[发明专利]一种双永磁体外转子永磁偏置径向磁轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种补偿剩磁矩的双永磁体外转子永磁偏置径向磁轴承，可作为空间用磁悬浮飞轮等旋转部件的无接触支撑，降低其自身剩磁对外界部件的磁干扰。

背景技术

磁悬浮轴承分纯电磁式和永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，前者使用电流大、功耗大，永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，利用永磁体替代纯电磁磁轴承中的偏置电流产生偏置磁场，永磁体产生的磁场承担主要的承载力，电磁磁场提供辅助的调节承载力，因而这种轴承可大大减小控制电流，具有降低功率放大器的损耗、减少磁轴承安匝数、缩小磁轴承体积、提高轴承承载能力等优点，故永磁偏置磁轴承在磁悬浮电机、高速飞轮系统等磁悬浮支承的高速运动场合得到了广泛的应用。空间用磁悬浮飞轮采用磁轴承支承，由于克服了传统机械轴承飞轮的摩擦以及不平衡振动等问题，因此可实现更高的转速、更长的寿命以及更高的输出力矩精度，剩磁矩是衡量卫星及其部件磁性大小的指标之一，也是卫星姿态控制执行机构一磁悬浮飞轮磁性大小的重要指标之一，特别是对于近地轨道卫星，由于地磁场的影响，如果卫星及其部件因为某些原因而残留较大的剩磁矩，则一方面使得整星剩磁矩会与地磁场相互作用产生干扰力矩，影响卫星的姿态控制精度；另一方面星体某一部件的剩磁矩可能会对卫星的其他部件产生干扰，如影响磁强计的测量精度等。因此在卫星的设计生产过程中，为减小卫星内部各磁部件之间的干扰，应对卫星的每个磁部件都有剩磁矩的要求。

经过分析表明，磁悬浮飞轮中产生剩磁矩的磁源主要有永磁体、软磁材料和通电线圈，且永磁体产生的磁矩是整个磁悬浮飞轮剩磁矩的主要磁源，现有的授权专利ZL200710098750.7提出的磁悬浮飞轮结构，给出了一种轴向长度短的外转子磁悬浮飞轮，其采用的是ZL200510011270.3的外转子径向磁轴承结构，由于飞轮系统中的电机永磁体是径向交替对称充磁，轴向磁轴承是成对使用而可以使得永磁体对称使用，因此两者的永磁剩磁矩可近似至0，唯有径向磁轴承由于传统结构采用一个永磁体圆环产生偏置磁场，为非对称永磁体结构，因此会产生较大的剩磁矩，从而会对其他部件产生磁干扰。现有的剩磁矩补偿方法很少，主要是通过实验的方法测出剩磁矩，通过飞轮中的磁力矩器根据在轨道中的磁性状况进行磁补偿的方法，这种方法实现起来十分复杂，另有一种方法是通过外加永磁体的方式进行补偿，这种方法依然是根据实验测试，根据测得的结果进行外加永磁体的补偿，这种方法所加永磁体的大小没有规律可循，而且外加永磁体增加了飞轮等装置的体积，并且外加永磁体对飞轮等装置的导磁转动部分在高速下带来了不可预知的损耗，影响整机磁性能的稳定性。鉴于上述原因，现有的径向磁轴承存在轴向方向剩磁矩大且现有补偿方法十分复杂并会增加装置体积等缺陷。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种低剩磁矩的的永磁偏置外转子径向磁轴承，以减小期自身对外界的磁干扰。

本发明的技术解决方案为：一种双永磁体外转子永磁偏置径向磁轴承，由外导磁环、外永磁体、定子铁心、激磁线圈、内导磁环、内永磁体和转子铁心组成，每个定子铁心组成4个磁极，2个定子铁心组成磁轴承左右两端8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极，每个定子磁极绕制有激磁线圈，定子铁心外部为转子铁心，转子铁心外部为外导磁环，外永磁体位于两个外导磁环之间，转子铁心内表面与定子铁心外表面留有一定的间隙，形成空气隙，定子铁心的径向内部为内导磁环，内永磁体位于两个内导磁环之间，其中外永磁体为补偿剩磁矩的永磁体，内导磁环、内永磁体、定子铁心以及激磁线圈构成了补偿剩磁矩双永磁体外转子径向磁轴承的静止部分，转子铁心、外导磁环以及外永磁体构成了补偿剩磁矩双永磁体外转子径向磁轴承的转动部分。

所述的外永磁体的体积与内永磁体的体积相等，且其充磁方向与内永磁体的充磁方向相反；内永磁体和外永磁体采用稀土永磁材料或铁氧体永磁材料制成；内永磁体和外永磁体为轴向圆环，沿轴向充磁。

所述的定子铁心的磁极可采用极靴形式以减小高速下的涡流损耗。

所述的外导磁环和内导磁环均采用导磁性能良好的材料制成，如电工纯铁、1J50或硅钢等任意一种制成。