
[0009]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0010]本實用新型的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承，包括定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)兩部分，定子系統(tǒng)主要包括:定子上球面鐵心、定子下球面鐵心、激磁線圈、定子隔磁環(huán)、定子上導磁環(huán)、定子下導磁環(huán)、定子永磁體、定子套筒和定子鎖環(huán)；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括:轉(zhuǎn)子上球面鐵心、轉(zhuǎn)子下球面鐵心、轉(zhuǎn)子隔磁環(huán)、轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)、轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)、轉(zhuǎn)子永磁體、轉(zhuǎn)子套筒和轉(zhuǎn)子鎖環(huán)；定子上球面鐵心組成4個磁極，定子下球面鐵心組成4個磁極，定子上球面鐵心和定子下球面鐵心組成磁軸承上下兩端8個磁極，分別組成X、Y軸正負方向的球面磁極，每個定子磁極繞制有激磁線圈，定子隔磁環(huán)位于定子上球面鐵心和定子下球面鐵心之間，定子上導磁環(huán)位于定子上球面鐵心徑向外側(cè)，定子下導磁環(huán)位于定子下球面鐵心徑向外側(cè)，定子永磁體位于定子上導磁環(huán)和定子下導磁環(huán)之間，定子上球面鐵心、定子下球面鐵心、定子隔磁環(huán)、定子上導磁環(huán)、定子下導磁環(huán)和定子永磁體位于定子套筒徑向內(nèi)偵牝并通過定子鎖環(huán)固定安裝在定子套筒上，轉(zhuǎn)子上球面鐵心位于定子上球面鐵心徑向內(nèi)偵牝轉(zhuǎn)子上球面鐵心外球面與定子上球面鐵心內(nèi)球面留有一定的間隙，形成空氣氣隙，轉(zhuǎn)子下球面鐵心位于定子下球面鐵心徑向內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子下球面鐵心外球面與定子下球面鐵心內(nèi)球面留有一定的間隙，形成空氣氣隙，轉(zhuǎn)子隔磁環(huán)位于轉(zhuǎn)子上球面鐵心和轉(zhuǎn)子下球面鐵心之間，轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)位于轉(zhuǎn)子上球面鐵心徑向內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)位于轉(zhuǎn)子下球面鐵心徑向內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子永磁體位于轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)和轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)之間，轉(zhuǎn)子上球面鐵心、轉(zhuǎn)子下球面鐵心、轉(zhuǎn)子隔磁環(huán)、轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)、轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)和轉(zhuǎn)子永磁體位于轉(zhuǎn)子套筒徑向外側(cè)，并通過轉(zhuǎn)子鎖環(huán)固定安裝在轉(zhuǎn)子套筒上。
[0011]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永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承，由于采用徑向平動和徑向扭動解耦控制，避免了徑向平動控制對徑向扭動控制的干擾，減小了其自身剩磁對外界的磁干擾，可作為空間用磁懸浮萬向動量輪等旋轉(zhuǎn)部件的無接觸支承，提高動量輪的控制力矩精度。

【附圖說明】

[0012]圖1為本實用新型實施例提供的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承的軸向截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實用新型實施例提供的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承的軸向端面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3a為本實用新型實施例中的定子上球面鐵心和定子下球面鐵心剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3b為本實用新型實施例中的定子上球面鐵心和定子下球面鐵心三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4a為本實用新型實施例中的轉(zhuǎn)子上球面鐵心和轉(zhuǎn)子下球面鐵心剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4b為本實用新型實施例中的轉(zhuǎn)子上球面鐵心和轉(zhuǎn)子下球面鐵心三維結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0018]下面將對本實用新型實施例作進一步地詳細描述。
[0019]本實用新型的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承，其較佳的【具體實施方式】是:
[0020]包括定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)兩部分，定子系統(tǒng)主要包括:定子上球面鐵心、定子下球面鐵心、激磁線圈、定子隔磁環(huán)、定子上導磁環(huán)、定子下導磁環(huán)、定子永磁體、定子套筒和定子鎖環(huán)；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括:轉(zhuǎn)子上球面鐵心、轉(zhuǎn)子下球面鐵心、轉(zhuǎn)子隔磁環(huán)、轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)、轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)、轉(zhuǎn)子永磁體、轉(zhuǎn)子套筒和轉(zhuǎn)子鎖環(huán)；定子上球面鐵心組成4個磁極，定子下球面鐵心組成4個磁極，定子上球面鐵心和定子下球面鐵心組成磁軸承上下兩端8個磁極，分別組成X、Y軸正負方向的球面磁極，每個定子磁極繞制有激磁線圈，定子隔磁環(huán)位于定子上球面鐵心和定子下球面鐵心之間，定子上導磁環(huán)位于定子上球面鐵心徑向外側(cè)，定子下導磁環(huán)位于定子下球面鐵心徑向外側(cè)，定子永磁體位于定子上導磁環(huán)和定子下導磁環(huán)之間，定子上球面鐵心、定子下球面鐵心、定子隔磁環(huán)、定子上導磁環(huán)、定子下導磁環(huán)和定子永磁體位于定子套筒徑向內(nèi)側(cè)，并通過定子鎖環(huán)固定安裝在定子套筒上，轉(zhuǎn)子上球面鐵心位于定子上球面鐵心徑向內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子上球面鐵心外球面與定子上球面鐵心內(nèi)球面留有一定的間隙，形成空氣氣隙，轉(zhuǎn)子下球面鐵心位于定子下球面鐵心徑向內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子下球面鐵心外球面與定子下球面鐵心內(nèi)球面留有一定的間隙，形成空氣氣隙，轉(zhuǎn)子隔磁環(huán)位于轉(zhuǎn)子上球面鐵心和轉(zhuǎn)子下球面鐵心之間，轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)位于轉(zhuǎn)子上球面鐵心徑向內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)位于轉(zhuǎn)子下球面鐵心徑向內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子永磁體位于轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)和轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)之間，轉(zhuǎn)子上球面鐵心、轉(zhuǎn)子下球面鐵心、轉(zhuǎn)子隔磁環(huán)、轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)、轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)和轉(zhuǎn)子永磁體位于轉(zhuǎn)子套筒徑向外側(cè)，并通過轉(zhuǎn)子鎖環(huán)固定安裝在轉(zhuǎn)子套筒上。
[0021]所述的定子上球面鐵心和定子下球面鐵心的磁極均采用極靴形式以減小高轉(zhuǎn)速下的渦流損耗和等效阻力矩。所述的定子上球面鐵心的磁極球面半徑和定子下球面鐵心的磁極球面半徑相等，且兩者的球心完全重合。所述的轉(zhuǎn)子上球面鐵心的磁極球面半徑和轉(zhuǎn)子下球面鐵心的磁極球面半徑相等，且兩者的球心完全重合。所述的定子上導磁環(huán)、定子下導磁環(huán)、轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)和轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)均為1J85、1J50或電工純鐵導磁材料。所述的定子永磁體和轉(zhuǎn)子永磁體為衫鈷合金或釹鐵硼合金材料。所述的定子永磁體和轉(zhuǎn)子永磁體為軸向圓環(huán)，沿軸向充磁。所述的定子永磁體與轉(zhuǎn)子永磁體的體積相等，且充磁方向相反。
[0022]本實用新型的克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用徑向平動和徑向扭動解耦控制的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承，避免了徑向平動控制對徑向扭動控制的干擾，減小了其自身剩磁對外界的磁干擾。
[0023]本實用新型的原理是:
[0024]永磁體給磁軸承提供永磁偏置磁場，承擔磁軸承所受的徑向力，激磁線圈所產(chǎn)生的控制磁場與永磁體產(chǎn)生的偏置磁場正向/反向疊加，保持磁軸承定轉(zhuǎn)子氣隙均勻，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的無接觸懸浮支承。如圖1所示，本實用新型的永磁磁路為:磁通從定子永磁體N極出發(fā)，通過定子上導磁環(huán)、定子上球面鐵心、氣隙、轉(zhuǎn)子上球面鐵心、轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)、轉(zhuǎn)子永磁體S極、轉(zhuǎn)子永磁體N極、轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)、轉(zhuǎn)子下球面鐵心、氣隙、定子下球面鐵心、定子下導磁環(huán)回到定子永磁體S極，形成磁軸承的主磁路。如圖2所示，以上端Y軸正向激磁線圈電流產(chǎn)生的磁通為例，其路徑為:定子上球面鐵心的Y軸正向磁極、Y軸正向氣隙到轉(zhuǎn)子上球面鐵心、然后到另外三個方向氣隙、定子上球面鐵心形成的另外三個方向磁極、回到定子上球面鐵心形成的Y軸正向磁極，構(gòu)成閉合回路，形成磁軸承的控制磁路。
[0025]當磁軸承轉(zhuǎn)子處于平衡位置時，8個磁極面處的氣隙完全相等，各磁極面處的電磁吸力大小相等，磁軸承轉(zhuǎn)子所受的電磁合力和電磁合力矩為零。當磁軸承轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸與其定子幾何軸存在一小角度時，在各定子磁極面處，轉(zhuǎn)子所受的電磁吸力始終沿磁軸承轉(zhuǎn)子球面的徑向方向，且都經(jīng)過球面轉(zhuǎn)子鐵心的球心。當動量輪轉(zhuǎn)子質(zhì)心與轉(zhuǎn)子球面鐵心的球心完全重合時，8個磁極面出的電磁吸力對動量輪轉(zhuǎn)子質(zhì)心產(chǎn)生的力矩為0，不會對輸出陀螺力矩時所需的徑向扭動力矩產(chǎn)生干擾，實現(xiàn)了徑向平動控制對徑向扭動控制的解耦，提高了磁懸浮萬向動量輪微框架效應所輸出的陀螺力矩精度。此外，激磁線圈的磁矩為P =IXSd為激磁線圈電流，S為激磁線圈面積)，方向滿足右手螺旋定則。由于激磁線圈中通電電流是成對反向加載，所以每對線圈的兩個激磁線圈的剩磁矩大小相等，方向相反，對外的合磁矩為零。對于軟磁材料來說，其磁路為軸向均勻分布，所以其對外表現(xiàn)的磁矩也為零。對于永磁體而言，其磁矩大小為P = He X V (He為永磁體的矯頑力，V為永磁體的體積)，方向為永磁體的充磁方向。對于單永磁體外轉(zhuǎn)子徑向磁軸承，其剩磁方向為永磁體充磁方向，對外表現(xiàn)一個較大的軸向磁矩分量，大小與永磁體的體積成正比。為補償徑向磁軸承所產(chǎn)生軸向磁力矩，本實用新型在磁軸承定子和轉(zhuǎn)子中都加入體積相等，充磁方向相反的永磁體，實現(xiàn)剩磁矩的補償。
[0026]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0027]本實用新型在現(xiàn)有內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承的基礎上，將現(xiàn)有磁軸承磁極面換成球面，使磁軸承轉(zhuǎn)子在各磁極處所受的電磁力始終經(jīng)過球面轉(zhuǎn)子鐵心球面磁極的球心，克服了因各磁極處電磁力不相等時，而產(chǎn)生的徑向扭動干擾力矩，提高了磁懸浮萬向動量輪陀螺力矩的精度。同時采用雙永磁體結(jié)構(gòu)，在磁軸承定子和轉(zhuǎn)子都放置體積相等，充磁方向相反的永磁體，沒有增加磁軸承體積，降低了徑向磁軸承產(chǎn)生的剩磁矩。
[0028]具體實施例:
[0029]如圖1、2所示，一種雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承，主要由定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)兩部分組成，其特征在于:定子系統(tǒng)主要包括:定子上球面鐵心1、定子下球面鐵心2、激磁線圈3、定子隔磁環(huán)4、定子上導磁環(huán)5、定子下導磁環(huán)6、定子永磁體7、定子套筒8和定子鎖環(huán)9 ;轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括:轉(zhuǎn)子上球面鐵心10、轉(zhuǎn)子下球面鐵心11、轉(zhuǎn)子隔磁環(huán)12、轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)13、轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)14、轉(zhuǎn)子永磁體15、轉(zhuǎn)子套筒16和轉(zhuǎn)子鎖環(huán)17 ;定子上球面鐵心I組成4個磁極，定子下球面鐵心2組成4個磁極，定子上球面鐵心I和定子下球面鐵心2組成磁軸承上下兩端8個磁極，分別組成X、Y軸正負方向的球面磁極，每個定子磁極繞制有激磁線圈3，定子隔磁環(huán)4位于定子上球面鐵心I和定子下球面鐵心2之間，定子上導磁環(huán)5位于定子上球面鐵心I徑向外側(cè)，定子下導磁環(huán)6位于定子下球面鐵心2徑向外側(cè)，定子永磁體7位于定子上導磁環(huán)5和定子下導磁環(huán)6之間，定子上球面鐵心1、定子下球面鐵心2、定子隔磁環(huán)4、定子上導磁環(huán)5、定子下導磁環(huán)6和定子永磁體7位于定子套筒8徑向內(nèi)側(cè)，并通過定子鎖環(huán)9固定安裝在定子套筒8上，轉(zhuǎn)子上球面鐵心10位于定子上球面鐵心I徑向內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子上球面鐵心10外球面與定子上球面鐵心I內(nèi)球面留有一定的間隙，形成空氣氣隙18，轉(zhuǎn)子下球面鐵心11位于定子下球面鐵心2徑向內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子下球面鐵心11外球面與定子下球面鐵心2內(nèi)球面留有一定的間隙，形成空氣氣隙18，轉(zhuǎn)子隔磁環(huán)12位于轉(zhuǎn)子上球面鐵心10和轉(zhuǎn)子下球面鐵心11之間，轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)13位于轉(zhuǎn)子上球面鐵心10徑向內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)14位于轉(zhuǎn)子下球面鐵心11徑向內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子永磁體15位于轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)13和轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)14之間，轉(zhuǎn)子上球面鐵心10、轉(zhuǎn)子下球面鐵心11、轉(zhuǎn)子隔磁環(huán)12、轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)13、轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)14和轉(zhuǎn)子永磁體15位于轉(zhuǎn)子套筒16徑向外偵U，并通過轉(zhuǎn)子鎖環(huán)17固定安裝在轉(zhuǎn)子套筒16上。
[0030]圖3a為本實用新型中定子上球面鐵心I和定子下球面鐵心2剖視圖，圖3b為本實用新型中定子上球面鐵心I和定子下球面鐵心2三維結(jié)構(gòu)示意圖，其材料為導磁性能良好的薄鋼片如電工硅鋼片1J22、1J50、1J79、1J85、電工純鐵等磁性材料沖壓疊制而成，四個磁極面在同一球面上，每個磁極均采用極靴形式以減小高轉(zhuǎn)速下的渦流損耗和等效阻力矩。
[0031]圖4a為本實用新型中轉(zhuǎn)子上球面鐵心10和轉(zhuǎn)子下球面鐵心11剖視圖，圖4b為本實用新型中轉(zhuǎn)子上球面鐵心10和轉(zhuǎn)子下球面鐵心11三維結(jié)構(gòu)示意圖，其材料為導磁性能良好的薄鋼片如電工硅鋼片1J22、1J50、1J79、1J85、電工純鐵等磁性材料沖壓疊制而成，磁懸浮萬向動量輪轉(zhuǎn)子處于平衡位置時，轉(zhuǎn)子上球面鐵心10的外球面球心和轉(zhuǎn)子下球面鐵心11的外球面球心與定子上球面鐵心I內(nèi)球面的球心和定子下球面鐵心2的內(nèi)球面的球心重合。
[0032]上述實用新型方案所用的定子隔磁環(huán)4和轉(zhuǎn)子隔磁環(huán)12的材料均為導熱性能良好的硬鋁2A12、超硬鋁7A09等無磁鋁合金。定子上導磁環(huán)5、定子下導磁環(huán)6、轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)13和轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)14均為導磁性能良好的1J85、1J50或電工純鐵導磁材料。定子永磁體7和轉(zhuǎn)子永磁體15的材料均為磁性能良好的衫鈷合金或釹鐵硼合金，定子永磁體7和轉(zhuǎn)子永磁體15的體積大小相等，均為軸向圓環(huán)結(jié)構(gòu)，沿軸向充磁，且充磁方向相反。激磁線圈3用導電良好的銅線繞制后浸漆烘干而成。定子套筒8和轉(zhuǎn)子套筒16材料均為導熱性能良好的ICrlSN1Ti弱磁不銹鋼。定子鎖環(huán)9和轉(zhuǎn)子鎖環(huán)17材料均為導熱性能良好的硬鋁2A12、超硬鋁7A09等無磁鋁合金。
[0033]本實用新型說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
[0034]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承，包括定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)兩部分，其特征在于: 所述定子系統(tǒng)主要包括:定子上球面鐵心(I)、定子下球面鐵心(2)、激磁線圈(3)、定子隔磁環(huán)(4)、定子上導磁環(huán)(5)、定子下導磁環(huán)(6)、定子永磁體(7)、定子套筒(8)和定子鎖環(huán)(9); 所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括:轉(zhuǎn)子上球面鐵心(10)、轉(zhuǎn)子下球面鐵心(11)、轉(zhuǎn)子隔磁環(huán)(12)、轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)(13)、轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)(14)、轉(zhuǎn)子永磁體(15)、轉(zhuǎn)子套筒(16)和轉(zhuǎn)子鎖環(huán)(17)； 所述定子上球面鐵心(I)組成4個磁極，所述定子下球面鐵心(2)組成4個磁極，共組成磁軸承上下兩端8個磁極，分別組成X、Y軸正負方向的定子磁極，每個定子磁極繞制有所述激磁線圈⑶； 所述定子隔磁環(huán)(4)位于所述定子上球面鐵心(I)和所述定子下球面鐵心(2)之間，所述定子上導磁環(huán)(5)位于所述定子上球面鐵心(I)徑向外側(cè)，所述定子下導磁環(huán)(6)位于所述定子下球面鐵心(2)徑向外側(cè)，所述定子永磁體(7)位于所述定子上導磁環(huán)(5)和所述定子下導磁環(huán)(6)之間； 所述定子上球面鐵心(I)、所述定子下球面鐵心(2)、所述定子隔磁環(huán)(4)、所述定子上導磁環(huán)(5)、所述定子下導磁環(huán)(6)和所述定子永磁體(7)位于所述定子套筒(8)徑向內(nèi)偵牝并通過所述定子鎖環(huán)(9)固定安裝在所述定子套筒(8)上； 所述轉(zhuǎn)子上球面鐵心(10)位于所述定子上球面鐵心(I)徑向內(nèi)側(cè)，所述轉(zhuǎn)子上球面鐵心(10)外球面與所述定子上球面鐵心(I)內(nèi)球面留有間隙，形成空氣氣隙(18); 所述轉(zhuǎn)子下球面鐵心(11)位于所述定子下球面鐵心(2)徑向內(nèi)側(cè)，所述轉(zhuǎn)子下球面鐵心(11)外球面與所述定子下球面鐵心(2)內(nèi)球面留有間隙，形成空氣氣隙(18); 所述轉(zhuǎn)子隔磁環(huán)(12)位于所述轉(zhuǎn)子上球面鐵心(10)和所述轉(zhuǎn)子下球面鐵心(11)之間，所述轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)(13)位于所述轉(zhuǎn)子上球面鐵心(10)徑向內(nèi)側(cè)，所述轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)(14)位于所述轉(zhuǎn)子下球面鐵心(11)徑向內(nèi)側(cè)，所述轉(zhuǎn)子永磁體(15)位于所述轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)(13)和所述轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)(14)之間; 所述轉(zhuǎn)子上球面鐵心(10)、所述轉(zhuǎn)子下球面鐵心(11)、所述轉(zhuǎn)子隔磁環(huán)(12)、所述轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)(13)、所述轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)(14)和所述轉(zhuǎn)子永磁體(15)位于所述轉(zhuǎn)子套筒(16)徑向外側(cè)，并通過所述轉(zhuǎn)子鎖環(huán)(17)固定安裝在所述轉(zhuǎn)子套筒(16)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承，其特征在于:所述的定子上球面鐵心(I)和所述定子下球面鐵心(2)的磁極均采用極靴結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承，其特征在于:所述的定子上球面鐵心(I)的磁極球面半徑和所述定子下球面鐵心(2)的磁極球面半徑相等，且兩者的球心完全重合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子上球面鐵心(10)的磁極球面半徑和所述轉(zhuǎn)子下球面鐵心(11)的磁極球面半徑相等，且兩者的球心完全重合。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承，其特征在于:所述的定子上導磁環(huán)(5)、所述定子下導磁環(huán)(6)、所述轉(zhuǎn)子上導磁環(huán)(13)和所述轉(zhuǎn)子下導磁環(huán)(14)均為1J85、1J50或電工純鐵導磁材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承，其特征在于:所述的定子永磁體(7)和轉(zhuǎn)子永磁體(15)為衫鈷合金或釹鐵硼合金材料。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承，其特征在于:所述的定子永磁體(7)和所述轉(zhuǎn)子永磁體(15)為軸向圓環(huán)，沿軸向充磁。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁偏置球面徑向磁軸承，其特征在于:所述的定子永磁體(7)與所述轉(zhuǎn)子永磁體(15)的體積相等，且充磁方向相反。
【文檔編號】F16C32-04GK204267528SQ201420684065
【發(fā)明者】劉強, 任元, 王衛(wèi)杰, 蔡遠文, 樊亞洪, 繆存孝, 葉郭波, 邵瓊玲 [申請人]北京石油化工學院, 中國人民解放軍裝備學院