一種外轉(zhuǎn)子球形徑向純電磁磁軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種非接觸磁懸浮軸承，尤其涉及一種外轉(zhuǎn)子球形徑向純電磁磁軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]磁懸浮軸承分為永磁偏置混合磁軸承和純電磁磁軸承，前者利用永磁體產(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，可減小磁軸承的控制電流，降低功放損耗，縮小磁軸承的體積，但其只有電磁控制磁場可控，即只有一個可控電流。后者利用偏置電流提供偏置磁場，利用控制電流產(chǎn)生的控制磁場調(diào)節(jié)電磁力的大小，即純電磁磁軸承具有兩個可控磁場，即具有兩個可控電流。與永磁偏置混合磁軸承相比，純電磁磁軸承斷電狀態(tài)下，磁極表面沒有磁場，裝配過程中定轉(zhuǎn)子不會產(chǎn)生吸力，更易于磁懸浮產(chǎn)品的安裝。所以，磁懸浮鼓風(fēng)機、磁懸浮電機、磁懸浮壓縮機、磁懸浮分子泵、磁懸浮動量輪等都采用純電磁磁軸承支承方案。
[0003]磁懸浮陀螺儀采用磁懸浮支承技術(shù)，消除機械軸承引起的摩擦磨損，降低了陀螺儀的振動，使陀螺轉(zhuǎn)子可工作在較高的工作轉(zhuǎn)速，從而為轉(zhuǎn)子提供較大的動量，使其具有很好的品質(zhì)因素，提高了陀螺儀的定軸性。工作狀態(tài)下，陀螺轉(zhuǎn)子偏離平衡位置時，磁軸承不均的電磁力將作用于陀螺儀轉(zhuǎn)子磁極面，產(chǎn)生扭動力矩，使陀螺儀旋轉(zhuǎn)軸發(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。
[0004]陀螺儀轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸干擾力矩越小，陀螺漂移越小，陀螺儀指向精度越高。因此，提高磁懸浮陀螺儀轉(zhuǎn)子指向精度的前提是，磁軸承三個平動控制對徑向兩個扭動控制沒有干擾，即平動控制與扭動控制間實現(xiàn)解耦，要求磁軸承產(chǎn)生徑向和軸向電磁力時，不會對陀螺轉(zhuǎn)子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩?，F(xiàn)有純電磁磁軸承的磁極面為柱面，工作時，轉(zhuǎn)子所受電磁吸力始終垂直于磁極表面。當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子慣性軸偏離幾何軸時，各個磁極面內(nèi)的電磁力大小不相等，且都不過質(zhì)心，即會對陀螺轉(zhuǎn)子產(chǎn)生徑向扭動的干擾力矩，迫使陀螺產(chǎn)生漂移，降低了陀螺的控制精度。此外，現(xiàn)有純電磁磁軸承徑向兩個通道存在耦合，徑向兩個通道內(nèi)電磁力之間存在耦合力，降低了陀螺轉(zhuǎn)子的控制精度。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種徑向平動與徑向扭動解耦控制，且徑向四個控制通道也解耦的外轉(zhuǎn)子球形徑向純電磁磁軸承，可作為磁懸浮陀螺儀轉(zhuǎn)子的無接觸支承，使徑向平動與徑向扭動控制完全解耦，且徑向四個平動控制也完全解耦，消除徑向平動對徑向扭動的干擾和徑向各平動控制間的相互干擾，提高了磁懸浮陀螺儀的指向精度和控制精度。
[0006]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本實用新型的外轉(zhuǎn)子球形徑向純電磁磁軸承，包括定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)兩部分；
[0008]定子系統(tǒng)主要包括:左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心、后球面定子鐵心、激磁線圈、上壓環(huán)、下壓環(huán)、上定子鎖母、下定子鎖母和定子套筒；
[0009]轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括:球面轉(zhuǎn)子疊片、轉(zhuǎn)子套筒和轉(zhuǎn)子鎖環(huán)；
[0010]左球面定子鐵心組成兩個磁極，右球面定子鐵心組成兩個磁極，前球面定子鐵心組成兩個磁極，后球面定子鐵心組成兩個磁極，左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心和后球面定子鐵心組成磁軸承左右前后8個磁極，分別組成X、Y軸正負(fù)方向的磁極，每個定子磁極繞制有激磁線圈，左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心、后球面定子鐵心、上壓環(huán)、下壓環(huán)、上定子鎖母、下定子鎖母均位于定子套筒徑向外側(cè)，左球面定子鐵心位于定子套筒左端徑向外側(cè)，右球面定子鐵心位于定子套筒右端徑向外側(cè)，前球面定子鐵心位于定子套筒前端徑向外側(cè)，后球面定子鐵心位于定子套筒后端徑向外側(cè)，上壓環(huán)和下壓環(huán)分別位于左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心和后球面定子鐵心的上端和下端，并通過上壓環(huán)的環(huán)形槽和下壓環(huán)環(huán)形槽限制左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心和后球面定子鐵心徑向平動，上定子鎖母位于上壓環(huán)上端和定子套筒徑向外側(cè)，下定子鎖母位于下壓環(huán)下端和定子套筒徑向外側(cè)，上定子鎖母和下定子鎖母通過定子套筒螺紋將左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心、后球面定子鐵心、上壓環(huán)和下壓環(huán)固定安裝在定子套筒上，球面轉(zhuǎn)子疊片位于轉(zhuǎn)子套筒徑向內(nèi)側(cè)，并通過轉(zhuǎn)子鎖環(huán)固定安裝在轉(zhuǎn)子套筒上，球面轉(zhuǎn)子疊片內(nèi)球面與左球面定子鐵心外球面、右球面定子鐵心外球面、前球面定子鐵心外球面和后球面定子鐵心外球面留有間隙，形成空氣氣隙。
[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外轉(zhuǎn)子球形徑向純電磁磁軸承，由于采用了球面磁極，與現(xiàn)有柱面磁極的磁軸承相比，當(dāng)轉(zhuǎn)子質(zhì)心與轉(zhuǎn)子球面磁極球心完全重合時，避免了徑向平動控制對扭動控制的干擾，提高了陀螺儀的指向精度，此外，其徑向四個通道間的磁路也完全解親，具有很好的控制性能和控制精度。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型實施例中外轉(zhuǎn)子球形徑向純電磁磁軸承的徑向X向剖視圖；
[0013]圖2為本實用新型實施例中外轉(zhuǎn)子球形徑向純電磁磁軸承的徑向Y向剖視圖；
[0014]圖3a為本實用新型實施例中的定子系統(tǒng)的剖視圖；
[0015]圖3b為本實用新型實施例中的定子系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4為本實用新型實施例中的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剖視圖；
[0017]圖5a為本實用新型實施例中的左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心和后球面定子鐵心的剖視圖；
[0018]圖5b為本實用新型實施例中的左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心和后球面定子鐵心的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6a為本實用新型實施例中的球面轉(zhuǎn)子疊片的剖視圖；
[0020]圖6b為本實用新型實施例中的球面轉(zhuǎn)子疊片的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖7a為本實用新型實施例中的定子套筒的剖視圖；
[0022]圖7b為本實用新型實施例中的定子套筒的三維結(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(xì)描述。
[0024]本實用新型的外轉(zhuǎn)子球形徑向純電磁磁軸承，其較佳的【具體實施方式】是:
[0025]包括定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)兩部分；
[0026]定子系統(tǒng)主要包括:左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心、后球面定子鐵心、激磁線圈、上壓環(huán)、下壓環(huán)、上定子鎖母、下定子鎖母和定子套筒；
[0027]轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括:球面轉(zhuǎn)子疊片、轉(zhuǎn)子套筒和轉(zhuǎn)子鎖環(huán)；
[0028]左球面定子鐵心組成兩個磁極，右球面定子鐵心組成兩個磁極，前球面定子鐵心組成兩個磁極，后球面定子鐵心組成兩個磁極，左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心和后球面定子鐵心組成磁軸承左右前后8個磁極，分別組成X、Y軸正負(fù)方向的磁極，每個定子磁極繞制有激磁線圈，左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心、后球面定子鐵心、上壓環(huán)、下壓環(huán)、上定子鎖母、下定子鎖母均位于定子套筒徑向外側(cè)，左球面定子鐵心位于定子套筒左端徑向外側(cè)，右球面定子鐵心位于定子套筒右端徑向外側(cè)，前球面定子鐵心位于定子套筒前端徑向外側(cè)，后球面定子鐵心位于定子套筒后端徑向外側(cè)，上壓環(huán)和下壓環(huán)分別位于左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心和后球面定子鐵心的上端和下端，并通過上壓環(huán)的環(huán)形槽和下壓環(huán)環(huán)形槽限制左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心和后球面定子鐵心徑向平動，上定子鎖母位于上壓環(huán)上端和定子套筒徑向外側(cè)，下定子鎖母位于下壓環(huán)下端和定子套筒徑向外側(cè)，上定子鎖母和下定子鎖母通過定子套筒螺紋將左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心、后球面定子鐵心、上壓環(huán)和下壓環(huán)固定安裝在定子套筒上，球面轉(zhuǎn)子疊片位于轉(zhuǎn)子套筒徑向內(nèi)側(cè)，并通過轉(zhuǎn)子鎖環(huán)固定安裝在轉(zhuǎn)子套筒上，球面轉(zhuǎn)子疊片內(nèi)球面與左球面定子鐵心外球面、右球面定子鐵心外球面、前球面定子鐵心外球面和后球面定子鐵心外球面留有間隙，形成空氣氣隙。
[0029]所述的左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心和后球面定子鐵心均為電工純鐵DT4C導(dǎo)磁材料。所述的左球面定子鐵心、右球面定子鐵心、前球面定子鐵心和后球面定子鐵心的球面半徑相等，且球心完全重合。所述的球面轉(zhuǎn)子疊片為1J50材料，厚度為0.1mm,其疊片方向為縱向。
[0030]本實用新型的外轉(zhuǎn)子球形徑向純電磁磁軸承，徑向平動和徑向扭動解耦控制，且徑向兩平動控制也解耦的外轉(zhuǎn)子球形純電磁徑向磁軸承，避免了徑向平動控制對徑向扭動控制的干擾，提高了磁軸承的控制精度。其原理是:
[0031]激磁線圈內(nèi)的偏置電流提供偏置磁場，激磁線圈內(nèi)的控制電流產(chǎn)生的控制磁場與偏置磁場正向/反向疊加，保持磁軸承各磁極面處氣隙均勻，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的無接觸懸浮支承。如圖1所示，本實用新型的徑向+X通道的電磁磁路為:磁通從左球面定子鐵心上磁極面出發(fā)，通過氣隙、球面轉(zhuǎn)子疊片、氣隙、左球面定子鐵心下磁極面回到左球面定子鐵心上磁極面；徑向-X通道的電磁磁路為:磁通從右球面定子鐵心上磁極面出發(fā)，通過氣隙、球面轉(zhuǎn)子疊片、氣隙、右球面定子鐵心下磁極面回到右球面定子鐵心上磁極面。如圖2所示，本實用新型的徑向+Y通道的電磁磁路為:磁通從前球面定子鐵心上磁極面出發(fā)，通過氣隙、球面轉(zhuǎn)子疊片、氣隙、前球面定子鐵心下磁極面回到前球面定子鐵心上磁極面；徑向-Y通道的電磁磁路為:磁通從后球面定子鐵心上磁極面出發(fā)，通過氣隙、球面轉(zhuǎn)子疊片、氣隙、后球面定子鐵心下磁極面回到后球面定子鐵心上磁極面。
[0032]當(dāng)磁軸承轉(zhuǎn)子處于平衡位置時，8個球面磁極處的氣隙完全相等，各球面磁極處的電磁吸力大小相等，轉(zhuǎn)子所受合外力和合力矩為零。當(dāng)磁軸承轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸偏離磁軸承定子幾何軸時，各磁極處氣隙不均勻，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子各磁極面的磁力不相等，但都指向球面轉(zhuǎn)子疊片內(nèi)球面的球心。當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子質(zhì)心與球面轉(zhuǎn)子疊片球面的球心完全重合時，8個球面磁極處的電磁吸力對陀螺轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的合力矩為0，不驅(qū)使陀螺旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)，消除了徑向平動對