雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，尤其涉及一種雙定子三自由度洛倫茲力磁軸承。
【背景技術】
[0002]飛輪通過控制轉子轉速改變角動量大小輸出力矩來精確控制航天器姿態。隨著空間技術的發展，機械飛輪漸顯不足。磁懸浮飛輪采用磁懸浮非接觸支承技術，消除了機械軸承引起的摩擦磨損，降低了振動，具有長壽命、高精度、微振動等優點，是航天器姿態控制的理想慣性執行機構。磁軸承是磁懸浮飛輪系統的核心部件之一，其性能決定了飛輪的最高轉速、飛輪振動幅值、承載力等，從而影響飛輪輸出力矩精度和帶寬，是磁懸浮飛輪設計過程中的首要研宄對象。
[0003]通常磁軸承可以分為磁阻式磁軸承和洛倫茲力磁軸承。前者通過控制磁軸承定、轉子間的氣隙磁阻大小，改變電磁力大小和方向，實現轉子的無接觸懸浮；后者通過放置于恒定磁場中的定子線圈電流的大小和方向，改變電磁力大小和方向，實現轉子懸浮。通常磁通與磁阻和電流都成線性關系，電磁力與磁通成平方關系，從而電磁力與磁阻和電流都成平方關系，所以經線性化后的電磁力與磁阻和電流的線性范圍較窄，因而磁阻式磁軸承的電磁力精度較低。洛倫茲力磁軸承的磁密大小和方向均不變，線圈有效長度為定值，導電線圈產生的電磁力(安培力)只與電流有關，且成線性關系，其線性范圍較寬，因而洛倫茲力磁軸承具有很高的控制精度。授權專利201110253688.0所述的一種大力矩磁懸浮飛輪采用了一種兩自由度洛倫茲力磁軸承，通過控制沿圓周均布放置的四個方形線圈電流的大小和方向，實現了徑向兩個扭動自由度的懸浮控制，控制自由度較少，僅為兩個。論文《一種磁懸浮陀螺飛輪方案設計與關鍵技術分析》所述的磁懸浮陀螺飛輪，在授權專利201110253688.0所述的洛倫茲力磁軸承方案的基礎上，增加了兩個軸向磁軸承線圈，用于控制飛輪轉子的平動。四個方形線圈和兩個環形線圈均位于同一氣隙內，導致了氣隙寬度的增加，從而引起氣隙磁阻的增加。在相同磁動勢的條件下，氣隙內的磁密和磁通均大幅下降，從而減小了磁軸承的懸浮支承剛度和電流剛度，降低了承載力，增加了整機的懸浮功耗。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種高剛度、大承載力、低功耗、高線性度的雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0006]本發明的雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承，主要由轉子系統和定子系統兩部分組成；
[0007]轉子系統主要包括:導磁環、上軸向隔磁環、下軸向隔磁環、上軸向磁鋼、下軸向磁鋼、軸向鎖母、上偏轉隔磁環、下偏轉隔磁環、上偏轉磁鋼、下偏轉磁鋼和偏轉鎖母；
[0008]定子系統主要包括:偏轉定子骨架、左偏轉繞組、右偏轉繞組、前偏轉繞組、后偏轉繞組、偏轉定子環氧樹脂膠、軸向定子骨架、上軸向繞組、下軸向繞組和軸向定子環氧樹脂膠；
[0009]偏轉定子骨架、左偏轉繞組、右偏轉繞組、前偏轉繞組、后偏轉繞組和偏轉定子環氧樹脂膠組成偏轉定子；
[0010]軸向定子骨架、上軸向繞組、下軸向繞組和軸向定子環氧樹脂膠組成軸向定子；
[0011]導磁環上有兩個環形槽，上軸向隔磁環、下軸向隔磁環、上軸向磁鋼、下軸向磁鋼和軸向鎖母位于導磁環外環形槽的外圓柱面內，上偏轉隔磁環、下偏轉隔磁環、上偏轉磁鋼、下偏轉磁鋼和偏轉鎖母位于導磁環內環形槽的外圓柱面內，上軸向隔磁環位于上軸向磁鋼上端，上軸向磁鋼位于上軸向隔磁環下端和下軸向隔磁環上端，下軸向隔磁環位于上軸向磁鋼下端和下軸向磁鋼上端，下軸向磁鋼位于下軸向隔磁環下端和軸向鎖母上端，上軸向隔磁環、下軸向隔磁環、上軸向磁鋼和下軸向磁鋼通過導磁環和軸向鎖母的螺紋配合安裝在導磁環外環形槽上，上偏轉隔磁環位于上偏轉磁鋼上端，上偏轉磁鋼位于上偏轉隔磁環下端和下偏轉隔磁環上端，下偏轉隔磁環位于上偏轉磁鋼下端和下偏轉磁鋼上端，下偏轉磁鋼位于下偏轉隔磁環下端和偏轉鎖母上端，上偏轉隔磁環、下偏轉隔磁環、上偏轉磁鋼和下偏轉磁鋼通過導磁環和偏轉鎖母的螺紋配合安裝在導磁環內環形槽上，偏轉定子骨架位于上偏轉隔磁環、下偏轉隔磁環、上偏轉磁鋼、下偏轉磁鋼和偏轉鎖母的徑向內側，左偏轉繞組位于偏轉定子骨架左端徑向外側，右偏轉繞組位于偏轉定子骨架右端徑向外側，前偏轉繞組位于偏轉定子骨架前端徑向外側，后偏轉繞組位于偏轉定子骨架后端徑向外偵U，左偏轉繞組、右偏轉繞組、前偏轉繞組和后偏轉繞組通過偏轉定子環氧樹脂膠固化安裝在偏轉定子骨架上，軸向定子骨架位于偏轉定子骨架的徑向外側，并通過其下端螺紋連接固定安裝在偏轉定子骨架上，軸向定子骨架位于上軸向隔磁環、下軸向隔磁環、上軸向磁鋼、下軸向磁鋼和軸向鎖母的徑向內側，上軸向繞組位于軸向定子骨架上端環形槽內，并通過軸向定子環氧樹脂膠固化安裝在軸向定子骨架上端環形槽內，下軸向繞組位于軸向定子骨架下端環形槽內，并通過軸向定子環氧樹脂膠固化安裝在軸向定子骨架下端環形槽內，上軸向隔磁環、下軸向隔磁環、上軸向磁鋼、下軸向磁鋼和軸向鎖母與導磁環間留有一定的間隙，形成軸向空氣氣隙，上偏轉隔磁環、下偏轉隔磁環、上偏轉磁鋼、下偏轉磁鋼和偏轉鎖母與導磁環間留有一定的間隙，形成偏轉空氣氣隙。
[0012]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承，由于采用了雙定子結構，將軸向繞組和偏轉繞組分別放置在軸向空氣氣隙和偏轉空氣氣隙內，減小了氣隙的大小，增強了氣隙內的磁密和磁通，降低了懸浮功耗，同時實現了磁軸承軸向平動控制和徑向兩自由度偏轉控制的完全解耦，提高了磁軸承控制精度。可作為空間用磁懸浮動量輪等旋轉部件的無接觸支承。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明實施例中雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承的徑向X向剖視結構示意圖；
[0014]圖2為本發明實施例中雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承的徑向Y向剖視結構示意圖；
[0015]圖3為本發明實施例中轉子系統的剖視結構示意圖；
[0016]圖4為本發明實施例中定子系統的剖視結構示意圖；
[0017]圖5為本發明實施例中偏轉定子的剖視結構示意圖；
[0018]圖6a為本發明實施例中偏轉定子骨架的剖視結構示意圖；
[0019]圖6b為本發明實施例中偏轉定子骨架的三維結構示意圖；
[0020]圖7為本發明實施例中軸向定子的剖視結構示意圖；
[0021]圖8a為本發明實施例中軸向定子骨架的剖視結構示意圖；
[0022]圖8b為本發明實施例中軸向定子骨架的三維結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。
[0024]本發明的雙定子三自由度解耦洛倫茲力磁軸承，其較佳的【具體實施方式】是如圖1、2所示:
[0025]主要由轉子系統和定子系統兩部分組成；
[0026]轉子系統主要包括:導磁環1、上軸向隔磁環2A、下軸向隔磁環2B、上軸向磁鋼3A、下軸向磁鋼3B、軸向鎖母4、上偏轉隔磁環5A、下偏轉隔磁環5B、上偏轉磁鋼6A、下偏轉磁鋼6B和偏轉鎖母7 ；
[0027]定子系統主要包括:偏轉定子骨架8、左偏轉繞組9A、右偏轉繞組9B、前偏轉繞組9C、后偏轉繞組9D、偏轉定子環氧樹脂膠10、軸向定子骨架11、上軸向繞組12A、下軸向繞組12B和軸向定子環氧樹脂膠13 ；
[0028]偏轉定子骨架8、左偏轉繞組9A、右偏轉繞組9B、前偏轉繞組9C、后偏轉繞組9D和偏轉定子環氧樹脂膠10組成偏轉定子；
[0029]軸向定子骨架11、上軸向繞組12A、下軸向繞組12B和軸向定子環氧樹脂膠13組成軸向定子；
[0030]導磁環I上有兩個環形槽，上軸向隔磁環2A、下軸向隔磁環2B、上軸向磁鋼3A、下軸向磁鋼3B和軸向鎖母4位于導磁環I外環形槽的外圓柱面內，上偏轉隔磁環5A、下偏轉隔磁環5B、上偏轉磁鋼6A、下偏轉磁鋼6B和偏轉鎖母7位于導磁環I內環形槽的外圓柱面內，上軸向隔磁環2A位于