[发明专利]一种高频动态快速响应球面轴向纯电磁磁轴承

说明书

本发明公开了一种高频动态快速响应球面轴向纯电磁磁轴承，主要包括定子系统和转轴组成，定子系统主要包括球面定子铁心、偏置线圈和控制线圈。本发明将磁轴承偏置线圈与控制线圈分离，减少了控制回路中的电感，提高了磁轴承高频动态响应能力。采用球面磁极结构，磁极气隙为球壳状，电磁悬浮力始终指向转子球心，当转子质心与球心重合时，即可消除轴向平动悬浮对偏转悬浮的干扰，提高了磁轴承的控制精度。此外，偏置线圈与控制线圈位于两个环形槽内，非常便于绕线，且两个线圈电流互不干扰，进一步提高了磁轴承控制精度。

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种高频动态快速响应球面轴向纯电磁磁轴承。

背景技术

磁悬浮控制敏感陀螺是更具发展潜力的新一代集姿态控制与敏感为一体的惯性机构，同时具有高精度的姿态控制功能和姿态敏感功能，是天基平台实现甚稳超静的理想惯性器件。磁轴承是磁悬浮控制敏感陀螺核心部件之一，对陀螺的姿控精度与敏感精度具有重要影响。

纯电磁磁轴承产生的电磁悬浮力与电流成平方关系，具有承载力大、便于装配等优点，常用于转子的平动承重悬浮。现有纯电磁磁轴承的磁极面一般为柱面，转子偏转前后，磁极气隙形状会发生改变，造成转子磁极表面磁密不均匀，产生偏转负力矩，降低平动悬浮精度。此外，纯电磁磁轴承的线圈一般为单个线圈，线圈匝数较多，导致控制回路中的电感较大，降低磁轴承高频响应速度。专利申请号200710098751.1所述的一种具有冗余结构的低功耗轴向磁轴承采用双线圈结构，两个线圈互为冗余，提高了磁轴承的可靠性。但其磁极面为平面，转子偏转后均匀薄壁气隙形状发生改变，致使磁密不均匀产生偏转负力矩。专利申请号201510370246.2所述的一种双线圈轴向球面纯电磁磁轴承和专利申请号201510370225.0所述的一种轴向球面纯电磁磁轴承的磁极面均采用球面结构，磁极气隙为球壳状，转子偏转状态下气隙形状不会改变，电磁悬浮力始终指向球心，从而消除了扭转负力矩。同时将控制电流与偏置电流分离，减小了控制电流的电感，提高了高频动态响应速度。但两个线圈位于同一个环形槽内，槽满率太高，不易绕线，且两个线圈电流互为干扰，降低了磁轴承控制精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种易绕线、高频动态响应速度快、控制精度高的高频动态快速响应球面轴向纯电磁磁轴承。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的高频动态快速响应球面轴向纯电磁磁轴承，其较佳的具体实施方式是：

主要包括定子系统和转轴，定子系统主要包括：上球面定子铁心、下球面定子铁心、上偏置线圈、下偏置线圈、上控制线圈和下控制线圈；上球面定子铁心和下球面定子铁心内部均有两个环形槽，上偏置线圈绕制在上球面定子铁心的外环形槽内，并通过环氧树脂胶固化在上球面定子铁心上，下偏置线圈绕制在下球面定子铁心的外环形槽内，并通过环氧树脂胶固化在下球面定子铁心上，上控制线圈绕制在上球面定子铁心的内环形槽内，并通过环氧树脂胶固化在上球面定子铁心上，下控制线圈绕制在下球面定子铁心的内环形槽内，并通过环氧树脂胶固化在下球面定子铁心上，上球面定子铁心的内球面与转轴的上外球面留有一定的间隙，形成上球壳气隙，下球面定子铁心的内球面与转轴的下外球面的内球面留有一定的间隙，形成下球壳气隙。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的高频动态快速响应球面轴向纯电磁磁轴承，克服了现有技术的不足，具有绕线简单、高频动态响应速度快、控制精度高等优点。可用于磁悬浮控制敏感陀螺轴向单自由度高精度悬浮支承。

附图说明

图1为本发明实施例提供的高频动态快速响应球面轴向纯电磁磁轴承的剖视图；

图2为本发明实施例中的上磁轴承定子的剖视图；

图3为本发明实施例中的下磁轴承定子的剖视图；

图4a为本发明实施例中的上球面定子铁心和下球面定子铁心的剖视图；