[发明专利]一种磁悬浮控制力矩陀螺高速转子装置

权利要求书

1.一种磁悬浮控制力矩陀螺高速转子装置，主要由飞轮(1)、三自由度一体化磁轴承(2)、高速电机(3)、陀螺房(4)、保护轴承(5)、径向位移传感器(6)、轴向位移传感器(7)和端盖(8)组成，其中飞轮(1)、高速电机(3)转子部分、三自由度一体化磁轴承(2)转子部分组成装置的转子组件，陀螺房、高速电机定子部分、三自由度一体化磁轴承定子部分和端盖组成定子组件，转子组件和定子组件之间通过高速电机(3)实现转子高速旋转，同时通过三自由度一体化磁轴承(2)支撑实现非接触稳定悬浮，高速电机(3)需要成对使用并对称安装在飞轮(1)轮体两侧，高速电机(3)的内转子和外转子与飞轮(1)轮体固连，定子通过螺钉与陀螺房(4)相连，三自由度一体化磁轴承(2)需要成对使用并对称布置在飞轮(1)轴向两侧，其定子部分与陀螺房(4)通过过盈配合固连，转子部分与飞轮(1)轴端通过过盈配合固连，径向位移传感器(6)布置在三自由度一体化磁轴承(2)的轴向外侧，通过径向传感器座用螺钉与陀螺房(4)固连，径向位移传感器(6)探头与飞轮(1)圆周面之间形成径向探测间隙，保护轴承(5)组件位于径向位移传感器(6)外侧，通过轴承座与陀螺房(4)固连，保护轴承(5)固定于轴承座内，其轴承外圈与飞轮(1)轴肩形成轴向保护间隙，轴承内圈与飞轮(1)圆周面形成径向保护间隙；轴向位移传感器(7)通过螺钉固定在轴承座上，其轴向位移传感器(7)探头与飞轮(1)端面形成轴向探测间隙，其特征在于：所述三自由度一体化磁轴承(2)为永磁偏置、电磁控制的混合式磁轴承，包括定子和转子两部分，其中定子部分由定子铁心(21)、径向线圈(22)、径向导磁环(23)、永磁体(24)、上轴向导磁环(25)、下轴向导磁环(26)、轴向线圈(27)组成，转子部分由转子铁心(28)、转子导磁套(29)组成，永磁体(24)位于径向导磁环(23)和上轴向导磁环(25)之间，将径向磁轴承和轴向磁轴承集成为一体，永磁体(24)的上方是径向导磁环(23)，径向导磁环(23)的内部是定子铁心(21)，定子铁心(21)的磁极上绕有径向线圈(22)，转子铁心(28)位于定子铁心(21)的内部，同转子导磁套(29)通过过盈配合固连，转子导磁套(29)位于转子铁心(28)内侧，与飞轮(1)通过过盈配合固连；

所述转子导磁套(29)下端带有推力盘，该推力盘与下轴向导磁环(26)在轴向形成磁间隙，转子导磁套(29)与上轴向导磁环(25)在径向形成磁间隙，两个三自由度一体化磁轴承(2)的轴向部分共同作用，限制转子轴向平动，与径向部分一起，恰好形成转子高速旋转所需的五自由度支撑；

所述永磁体（24）采用轴向充磁，永磁磁路从永磁体（24）的N极出发依次通过三自由度一体化磁轴承（2）的径向部分和轴向部分，最后回到永磁体（24）的S极；永磁体（24）为圆环结构，由整环导磁材料制成，或者由4个、8个或12个永磁圆弧段拼接而成；

所述定子铁心（21）和转子铁心（28）采用导磁性能良好的软磁材料冲压叠制而成，定子铁心（21）由4个磁极组成，每个定子铁心（21）的磁极上绕有径向线圈（22），定子铁心各磁极上的径向线圈（22）为独立控制，定子铁心（21）磁极内表面和转子铁心（28）外表面在径向留有一定气隙，形成径向磁间隙；

所述上轴向导磁环（25）和下轴向导磁环（26）由实心软磁材料制成，构成截面为“U”型结构的整环，“U”型槽内绕有轴向线圈（27），仅调节与转子导磁套(29)一面的轴向吸力；

所述转子导磁套（29）由实心软磁材料制成，转子导磁套（29）与上轴向导磁环（25）在径向形成磁间隙，转子导磁套（29）下端推力盘部分与下轴向导磁环（26）在轴向形成磁间隙；

高速电机（3）由外转子铁心（31）、外转子压环（32）、磁钢（33）、内转子铁心（34）、内转子压环（35）、定子骨架（36）、定子绕组（37）组成，磁钢（33）的外侧是外转子铁心（31），磁钢（33）和外转子铁心（31）的轴向下方安装有外转子压环（32），内转子铁心（34）位于外转子铁心（31）的径向内侧，内转子铁心（34）的轴向下方安装有内转子压环（35 ），定子骨架（36）位于磁钢（33）和内转子铁心（34）之间，定子骨架（36）上布置定子绕组（37），定子绕组（37）同位于径向外侧的磁钢（33）和径向内测的内转子铁心（34）形成磁间隙。