氣磁混合半球軸承陀螺馬達的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高速電機技術領域，尤其是一種氣磁混合半球軸承陀螺馬達。
【背景技術】
[0002]陀螺馬達是陀螺儀的核心部件，直接影響陀螺儀的精度。而陀螺馬達的質量和壽命取決于高速旋轉的軸承，要實現(xiàn)陀螺馬達的超高速可靠運轉，必須解決高速轉子的支撐問題。目前用于高精度陀螺儀的馬達主要是氣體動壓軸承馬達，其中最典型的氣體動壓軸承結構有H型和半球型結構。H型結構精加工面為圓柱面或者平面，屬于傳統(tǒng)的精加工領域，容易實現(xiàn)，因此被我國各研宄機構普遍采用，并成功用于國內(nèi)各種型號的陀螺儀上，但該結構裝配難度較大；半球型結構從上世紀七十年代在美、英、法等國率先進入研制階段，該結構具有自動調心的功能，因而降低了裝配難度，提高了主軸的回轉精度，同時，半球軸承能夠同時支撐徑向和軸向載荷，不需要每個方向的載荷單獨使用軸承，可以減小軸承重量。不過，無論H型結構還是半球型結構，在陀螺馬達起停過程中都會產(chǎn)生干摩擦，這種摩擦會破壞軸承表面精度，帶來污染物，影響陀螺馬達的性能和壽命。針對這個問題，已經(jīng)采取了各種措施:在軸承表面鍍膜，采用更耐磨的材料等，這些措施只是被動的減弱干摩擦的影響，并不能從根本上解決問題。
[0003]通過檢索，我們發(fā)現(xiàn)一篇相關的專利文件:帶有永磁磁芯的半球空氣動壓軸承(專利號:201120474163.5)提出了一種帶有永磁磁芯的半球動壓軸承，該結構能夠在靜態(tài)或動態(tài)條件下避免接觸，提高軸承可靠性。但該軸承結構存在以下缺陷:(I)由于采用半球結構，永磁軸承的外圈巨型磁環(huán)和內(nèi)圈梯形磁環(huán)間的間隙較大，提供的支撐力會隨間隙的變大而大幅降低；(2)對于軸向與重力方向平行或傾斜一定角度的應用場合，由于永磁軸承設置結構的原因，不能提供軸向斥力，在啟動、停止過程中不能實現(xiàn)完全非接觸，這就造成了軸承的摩擦磨損；(3)將永磁磁芯嵌入半球碗和半球中，并用環(huán)氧樹脂固定，在溫度變化過程中，由于膨脹系數(shù)的不同會造成微小的形變，而半球空氣動壓軸承半球碗和半球之間間隙很小，這種微小的形變會弓I起軸承性能的變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服陀螺馬達在任意放置位置啟動、停止過程中半球氣體軸承的摩擦磨損問題，同時可以大大增強半球氣體軸承的軸向和徑向剛度，有效提高陀螺馬達的穩(wěn)定性和使用壽命的氣磁混合半球軸承陀螺馬達。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術手段實現(xiàn)的:
[0006]一種氣磁混合半球軸承陀螺馬達，包括固定螺釘、端蓋、半球碗、預緊螺栓、軸、半球、定子組合件和轉子組合件，軸和定子組合件通過環(huán)氧樹脂膠粘接在一起，并放入轉子組合件中；軸的左右兩端均分別同軸套裝一個半球碗和一個半球，該兩個半球碗均通過過盈配合與端蓋固定到一起，端蓋與轉子組合件配合并通過固定螺釘進行緊固；半球的中心孔與軸配合，并通過預緊螺栓在兩側進行預緊處理，其特征在于:半球碗和半球完全采用永磁材料制作，半球碗和半球采用沿弧面徑向充磁方式，且半球球面外側與半球碗內(nèi)弧面具有相同的極性。
[0007]而且，所述的半球和半球碗采用同種材料。
[0008]而且，所述半球和半球碗采用的永磁材料為釹鐵硼、釤鈷等高矯頑力永磁材料。
[0009]而且，所述的半球球面與半球碗內(nèi)弧面配合，半球球面刻有一定旋向的螺旋槽，通過預緊螺栓固定。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0011 ] 1、本馬達的半球碗和半球采用沿弧面徑向充磁方式，且半球球面外側與半球碗內(nèi)弧面具有相同的極性，這樣在半球與半球碗之間就會產(chǎn)生很大的斥力，由于馬達結構完全對稱，斥力可以分解成相同大小的徑向力和軸向力，在兩對半球與半球碗的斥力作用下，陀螺馬達轉子組合件、端蓋和半球碗會達到平衡位置，即處于完全無接觸狀態(tài)，克服了馬達在任意位置啟動、停止過程中，半球氣體軸承的摩擦磨損問題。
[0012]2、本馬達的半球碗和半球完全用永磁材料制作，能夠提供永磁支撐力，同時陀螺馬達在正常工作過程中，半球碗和半球能夠起到氣體軸承的支撐作用，即:在馬達高速運轉中，本軸承結構又具備氣體動壓軸承的功能，相當于半球氣體軸承和永磁軸承共同作用，提高了軸承系統(tǒng)的軸向和徑向剛度，有效提高了陀螺馬達的穩(wěn)定性和使用壽命。
[0013]3、本馬達的半球和半球碗采用同種材料，在溫度變化時間隙基本保持不變，保證了半球氣體軸承的性能。
[0014]4、本發(fā)明是一種設計科學、結構合理的氣磁混合半球軸承陀螺馬達，本馬達在充分利用半球氣體軸承優(yōu)點的基礎上，通過將半球和半球碗直接用永磁材料制作，并采用對置結構和沿弧面徑向充磁的方式，相當于引入兩對永磁軸承，解決了普通陀螺馬達在任意放置位置啟動、停止過程中半球氣體軸承的摩擦磨損問題，同時極大的增強了半球氣體軸承的軸向和徑向剛度，有效提高了陀螺馬達的穩(wěn)定性和使用壽命。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結構剖視圖；
[0016]圖2是氣磁混合半球軸承局部放大圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖詳細敘述本發(fā)明的實施例；需要說明的是，本實施例是敘述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。
[0018]一種氣磁混合半球軸承陀螺馬達，包括固定螺釘1、端蓋2、半球碗3、預緊螺栓4、軸5、半球6、定子組合件7和轉子組合件8，軸和定子組合件通過環(huán)氧樹脂膠粘接在一起，并放入轉子組合件中；軸的左右兩端均分別同軸套裝一個半球碗和一個半球，該兩個半球碗均通過過盈配合與端蓋固定到一起，端蓋與轉子組合件配合并通過固定螺釘進行緊固；半球的中心孔與軸配合，半球球面與半球碗內(nèi)弧面配合，半球球面刻有一定旋向的螺旋槽，通過預緊螺栓在兩側進行預緊處理，保證實現(xiàn)氣體半球軸承功能。
[0019]本發(fā)明的創(chuàng)新點在于:半球碗和半球完全采用永磁材料制作，且半球和半球碗采用同種材料。上述的永磁材料通常為釹鐵硼、釤鈷等高矯頑力永磁材料。半球碗和半球采用沿弧面徑向充磁方式，且半球球面外側與半球碗內(nèi)弧面具有相同的極性。
[0020]本發(fā)明的具體工作過程是:
[0021]陀螺馬達承靜止時，半球碗3和半球6產(chǎn)生永磁斥力，該斥力可以分解為徑向和軸向兩個方向，在兩對半球碗3和半球6永磁徑向斥力作用下，半球碗3和半球6能夠處于相對穩(wěn)定的隔離狀態(tài)，沒有任何接觸。
[0022]當陀螺馬達啟動時，半球氣體軸承開始工作，在永磁斥力和半球軸承共同作用下，陀螺馬達能夠實現(xiàn)穩(wěn)定無接觸運轉。
[0023]在陀螺馬達停止過程中，半球氣體軸承的狀態(tài)與啟動過程正好相反，先是永磁斥力和半球氣體軸承共同作用，保證半球碗3和半球6高速無接觸運轉，在停止后，只剩下半球碗3和半球6產(chǎn)生永磁斥力保證半球碗3完全處于懸浮狀態(tài)，沒有任何接觸。
[0024]因此，在整個陀螺馬達啟動和停止過程中，半球碗3與半球6始終沒有任何接觸，不存在摩擦磨損問題。在正常工作過程中，半球氣體軸承和永磁斥力共同作用又提高了軸承系統(tǒng)的軸向和徑向剛度，有效提高了陀螺馬達的穩(wěn)定性和使用壽命。
【主權項】
1.一種氣磁混合半球軸承陀螺馬達，包括固定螺釘、端蓋、半球碗、預緊螺栓、軸、半球、定子組合件和轉子組合件，軸和定子組合件通過環(huán)氧樹脂膠粘接在一起，并放入轉子組合件中；軸的左右兩端均分別同軸套裝一個半球碗和一個半球，該兩個半球碗均通過過盈配合與端蓋固定到一起，端蓋與轉子組合件配合并通過固定螺釘進行緊固；半球的中心孔與軸配合，并通過預緊螺栓在兩側進行預緊處理，其特征在于:半球碗和半球完全采用永磁材料制作，半球碗和半球采用沿弧面徑向充磁方式，且半球球面外側與半球碗內(nèi)弧面具有相同的極性。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種氣磁混合半球軸承陀螺馬達，其特征在于:所述的半球和半球碗采用同種材料。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種氣磁混合半球軸承陀螺馬達，其特征在于:所述半球和半球碗采用的永磁材料為釹鐵硼、釤鈷等高矯頑力永磁材料。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種氣磁混合半球軸承陀螺馬達，其特征在于:所述的半球球面與半球碗內(nèi)弧面配合，半球球面刻有一定旋向的螺旋槽，通過預緊螺栓固定。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氣磁混合半球軸承陀螺馬達，包括固定螺釘、端蓋、半球碗、預緊螺栓、軸、半球、定子組合件和轉子組合件，半球碗和半球完全采用永磁材料制作，半球碗和半球采用沿弧面徑向充磁方式，且半球球面外側與半球碗內(nèi)弧面具有相同的極性。本發(fā)明是一種設計科學、結構合理的氣磁混合半球軸承陀螺馬達，本馬達在充分利用半球氣體軸承優(yōu)點的基礎上，通過將半球和半球碗直接用永磁材料制作，并采用對置結構和沿弧面徑向充磁的方式，相當于引入兩對永磁軸承，解決了普通陀螺馬達在任意放置位置啟動、停止過程中半球氣體軸承的摩擦磨損問題，同時極大的增強了半球氣體軸承的軸向和徑向剛度，有效提高了陀螺馬達的穩(wěn)定性和使用壽命。
【IPC分類】H02K5-167, F16C32-04, F16C17-00
【公開號】CN104675858
【申請?zhí)枴緾N201510057967
【發(fā)明人】董磊, 李德才, 潘龍飛, 忽敏學, 馬本富
【申請人】中國船舶重工集團公司第七0七研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月4日