[发明专利]双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种双定子三自由度洛伦兹力磁轴承。

背景技术

飞轮通过控制转子转速改变角动量大小输出力矩来精确控制航天器姿态。随着空间技术的发展，机械飞轮渐显不足。磁悬浮飞轮采用磁悬浮非接触支承技术，消除了机械轴承引起的摩擦磨损，降低了振动，具有长寿命、高精度、微振动等优点，是航天器姿态控制的理想惯性执行机构。磁轴承是磁悬浮飞轮系统的核心部件之一，其性能决定了飞轮的最高转速、飞轮振动幅值、承载力等，从而影响飞轮输出力矩精度和带宽，是磁悬浮飞轮设计过程中的首要研究对象。

通常磁轴承可以分为磁阻式磁轴承和洛伦兹力磁轴承。前者通过控制磁轴承定、转子间的气隙磁阻大小，改变电磁力大小和方向，实现转子的无接触悬浮；后者通过放置于恒定磁场中的定子线圈电流的大小和方向，改变电磁力大小和方向，实现转子悬浮。通常磁通与磁阻和电流都成线性关系，电磁力与磁通成平方关系，从而电磁力与磁阻和电流都成平方关系，所以经线性化后的电磁力与磁阻和电流的线性范围较窄，因而磁阻式磁轴承的电磁力精度较低。洛伦兹力磁轴承的磁密大小和方向均不变，线圈有效长度为定值，导电线圈产生的电磁力(安培力)只与电流有关，且成线性关系，其线性范围较宽，因而洛伦兹力磁轴承具有很高的控制精度。授权专利201110253688.0所述的一种大力矩磁悬浮飞轮采用了一种两自由度洛伦兹力磁轴承，通过控制沿圆周均布放置的四个方形线圈电流的大小和方向，实现了径向两个扭动自由度的悬浮控制，控制自由度较少，仅为两个。论文《一种磁悬浮陀螺飞轮方案设计与关键技术分析》所述的磁悬浮陀螺飞轮，在授权专利201110253688.0所述的洛伦兹力磁轴承方案的基础上，增加了两个轴向磁轴承线圈，用于控制飞轮转子的平动。四个方形线圈和两个环形线圈均位于同一气隙内，导致了气隙宽度的增加，从而引起气隙磁阻的增加。在相同磁动势的条件下，气隙内的磁密和磁通均大幅下降，从而减小了磁轴承的悬浮支承刚度和电流刚度，降低了承载力，增加了整机的悬浮功耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种高刚度、大承载力、低功耗、高线性度的双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承，主要由转子系统和定子系统两部分组成；

转子系统主要包括：导磁环、上轴向隔磁环、下轴向隔磁环、上轴向磁钢、下轴向磁钢、轴向锁母、上偏转隔磁环、下偏转隔磁环、上偏转磁钢、下偏转磁钢和偏转锁母；

定子系统主要包括：偏转定子骨架、左偏转绕组、右偏转绕组、前偏转绕组、后偏转绕组、偏转定子环氧树脂胶、轴向定子骨架、上轴向绕组、下轴向绕组和轴向定子环氧树脂胶；

偏转定子骨架、左偏转绕组、右偏转绕组、前偏转绕组、后偏转绕组和偏转定子环氧树脂胶组成偏转定子；

轴向定子骨架、上轴向绕组、下轴向绕组和轴向定子环氧树脂胶组成轴向定子；