[发明专利]一种三自由度轴向磁轴承

说明书

一种三自由度轴向磁轴承，由八个“E”字型轴向磁轴承定子单元和推力盘组成，其中每个“E”字型轴向磁轴承定子单元由三个定子磁极构成，推力盘上存在“山”字型凹槽，八个轴向磁轴承定子单元分别沿±X、±Y、±45°与±135°方向布置，其中±X、±Y方向放置的定子单元第一定子磁极缠绕外线圈，第三定子磁极缠绕内线圈，沿±45°与±135°分布的定子单元在第二定子磁极缠绕中线圈。其中沿±X，±Y方向放置的“E”字型定子单元用以实现推力盘沿X和Y方向上的偏转控制，沿±45°和±135°方向放置的“E”字型定子单元用以实现推力盘沿Z方向上的平动。本发明所述的轴向磁轴承提高了线圈的利用率，并提高了轴承的承载能力以及偏转控制的能力。

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种大承载力分体轴向磁轴承，可作为空间用单框架控制力矩陀螺和双框架控制力矩陀螺等旋转部件的无接触支撑，特别适用于磁悬浮惯性稳定平台的非接触支承。

背景技术

常用磁悬浮轴承分电磁偏置式和永磁偏置加电磁控制的混合式磁悬浮轴承，前者采用偏置电流产生偏置磁场，具有刚度阻尼可调等优点；后者利用永磁体替代电流产生偏置磁场，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，具有低功耗等优点。按照承载力的方向分类，磁轴承分为径向磁轴承和轴向磁轴承。对于现有的轴向磁轴承，发明专利200510011272.2公开了一种低功耗永磁偏置轴向磁轴承结构，利用第二气隙使得电磁磁路与永磁磁路解耦，发明专利201510585671.3公开了一种非对称永磁偏置轴向磁轴承，采用双E型定子铁心，利用正Z向和负Z向采用不同磁动势的非对称环形永磁体产生轴向两个方向不同的静态承载力，但是这两种结构所述的轴向磁轴承均为单自由度磁轴承，即仅仅可产生轴向方向的承载力；而发明专利200710098748.X公开了一种永磁偏置轴向磁轴承，发明专利200710098749.4公开了一种磁悬浮飞轮用轴向磁轴承，这两类磁轴承将轴向磁轴承在圆周上沿X和Y方向上分为四组磁极，通过控制每组磁极上线圈的电流方向，可实现转子的轴向平动自由度控制和两个径向偏转自由度控制。但是，当应用于承载500kg相机载荷的惯性平台这种大直径大尺寸大承载力的场合时，存在平台直径大导致轴承尺寸大幅增加，重量显著增大的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种分体式、可进行轴向平动和径向扭动控制的轴向磁轴承。

本发明的技术解决方案为：一种三自由度轴向磁轴承，由八个“E”字型轴向磁轴承定子单元(1)和推力盘(2)组成，其中每个“E”字型轴向磁轴承定子单元(1)由三个定子磁极构成，外侧磁极是凸出的第一定子磁极，中间磁极是凹陷的第二定子磁极，内侧磁极是凸出的第三定子磁极；推力盘(2)上存在“山”字型凹槽，其外侧凹陷，中部凸起，内侧凹陷与“E”字型轴向磁轴承定子单元(1)的第一定子磁极、第二定子磁极和第三定子磁极分别形成外侧气隙，中部气隙，内侧气隙。八个轴向磁轴承定子单元分别沿±X、±Y、±45°与±135°方向布置，其中±X、±Y方向放置的定子单元第一定子磁极缠绕外线圈(11)，第三定子磁极缠绕内线圈(13)，沿±45°与±135°分布的定子单元在第二定子磁极缠绕中线圈(12)。其中沿±X，±Y方向放置的“E”字型定子单元用以实现推力盘(2)沿X和Y方向上的偏转控制，沿±45°和±135°方向放置的“E”字型定子单元用以实现推力盘(2)沿Z方向上的平动。

所述的推力盘(2)的上方和下方均放置有八个“E”字型轴向磁轴承定子单元(1)，且放置于推力盘(2)上方的八个“E”字型轴向磁轴承定子单元(1)与推力盘(2)之间的磁气隙与放置于推力盘(2)下方的八个“E”字型轴向磁轴承定子单元(1)与推力盘(2)之间的磁气隙不相等。

所述的“E”字型定子的材料为1J50、1J22或电工纯铁。

所述的推力盘的材料为铝合金或钛合金。