一種外轉(zhuǎn)子錐形球面磁極徑向磁軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，尤其涉及一種外轉(zhuǎn)子錐形球面磁極徑向磁軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]陀螺儀在運(yùn)載火箭、航天器平臺、戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器的控制系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)以及高精度陀螺尋北儀中均得到廣泛應(yīng)用，是控制系統(tǒng)中的核心部件，通常被稱為系統(tǒng)的“目艮睛”。轉(zhuǎn)子式陀螺儀利用高速旋轉(zhuǎn)的陀螺轉(zhuǎn)子形成較大的角動(dòng)量和較好的品質(zhì)因素，使其具有很好的定軸性。磁懸浮陀螺儀采用磁懸浮支承技術(shù)，消除了機(jī)械軸承引起的摩擦磨損，降低了振動(dòng)，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)子式陀螺儀轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和定軸性。工作狀態(tài)下，陀螺轉(zhuǎn)子偏離平衡位置時(shí)，磁軸承不均勻的電磁力將作用于陀螺轉(zhuǎn)子磁極面，產(chǎn)生扭動(dòng)力矩，迫使陀螺儀轉(zhuǎn)子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即發(fā)生陀螺漂移。因此，必須考慮磁軸承懸浮力對陀螺漂移的影響。
[0003]作用于陀螺轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸的干擾力矩越小，陀螺漂移越小，陀螺儀指向精度越高。因此，減小陀螺漂移的前提是，磁軸承三個(gè)平動(dòng)電磁力不會(huì)在兩個(gè)徑向扭動(dòng)方向產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)干擾力矩，即平動(dòng)控制與扭動(dòng)控制完全解耦。專利申請?zhí)?01420683202.6所述的永磁偏置外轉(zhuǎn)子徑向球面磁軸承利用永磁體產(chǎn)生的永磁磁場提供偏置磁場，電磁磁場提供輔助調(diào)節(jié)力，并采用球面磁極結(jié)構(gòu)，使電磁力始終經(jīng)過轉(zhuǎn)子球心。當(dāng)轉(zhuǎn)子球心與質(zhì)心完全重合時(shí)，電磁力始終經(jīng)過球心，不會(huì)對陀螺轉(zhuǎn)子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩，從而提高陀螺儀轉(zhuǎn)子的定軸性。專利申請?zhí)?01420686090.X所述的雙永磁體永磁偏置外轉(zhuǎn)子徑向球面磁軸承，在定、轉(zhuǎn)子內(nèi)各放置一塊體積相等充磁方向相反的永磁體，消除了磁軸承系統(tǒng)的剩磁矩。由于專利申請?zhí)?01420683202.6和專利申請?zhí)?01420686090.X所述的永磁偏置外轉(zhuǎn)子徑向球面磁軸承，定子球面磁極在徑向截面內(nèi)的最大半徑略小于轉(zhuǎn)子球面磁極在徑向截面內(nèi)的最小半徑，磁軸承定轉(zhuǎn)子裝配過程中，定轉(zhuǎn)子間的最小氣隙幾乎為零。由于磁軸承內(nèi)存在永磁體，氣隙越小，磁軸承定轉(zhuǎn)子間的電磁吸力越大，安裝過程中極有可能會(huì)導(dǎo)致定轉(zhuǎn)子球面磁極面的接觸，破壞球面磁極的球面精度，從而改變磁軸承電磁力的方向，導(dǎo)致陀螺偏轉(zhuǎn)干擾力矩的產(chǎn)生，降低了陀螺轉(zhuǎn)子的定軸性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種徑向平動(dòng)與徑向扭動(dòng)解耦控制，且控制磁路與偏置磁路不完全重合的外轉(zhuǎn)子錐形球面磁極徑向磁軸承，可作為磁懸浮陀螺儀轉(zhuǎn)子的無接觸懸浮支承，減小了磁軸承球面磁極的軸向尺寸，并使徑向平動(dòng)與徑向扭動(dòng)控制完全解耦，消除了磁軸承電磁力引起的扭動(dòng)干擾力矩，提高了磁懸浮陀螺儀的指向精度和控制精度。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明的外轉(zhuǎn)子錐形球面磁極徑向磁軸承，包括定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；
[0007]定子系統(tǒng)包括:上錐形球面定子鐵心、下錐形球面定子鐵心、控制線圈、導(dǎo)磁環(huán)、偏置線圈、定子套筒和定子鎖母；
[0008]轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括:球面轉(zhuǎn)子疊片、轉(zhuǎn)子套筒和轉(zhuǎn)子鎖母；上錐形球面定子鐵心組成4個(gè)磁極，下錐形球面定子鐵心組成4個(gè)磁極，上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心組成磁軸承上下兩端8個(gè)磁極，分別組成X、Y軸正負(fù)方向的錐形球面磁極，每個(gè)定子磁極繞制有控制線圈；
[0009]導(dǎo)磁環(huán)位于上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心之間，導(dǎo)磁環(huán)中部徑向外側(cè)繞制有偏置線圈，上錐形球面定子鐵心、下錐形球面定子鐵心和導(dǎo)磁環(huán)位于定子套筒徑向外側(cè)，并通過定子鎖母固定安裝在定子套筒上，球面轉(zhuǎn)子疊片位于上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心的徑向外側(cè)，球面轉(zhuǎn)子疊片內(nèi)球面與上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心外球面留有一定的間隙，形成空氣氣隙，球面轉(zhuǎn)子疊片位于轉(zhuǎn)子套筒的徑向內(nèi)側(cè)，并通過轉(zhuǎn)子鎖母固定安裝在轉(zhuǎn)子套筒上。
[0010]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的外轉(zhuǎn)子錐形球面磁極徑向磁軸承，由于采用了球面磁極，與現(xiàn)有柱面磁極的磁軸承相比，實(shí)現(xiàn)了徑向平動(dòng)控制與徑向扭動(dòng)控制的完全解耦，避免了徑向平動(dòng)控制對徑向扭動(dòng)控制的干擾，提高了陀螺儀的指向精度。與永磁偏置球面磁軸承相比，其內(nèi)部沒有永磁體，斷電狀態(tài)下系統(tǒng)沒有磁性，且定、轉(zhuǎn)子間沒有電磁吸力，從而簡化了磁軸承的裝配。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中外轉(zhuǎn)子錐形球面磁極徑向磁軸承的徑向剖視圖；
[0012]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中外轉(zhuǎn)子錐形球面磁極徑向磁軸承的軸向端面圖；
[0013]圖3a為本發(fā)明實(shí)施例中的定子系統(tǒng)的剖視圖；
[0014]圖3b為本發(fā)明實(shí)施例中的定子系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剖視圖；
[0016]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中的定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的裝配過程示意圖；
[0017]圖6a為本發(fā)明實(shí)施例中的上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心的剖視圖；
[0018]圖6b為本發(fā)明實(shí)施例中的上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖7a為本發(fā)明實(shí)施例中的球面轉(zhuǎn)子疊片的剖視圖；
[0020]圖7b為本發(fā)明實(shí)施例中的球面轉(zhuǎn)子疊片的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0022]本發(fā)明的外轉(zhuǎn)子錐形球面磁極徑向磁軸承，其較佳的【具體實(shí)施方式】是:
[0023]包括定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；
[0024]定子系統(tǒng)包括:上錐形球面定子鐵心、下錐形球面定子鐵心、控制線圈、導(dǎo)磁環(huán)、偏置線圈、定子套筒和定子鎖母；
[0025]轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括:球面轉(zhuǎn)子疊片、轉(zhuǎn)子套筒和轉(zhuǎn)子鎖母；上錐形球面定子鐵心組成4個(gè)磁極，下錐形球面定子鐵心組成4個(gè)磁極，上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心組成磁軸承上下兩端8個(gè)磁極，分別組成X、Y軸正負(fù)方向的錐形球面磁極，每個(gè)定子磁極繞制有控制線圈；
[0026]導(dǎo)磁環(huán)位于上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心之間，導(dǎo)磁環(huán)中部徑向外側(cè)繞制有偏置線圈，上錐形球面定子鐵心、下錐形球面定子鐵心和導(dǎo)磁環(huán)位于定子套筒徑向外側(cè)，并通過定子鎖母固定安裝在定子套筒上，球面轉(zhuǎn)子疊片位于上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心的徑向外側(cè)，球面轉(zhuǎn)子疊片內(nèi)球面與上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心外球面留有一定的間隙，形成空氣氣隙，球面轉(zhuǎn)子疊片位于轉(zhuǎn)子套筒的徑向內(nèi)側(cè)，并通過轉(zhuǎn)子鎖母固定安裝在轉(zhuǎn)子套筒上。
[0027]所述的上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心均為1J22導(dǎo)磁塊材材料。所述的上錐形球面定子鐵心和下錐形球面定子鐵心的外形尺寸完全相等，錐度角范圍為25°?40°，且球心完全重合。所述的球面轉(zhuǎn)子疊片為1J50疊片材料，厚度為0.1mm，其疊片方向?yàn)闄M向。所述的空氣氣隙大小為0.5mm?0.7mm。
[0028]本發(fā)明的外轉(zhuǎn)子錐形球面磁極徑向磁軸承，便于裝配、無永磁體、無剩磁矩，且徑向平動(dòng)控制與扭動(dòng)控制完全解耦，其原理是:
[0029]偏置線圈內(nèi)的偏置電流提供偏置磁場，控制線圈內(nèi)的控制電流產(chǎn)生的控制磁場與偏置磁場正/反向疊加，保持磁軸承各磁極面處氣隙均勻，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的無接觸懸浮支承。如圖1所示，本發(fā)明的偏置磁路為:磁通從導(dǎo)磁環(huán)上端出發(fā)，通過上錐形球面定子鐵心、氣隙、球面轉(zhuǎn)子疊片、氣隙、下錐形球面定子鐵心回到導(dǎo)磁環(huán)下端，形成磁懸浮軸承的偏置磁路。如圖2所示，以上端Y軸正向控制線圈電流產(chǎn)生的磁通為例，其路徑為:上錐形球面定子鐵心的Y軸正向磁極、Y軸正向氣隙到球面轉(zhuǎn)子疊片、然后到另外三個(gè)方向氣隙、上錐形球面定子鐵心的另外