一種外轉子洛倫茲力軸向磁軸承的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種非接觸外轉子洛倫茲力軸向磁軸承，尤其涉及一種外轉子洛倫茲力軸向磁軸承。
【背景技術】
[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系，經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，即氣隙內的磁密不變，安培力只與電流有關，且成線性關系，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洛倫茲力磁軸承，通過控制沿圓周均勻放置于定子骨架內的四個線圈電流的大小和方向，實現了飛輪徑向兩個自由度的偏轉控制，但沒有實現軸向平動懸浮。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所述的兩自由度偏轉洛倫茲力磁軸承的基礎上，增加兩個整環線圈用于飛輪轉子平動控制。由于氣隙內增加了兩個環形線圈，導致氣隙增加，在相同的永磁磁動勢下，氣隙內的磁密大幅下降，從而降低了線圈電流產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，氣隙內永磁體產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，產生的熱量也相應較大。尤其當采用洛倫茲力磁軸承承重或輸出偏轉力矩時，線圈電流更大，產生的熱量更多，過多的熱量會導致洛倫茲力磁軸承溫度急劇升高，從而易導致線圈固化膠熔化、線圈絕緣漆熔化短路等事故的發生。由于存在上述缺陷，現有洛倫茲力磁軸承在磁懸浮動量輪和磁懸浮陀螺儀的應用中，存在功耗大且不易散熱的缺點。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種結構簡單、散熱性好、線性度好、帶寬高的外轉子洛倫茲力軸向磁軸承。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0005]本發明的外轉子洛倫茲力軸向磁軸承，主要由定子系統和轉子系統兩部分組成，定子系統主要包括:骨架、上繞組、下繞組、環氧樹脂膠、導磁座和定子鎖母；
[0006]轉子系統主要包括:上磁鋼、下磁鋼、隔磁環、導磁環、轉子鎖母和套筒；
[0007]骨架外壁內有上下兩個環形槽，上繞組和下繞組分別纏繞在骨架的上環形槽和下環形槽內，并通過環氧樹脂膠固化在骨架上，導磁座位于骨架的徑向內側，定子鎖母位于骨架的上端，骨架位于導磁座的徑向外側上方，并通過定子鎖母固定安裝在導磁座上，上磁鋼位于上繞組的徑向外側，下磁鋼位于下繞組的徑向外側，隔磁環位于上磁鋼和下磁鋼間，導磁環位于上磁鋼、下磁鋼和隔磁環的徑向外側，轉子鎖母位于上磁鋼、下磁鋼、隔磁環和導磁環下方，套筒位于上磁鋼、下磁鋼、隔磁環、導磁環和轉子鎖母的徑向外側，轉子鎖母通過與套筒的螺紋連接將上磁鋼、下磁鋼、隔磁環和導磁環固定在套筒的徑向內側，上磁鋼、下磁鋼和隔磁環與上繞組和下繞組留有一定的間隙，形成空氣氣隙。
[0008]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的外轉子洛倫茲力軸向磁軸承，由于采用了單邊外圈磁鋼結構，與傳統雙邊磁鋼洛倫茲力軸向磁軸承相比，減少了內圈磁鋼的使用，結構更加簡單，結構可靠性更高。同時相比將繞組固化在非金屬材料(導熱性差)的骨架上的結構方案，該結構將繞組直接安裝在定子導磁座上，更有利于繞組熱量的散發，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為本發明實施例中外轉子洛倫茲力軸向磁軸承的剖視圖；
[0010]圖2為本發明實施例中定子系統的剖視圖；
[0011]圖3為本發明實施例中轉子系統的剖視圖；
[0012]圖4a為本發明實施例中骨架、上繞組、下繞組和環氧樹脂膠固化裝配后組件的剖視圖；
[0013]圖4b為本發明實施例中骨架、上繞組、下繞組和環氧樹脂膠組件固化鏜內孔后的剖視圖；
[0014]圖5a為本發明實施例中骨架在與上繞組、下繞組和環氧樹脂膠固化裝配前的零件尚J視圖；
[0015]圖5b為本發明實施例中骨架在與上繞組、下繞組和環氧樹脂膠固化裝配前的零件三維結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。
[0017]本發明的外轉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，主要由定子系統和轉子系統兩部分組成，定子系統主要包括:骨架1、上繞組2A、下繞組2B、環氧樹脂膠3、導磁座4和定子鎖母5 ;轉子系統主要包括:上磁鋼6A、下磁鋼6B、隔磁環7、導磁環8、轉子鎖母9和套筒10 ;骨架I外壁內有上下兩個環形槽，上繞組2A和下繞組2B分別纏繞在骨架I的上環形槽和下環形槽內，并通過環氧樹脂膠3固化在骨架I上，導磁座4位于骨架I的徑向內側，定子鎖母5位于骨架I的上端，骨架I位于導磁座4的徑向外側上方，并通過定子鎖母5固定安裝在導磁座4上，上磁鋼6A位于上繞組2A的徑向外側，下磁鋼6B位于下繞組2B的徑向外側，隔磁環7位于上磁鋼6A和下磁鋼6B間，導磁環8位于上磁鋼6A、下磁鋼6B和隔磁環7的徑向外側，轉子鎖母9位于上磁鋼6A、下磁鋼6B、隔磁環7和導磁環8下方，套筒10位于上磁鋼6A、下磁鋼6B、隔磁環7、導磁環8和轉子鎖母9的徑向外側，轉子鎖母9通過與套筒10的螺紋連接將上磁鋼6A、下磁鋼6B、隔磁環7和導磁環8固定在套筒10的徑向內側，上磁鋼6A、下磁鋼6B和隔磁環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]所述的導磁座4為高導熱性的電工純鐵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]所述的導磁環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]所述的環氧樹脂膠3固化在常溫真空環境下進行，固化時間不低于24小時。
[0026]圖2為本發明中定子系統的剖視圖，上繞組2A和下繞組2B分別纏繞在骨架I的上環形槽和下環形槽內，并通過環氧樹脂膠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將其安裝在導磁座4上。