一種外轉(zhuǎn)子洛倫茲力軸向磁軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非接觸外轉(zhuǎn)子洛倫茲力軸向磁軸承，尤其涉及一種外轉(zhuǎn)子洛倫茲力軸向磁軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]磁懸浮軸承分為磁阻式磁軸承和洛倫茲力磁軸承，前者通過改變氣隙或磁動勢的大小，來改變磁極面處的磁密和磁通，從而控制電磁力的大小和方向，后者的氣隙不變，通過改變繞組電流大小和方向，控制線圈中安培力的大小和方向。對于磁阻式磁軸承，其磁密與控制電流成正比，電磁力與磁密的平方成正比，磁阻式磁軸承的電磁力與控制電流成平方關(guān)系，經(jīng)線性化處理后其線性范圍較窄，控制精度較低。相比之下，洛倫茲力磁軸承磁動勢和氣隙大小不變，即氣隙內(nèi)的磁密不變，安培力只與電流有關(guān)，且成線性關(guān)系，因此洛倫茲力磁軸承具有很好的線性度，控制精度較高。授權(quán)專利201110253688.0所述的一種大力矩磁懸浮飛輪采用一種兩自由度偏轉(zhuǎn)洛倫茲力磁軸承，通過控制沿圓周均勻放置于定子骨架內(nèi)的四個線圈電流的大小和方向，實現(xiàn)了飛輪徑向兩個自由度的偏轉(zhuǎn)控制，但沒有實現(xiàn)軸向平動懸浮。論文《一種磁懸浮陀螺飛輪方案設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)分析》所述的磁懸浮陀螺飛輪，在授權(quán)專利201110253688.0所述的兩自由度偏轉(zhuǎn)洛倫茲力磁軸承的基礎(chǔ)上，增加兩個整環(huán)線圈用于飛輪轉(zhuǎn)子平動控制。由于氣隙內(nèi)增加了兩個環(huán)形線圈，導(dǎo)致氣隙增加，在相同的永磁磁動勢下，氣隙內(nèi)的磁密大幅下降，從而降低了線圈電流產(chǎn)生的安培力的大小和洛倫茲力磁軸承的支承剛度，增加了整機功耗。此外，磁阻式磁軸承的氣隙大小一般為0.2?0.35mm，氣隙內(nèi)的磁密大小一般為1.0?1.4T，且懸浮電磁力與磁密的平方成正比，其較小的電流就能產(chǎn)生較大的懸浮電磁力，功耗較低。由于洛倫茲力磁軸承氣隙較大，一般為4?6mm，氣隙內(nèi)永磁體產(chǎn)生的磁密大小一般為0.2?0.4T，且懸浮安培力與磁密成正比，即需要較大電流才能輸出一定的懸浮力，因此功耗較大，產(chǎn)生的熱量也相應(yīng)較大。尤其當(dāng)采用洛倫茲力磁軸承承重或輸出偏轉(zhuǎn)力矩時，線圈電流更大，產(chǎn)生的熱量更多，過多的熱量會導(dǎo)致洛倫茲力磁軸承溫度急劇升高，從而易導(dǎo)致線圈固化膠熔化、線圈絕緣漆熔化短路等事故的發(fā)生。由于存在上述缺陷，現(xiàn)有洛倫茲力磁軸承在磁懸浮動量輪和磁懸浮陀螺儀的應(yīng)用中，存在功耗大且不易散熱的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、散熱性好、線性度好、帶寬高的外轉(zhuǎn)子洛倫茲力軸向磁軸承。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明的外轉(zhuǎn)子洛倫茲力軸向磁軸承，主要由定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)兩部分組成，定子系統(tǒng)主要包括:骨架、上繞組、下繞組、環(huán)氧樹脂膠、導(dǎo)磁座和定子鎖母；
[0006]轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括:上磁鋼、下磁鋼、隔磁環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)、轉(zhuǎn)子鎖母和套筒；
[0007]骨架外壁內(nèi)有上下兩個環(huán)形槽，上繞組和下繞組分別纏繞在骨架的上環(huán)形槽和下環(huán)形槽內(nèi)，并通過環(huán)氧樹脂膠固化在骨架上，導(dǎo)磁座位于骨架的徑向內(nèi)側(cè)，定子鎖母位于骨架的上端，骨架位于導(dǎo)磁座的徑向外側(cè)上方，并通過定子鎖母固定安裝在導(dǎo)磁座上，上磁鋼位于上繞組的徑向外側(cè)，下磁鋼位于下繞組的徑向外側(cè)，隔磁環(huán)位于上磁鋼和下磁鋼間，導(dǎo)磁環(huán)位于上磁鋼、下磁鋼和隔磁環(huán)的徑向外側(cè)，轉(zhuǎn)子鎖母位于上磁鋼、下磁鋼、隔磁環(huán)和導(dǎo)磁環(huán)下方，套筒位于上磁鋼、下磁鋼、隔磁環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和轉(zhuǎn)子鎖母的徑向外側(cè)，轉(zhuǎn)子鎖母通過與套筒的螺紋連接將上磁鋼、下磁鋼、隔磁環(huán)和導(dǎo)磁環(huán)固定在套筒的徑向內(nèi)側(cè)，上磁鋼、下磁鋼和隔磁環(huán)與上繞組和下繞組留有一定的間隙，形成空氣氣隙。
[0008]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的外轉(zhuǎn)子洛倫茲力軸向磁軸承，由于采用了單邊外圈磁鋼結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)雙邊磁鋼洛倫茲力軸向磁軸承相比，減少了內(nèi)圈磁鋼的使用，結(jié)構(gòu)更加簡單，結(jié)構(gòu)可靠性更高。同時相比將繞組固化在非金屬材料(導(dǎo)熱性差)的骨架上的結(jié)構(gòu)方案，該結(jié)構(gòu)將繞組直接安裝在定子導(dǎo)磁座上，更有利于繞組熱量的散發(fā)，降低磁軸承的溫升，從而提高磁軸承可靠性。可作為空間用磁懸浮動量輪和磁懸浮陀螺儀等旋轉(zhuǎn)部件的無接觸支承，降低磁軸承懸浮工作時的溫升。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明實施例中外轉(zhuǎn)子洛倫茲力軸向磁軸承的剖視圖；
[0010]圖2為本發(fā)明實施例中定子系統(tǒng)的剖視圖；
[0011]圖3為本發(fā)明實施例中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剖視圖；
[0012]圖4a為本發(fā)明實施例中骨架、上繞組、下繞組和環(huán)氧樹脂膠固化裝配后組件的剖視圖；
[0013]圖4b為本發(fā)明實施例中骨架、上繞組、下繞組和環(huán)氧樹脂膠組件固化鏜內(nèi)孔后的剖視圖；
[0014]圖5a為本發(fā)明實施例中骨架在與上繞組、下繞組和環(huán)氧樹脂膠固化裝配前的零件尚J視圖；
[0015]圖5b為本發(fā)明實施例中骨架在與上繞組、下繞組和環(huán)氧樹脂膠固化裝配前的零件三維結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。
[0017]本發(fā)明的外轉(zhuǎn)子洛倫茲力軸向磁軸承，其較佳的【具體實施方式】是:
[0018]如圖1所示，主要由定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)兩部分組成，定子系統(tǒng)主要包括:骨架1、上繞組2A、下繞組2B、環(huán)氧樹脂膠3、導(dǎo)磁座4和定子鎖母5 ;轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括:上磁鋼6A、下磁鋼6B、隔磁環(huán)7、導(dǎo)磁環(huán)8、轉(zhuǎn)子鎖母9和套筒10 ;骨架I外壁內(nèi)有上下兩個環(huán)形槽，上繞組2A和下繞組2B分別纏繞在骨架I的上環(huán)形槽和下環(huán)形槽內(nèi)，并通過環(huán)氧樹脂膠3固化在骨架I上，導(dǎo)磁座4位于骨架I的徑向內(nèi)側(cè)，定子鎖母5位于骨架I的上端，骨架I位于導(dǎo)磁座4的徑向外側(cè)上方，并通過定子鎖母5固定安裝在導(dǎo)磁座4上，上磁鋼6A位于上繞組2A的徑向外側(cè)，下磁鋼6B位于下繞組2B的徑向外側(cè)，隔磁環(huán)7位于上磁鋼6A和下磁鋼6B間，導(dǎo)磁環(huán)8位于上磁鋼6A、下磁鋼6B和隔磁環(huán)7的徑向外側(cè)，轉(zhuǎn)子鎖母9位于上磁鋼6A、下磁鋼6B、隔磁環(huán)7和導(dǎo)磁環(huán)8下方，套筒10位于上磁鋼6A、下磁鋼6B、隔磁環(huán)7、導(dǎo)磁環(huán)8和轉(zhuǎn)子鎖母9的徑向外側(cè)，轉(zhuǎn)子鎖母9通過與套筒10的螺紋連接將上磁鋼6A、下磁鋼6B、隔磁環(huán)7和導(dǎo)磁環(huán)8固定在套筒10的徑向內(nèi)側(cè)，上磁鋼6A、下磁鋼6B和隔磁環(huán)7與上繞組2A和下繞組2B留有一定的間隙，形成空氣氣隙11。
[0019]所述的骨架I為耐高溫高強度的聚酰亞胺材料。
[0020]所述的導(dǎo)磁座4為高導(dǎo)熱性的電工純鐵DT4C或1J22塊材材料。
[0021 ] 所述的上磁鋼6A和下磁鋼6B為衫鈷合金或釹鐵硼合金材料。
[0022]所述的導(dǎo)磁環(huán)8為電工純鐵DT4C或1J22塊材材料。
[0023]所述的上磁鋼6A和下磁鋼6B大小形狀相同，充磁方向均為徑向充磁，且充磁方向相反。
[0024]所述的環(huán)氧樹脂膠3為雙組份膠水，兩種膠水比例為1:2。
[0025]所述的環(huán)氧樹脂膠3固化在常溫真空環(huán)境下進行，固化時間不低于24小時。
[0026]圖2為本發(fā)明中定子系統(tǒng)的剖視圖，上繞組2A和下繞組2B分別纏繞在骨架I的上環(huán)形槽和下環(huán)形槽內(nèi)，并通過環(huán)氧樹脂膠3固化在骨架I上，骨架1、上繞組2A、下繞組2B和環(huán)氧樹脂膠3固化為一個整體組件后，通過定子鎖母5將其安裝在導(dǎo)磁座4上。