一種內轉子球形徑向純電磁磁軸承的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種非接觸磁懸浮軸承，尤其涉及一種內轉子球形徑向純電磁磁軸承。
【背景技術】
[0002]磁懸浮軸承分為永磁偏置混合磁軸承和純電磁磁軸承，前者利用永磁體產生的永磁磁場提供偏置磁場，電磁磁場提供輔助調節力，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，利用控制電流產生的控制磁場調節電磁力的大小，即純電磁磁軸承具有兩個可控磁場，即具有兩個可控電流。此外，與永磁偏置混合磁軸承相比，純電磁磁軸承斷電狀態下，磁極表面沒有磁場，裝配過程中定轉子不會產生吸力，更易于磁懸浮產品的安裝。所以，許多磁懸浮鼓風機、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，消除機械軸承引起的摩擦磨損，降低了陀螺儀的振動，使陀螺轉子可工作在較高轉速，從而為轉子提供較大的動量，使其具有很好的品質因素，提高了陀螺儀的定軸性。工作狀態下，陀螺轉子偏離平衡位置時，磁軸承不均的電磁力將作用于陀螺儀轉子磁極面，產生扭動力矩，使陀螺儀旋轉軸發生偏轉，即發生陀螺漂移。因此必須考慮磁軸承懸浮力對陀螺漂移的影響。
[0004]陀螺儀轉子旋轉軸干擾力矩越小，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子指向精度的前提是，減小或消除磁軸承三個平動控制對徑向兩個扭動控制的干擾，最好的手段是，要求平動控制與扭動控制完全解耦，即磁軸承產生徑向和軸向電磁力時，不會對陀螺轉子產生偏轉力矩。現有純電磁磁軸承采用柱面磁極結構，工作時，轉子所受電磁吸力始終垂直于磁極表面。當陀螺轉子慣性軸偏離幾何軸時，各個磁極面內的電磁力大小不相等，均不過質心，即會對陀螺轉子產生徑向扭動的干擾力矩，迫使陀螺產生漂移，降低了陀螺的指向精度。此外，現有純電磁磁軸承徑向兩個通道存在耦合，徑向兩個通道內電磁力之間存在耦合力，降低了陀螺轉子的控制精度。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種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內轉子球形徑向純電磁磁軸承，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。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]本發明的內轉子球形徑向純電磁磁軸承，包括定子系統和轉子系統，定子系統包括: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]轉子系統包括:球面轉子疊片、轉子套筒和轉子鎖母；
[0009]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、前球面定子鐵心和后球面定子鐵心均位于定子套筒徑向內側，并通過定子套筒內側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側，球面轉子疊片位于轉子套筒徑向外側，并通過轉子鎖母固定安裝在轉子套筒上，球面轉子疊片外球面與左球面定子鐵心內球面、右球面定子鐵心內球面、前球面定子鐵心內球面和后球面定子鐵心的內球面留有間隙，形成空氣氣隙。
[0010]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內轉子球形徑向純電磁磁軸承，包括定子系統和轉子系統，定子系統包括: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；轉子系統包括:球面轉子疊片、轉子套筒和轉子鎖母；由于采用8個球面磁極，使轉子所受電磁力始終經過球心，當磁軸承轉子球心與質心重合時，電磁力相對轉子質心產生扭矩為零，即可消除徑向平動控制對徑向扭動控制的干擾。此外，8個磁極中，縱向任意相鄰兩個磁極獨立形成一個通道，即可實現徑向四個通道的完全解耦，提高內轉子徑向磁軸承的控制精度。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明實施例中內轉子球形徑向純電磁磁軸承的徑向X向剖視圖；
[0012]圖2為本發明實施例中內轉子球形徑向純電磁磁軸承的徑向Y向剖視圖；
[0013]圖3a為本發明實施例中的定子系統的剖視圖；
[0014]圖3b為本發明實施例中的定子系統的三維結構示意圖；
[0015]圖4a為本發明實施例中的轉子系統的剖視圖；
[0016]圖4b為本發明實施例中的轉子系統的三維結構示意圖；
[0017]圖5a為本發明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為本發明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構示意圖；
[0019]圖6a為本發明實施例中的球面轉子疊片的剖視圖；
[0020]圖6b為本發明實施例中的球面轉子疊片的三維結構示意圖；
[0021]圖7a為本發明實施例中的定子套筒的剖視圖；
[0022]圖7b為本發明實施例中的定子套筒的三維結構示意圖。
【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]本發明的內轉子球形徑向純電磁磁軸承，其較佳的【具體實施方式】是:
[0025]包括定子系統和轉子系統，定子系統包括: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]轉子系統包括:球面轉子疊片、轉子套筒和轉子鎖母；
[0027]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、前球面定子鐵心和后球面定子鐵心均位于定子套筒徑向內側，并通過定子套筒內側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側，球面轉子疊片位于轉子套筒徑向外側，并通過轉子鎖母固定安裝在轉子套筒上，球面轉子疊片外球面與左球面定子鐵心內球面、右球面定子鐵心內球面、前球面定子鐵心內球面和后球面定子鐵心內球面留有間隙，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。所述的球面轉子疊片為1J22疊片材料，厚度為0.1mm,其疊片方向為橫向。
[0029]本發明的內轉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內轉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。
[0030]本發明的原理是:激磁線圈內的偏置電流提供偏置磁場，激磁線圈內的控制電流產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，實現轉子的無接觸懸浮支承。如圖1所示，本發明的徑向+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，通過氣隙、球面轉子疊片、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，通過氣隙、球面轉子疊片、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，通過氣隙、球面轉子疊片、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