[发明专利]一种双永磁体内转子永磁偏置球面径向磁轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种双永磁体内转子永磁偏置球面径向磁轴承。

背景技术

纯电磁磁轴承利用偏置电流提供偏置磁场，线圈绕组电流较大，导致磁轴承功耗大。永磁偏置混合磁轴承利用永磁体产生的永磁磁场提供偏置磁场，替代纯电磁磁轴承中偏置电流产生的偏置磁场，可大大减小磁轴承控制电流，降低功率放大器功耗，缩小磁轴承体积，提高轴承承载力。所以永磁偏置磁轴承在磁悬浮鼓风机、磁悬浮油气储运压缩机、磁悬浮电机、磁悬浮储能飞轮、磁悬浮动量轮、磁悬浮控制力矩陀螺等高速运动场合得到广泛应用。

磁悬浮飞轮消除了机械轴承的摩擦磨损，无需润滑，具有高力矩精度、微振动和主动振动抑制的功能等优点，是高精度对地观测卫星的理想惯性执行机构。磁悬浮飞轮在转速方面的优势，使其既能工作在反作用状态用于反作用飞轮，又能工作在偏置状态用于偏置动量轮，进一步提高转速还可用于姿控储能两用飞轮。上述三大类磁悬浮飞轮输出力矩精度高，但力矩较小，不能满足卫星姿态机动的需求，不适合用于敏捷机动卫星平台的惯性执行机构。磁悬浮万向动量轮通过控制飞轮转子赤道内径向两自由度扭动磁轴承偏转力矩，改变飞轮转子旋转轴方向，能够瞬间输出瞬间大陀螺力矩，从而实现卫星姿态的敏捷机动。陀螺力矩精度和剩磁矩是空间用磁悬浮万向飞轮的重要指标。提高陀螺力矩精度，可实现敏捷机动卫星在实现大角度机动的同时，提高卫星对地观测的分辨率。对于低轨卫星，地磁产生的磁场会与整星剩磁矩相互作用产生干扰力矩，影响姿态控制力矩精度。此外，磁悬浮万向动量轮自身剩磁矩可能会对星上磁强计的测量精度产生影响。因此，敏捷机动卫星在设计过程中，对磁悬浮万向动量轮的力矩精度和剩磁矩大小有严格要求。

经分析表明，提高磁悬浮万向动量轮输出的陀螺力矩精度的前提是，飞轮转子平动运动时，其平动电磁力不会影响径向偏转力矩，要求三个平动方向的电磁力与径向两个方向的偏转电磁力矩完全解耦。

现有技术中，专利ZL200510011271.8所述的内转子永磁偏置径向磁轴承，利用放置于两导磁环间的永磁体产生偏置磁场，替代纯电磁磁轴承偏置电流产生的偏置磁场，降低了系统功耗，减小了磁轴承体积和重量。但其使用了一个永磁体圆环，为非对称永磁体结构，会产生较大的剩磁矩；专利ZL201010256248.6所述的双永磁体内转子永磁偏置径向磁轴承，在磁轴承定子和转子对称放置一永磁体，为对称永磁体结构，大大减小径向磁轴承产生的剩磁矩。

上述现有技术至少存在以下缺点：

专利ZL200510011271.8和专利ZL201010256248.6所述外转子径向磁轴承磁极面为圆柱面，转子所受电磁吸力始终垂直磁极表面。当飞轮转子惯性轴与磁轴承定子几何轴发生偏转时，磁轴承8个磁极面内的电磁吸力不相等，且都不指向飞轮转子质心，从而会对飞轮转子产生径向扭动干扰力矩，降低磁悬浮万向动量轮微框架效应时产生的陀螺力矩精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种精度高的双永磁体内转子永磁偏置球面径向磁轴承。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：