一種內(nèi)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]本發(fā)明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，尤其涉及一種內(nèi)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(chǎng)提供偏置磁場(chǎng)，電磁磁場(chǎng)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(chǎng)可控，即只有一個(gè)可控電流。后者利用偏置電流提供偏置磁場(chǎng)，利用控制電流產(chǎn)生的控制磁場(chǎng)調(diào)節(jié)電磁力的大小，即純電磁磁軸承具有兩個(gè)可控磁場(chǎng)，即具有兩個(gè)可控電流。此外，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(chǎng)，裝配過程中定轉(zhuǎn)子不會(huì)產(chǎn)生吸力，更易于磁懸浮產(chǎn)品的安裝。所以，許多磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)、磁懸浮電機(jī)、磁懸浮壓縮機(jī)、磁懸浮分子泵、磁懸浮動(dòng)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(jī)械軸承引起的摩擦磨損，降低了陀螺儀的振動(dòng)，使陀螺轉(zhuǎn)子可工作在較高轉(zhuǎn)速，從而為轉(zhuǎn)子提供較大的動(dòng)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(shí)，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(dòng)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(duì)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，減小或消除磁軸承三個(gè)平動(dòng)控制對(duì)徑向兩個(gè)扭動(dòng)控制的干擾，最好的手段是，要求平動(dòng)控制與扭動(dòng)控制完全解耦，即磁軸承產(chǎn)生徑向和軸向電磁力時(shí)，不會(huì)對(duì)陀螺轉(zhuǎn)子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩。現(xiàn)有純電磁磁軸承采用柱面磁極結(jié)構(gòu)，工作時(shí)，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(shí)，各個(gè)磁極面內(nèi)的電磁力大小不相等，均不過質(zhì)心，即會(huì)對(duì)陀螺轉(zhuǎn)子產(chǎn)生徑向扭動(dòng)的干擾力矩，迫使陀螺產(chǎn)生漂移，降低了陀螺的指向精度。此外，現(xiàn)有純電磁磁軸承徑向兩個(gè)通道存在耦合，徑向兩個(gè)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種徑向平動(dòng)和徑向扭動(dòng)解耦控制，且徑向兩平動(dòng)控制也解耦的內(nèi)轉(zhuǎn)子球形徑向純電磁磁軸承，避免了徑向平動(dòng)控制對(duì)徑向扭動(dòng)控制的干擾，提高了磁軸承的控制精度。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明的內(nèi)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)，定子系統(tǒng)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、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；
[0009]左球面定子鐵心組成兩個(gè)磁極，右球面定子鐵心組成兩個(gè)磁極，前球面定子鐵心組成兩個(gè)磁極，后球面定子鐵心組成兩個(gè)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(gè)磁極，分別組成X、Y軸正負(fù)方向的磁極，每個(gè)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、前球面定子鐵心和后球面定子鐵心均位于定子套筒徑向內(nèi)側(cè)，并通過定子套筒內(nèi)側(cè)的定位槽限制其徑向角位置，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通過定子鎖母固定安裝在定子套筒的徑向內(nèi)側(cè)，球面轉(zhuǎn)子疊片位于轉(zhuǎn)子套筒徑向外側(cè)，并通過轉(zhuǎn)子鎖母固定安裝在轉(zhuǎn)子套筒上，球面轉(zhuǎn)子疊片外球面與左球面定子鐵心內(nèi)球面、右球面定子鐵心內(nèi)球面、前球面定子鐵心內(nèi)球面和后球面定子鐵心的內(nèi)球面留有間隙，形成空氣氣隙。
[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)施例提供的內(nèi)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)，定子系統(tǒng)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、定子套筒和定子鎖母；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；由于采用8個(gè)球面磁極，使轉(zhuǎn)子所受電磁力始終經(jīng)過球心，當(dāng)磁軸承轉(zhuǎn)子球心與質(zhì)心重合時(shí)，電磁力相對(duì)轉(zhuǎn)子質(zhì)心產(chǎn)生扭矩為零，即可消除徑向平動(dòng)控制對(duì)徑向扭動(dòng)控制的干擾。此外，8個(gè)磁極中，縱向任意相鄰兩個(gè)磁極獨(dú)立形成一個(gè)通道，即可實(shí)現(xiàn)徑向四個(gè)通道的完全解耦，提高內(nèi)轉(zhuǎn)子徑向磁軸承的控制精度。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中內(nèi)轉(zhuǎn)子球形徑向純電磁磁軸承的徑向X向剖視圖；
[0012]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中內(nèi)轉(zhuǎn)子球形徑向純電磁磁軸承的徑向Y向剖視圖；
[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4a為本發(fā)明實(shí)施例中的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剖視圖；
[0016]圖4b為本發(fā)明實(shí)施例中的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5a為本發(fā)明實(shí)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為本發(fā)明實(shí)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為本發(fā)明實(shí)施例中的球面轉(zhuǎn)子疊片的剖視圖；
[0020]圖6b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；
[0021]圖7a為本發(fā)明實(shí)施例中的定子套筒的剖視圖；
[0022]圖7b為本發(fā)明實(shí)施例中的定子套筒的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0024]本發(fā)明的內(nèi)轉(zhuǎn)子球形徑向純電磁磁軸承，其較佳的【具體實(shí)施方式】是:
[0025]包括定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，定子系統(tǒng)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、定子套筒和定子鎖母；
[0026]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；
[0027]左球面定子鐵心組成兩個(gè)磁極，右球面定子鐵心組成兩個(gè)磁極，前球面定子鐵心組成兩個(gè)磁極，后球面定子鐵心組成兩個(gè)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(gè)磁極，分別組成X、Y軸正負(fù)方向的磁極，每個(gè)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、前球面定子鐵心和后球面定子鐵心均位于定子套筒徑向內(nèi)側(cè)，并通過定子套筒內(nèi)側(cè)的定位槽限制其徑向角位置，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通過定子鎖母固定安裝在定子套筒的徑向內(nèi)側(cè)，球面轉(zhuǎn)子疊片位于轉(zhuǎn)子套筒徑向外側(cè)，并通過轉(zhuǎn)子鎖母固定安裝在轉(zhuǎn)子套筒上，球面轉(zhuǎn)子疊片外球面與左球面定子鐵心內(nèi)球面、右球面定子鐵心內(nèi)球面、前球面定子鐵心內(nèi)球面和后球面定子鐵心內(nèi)球面留有間隙，形成空氣氣隙。
[0028]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1J22導(dǎo)磁塊材材料。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1J22疊片材料，厚度為0.1mm,其疊片方向?yàn)闄M向。
[0029]本發(fā)明的內(nèi)轉(zhuǎn)子球形徑向純電磁磁軸承，徑向平動(dòng)和徑向扭動(dòng)解耦控制，且徑向兩平動(dòng)控制也解耦的內(nèi)轉(zhuǎn)子球形純電磁徑向磁軸承，避免了徑向平動(dòng)控制對(duì)徑向扭動(dòng)控制的干擾，提高了磁軸承的控制精度。
[0030]本發(fā)明的原理是:激磁線圈內(nèi)的偏置電流提供偏置磁場(chǎng)，激磁線圈內(nèi)的控制電流產(chǎn)生的控制磁場(chǎng)與偏置磁場(chǎng)正向/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，本發(fā)明的徑向+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