[发明专利]一种旋转调制径向球面永磁偏置磁轴承

摘要

一种旋转调制径向球面永磁偏置磁轴承主要由定子系统、转子系统和旋转调制系统三部分组成，定子系统主要包括：上球面定子铁芯、下球面定子铁芯、激磁线圈、隔磁环、上导磁环、下导磁环、永磁体、定子套筒和定子锁母；转子系统主要包括：球面转子铁芯、转子套筒和转子锁母；旋转调制系统主要包括：磁轴承定子安装盘、旋转调制转子轴承套、旋转调制轴承、旋转调制转子锁母、超声波电机转子、超声波电机定子、旋转调制定子轴承套和旋转调制定子锁母。本发明具有旋转调制功能，通过超声波电机驱动定子进行旋转，消除陀螺漂移导致的转子角速率的误差，从而提高磁轴承的控制精度。

主权项

1.一种旋转调制径向球面永磁偏置磁轴承，主要由定、转子系统和旋转调制系统组成，其特征在于：主要包括：四个上球面定子铁芯(1)、四个下球面定子铁芯(2)、激磁线圈(3)、隔磁环(4)、上导磁环(5)、下导磁环(6)、永磁体(7)、定子锁母(8)、定子套筒(9)、球面转子铁芯(10)、转子锁母(11)、转子套筒(12)、气隙(13)、磁轴承定子安装盘(14)、旋转调制转子轴承套(15)、旋转调制轴承(16)、旋转调制转子锁母(17)、超声波电机转子(18)、超声波电机定子(19)、旋转调制定子轴承套(20)和旋转调制定子锁母(21)；四个上球面定子铁芯(1)均绕制有两个激磁线圈(3)组成4个磁极，四个下球面定子铁芯(2)均绕制有两个激磁线圈(3)组成4个磁极，磁轴承定子上下两端磁极共同组成旋转调制径向球面永磁偏置磁轴承±X、±Y轴方向的8个磁极，隔磁环(4)位于四个上球面定子铁芯(1)的轴向下端和四个下球面定子铁芯(2)的轴向上端，上导磁环(5)位于四个上球面定子铁芯(1)的径向外侧，下导磁环(6)位于四个下球面定子铁芯(2)的径向外侧，永磁体(7)位于上导磁环(5)的轴向下端和下导磁环(6)的轴向上端，四个上球面定子铁芯(1)、四个下球面定子铁芯(2)、隔磁环(4)、上导磁环(5)、下导磁环(6)和永磁体(7)通过定子锁母(8)固定安装在定子套筒(9)径向内侧，球面转子铁芯(10)位于四个上球面定子铁芯(1)和四个下球面定子铁芯(2)的径向内侧以及转子套筒(12)的径向外侧，并通过转子锁母(11)固定安装在转子套筒(12)上，四个上球面定子铁芯(1)和四个下球面定子铁芯(2)的内球面与球面转子铁芯(10)的外球面之间留有一定的球壳间隙，形成气隙(13)，磁轴承定子安装盘(14)位于磁轴承定子套筒(9)的轴向上端并通过螺钉固定连接在磁轴承定子套筒(9)上，旋转调制转子轴承套(15)位于磁轴承定子安装盘(14)轴向上端，并通过过盈配合与磁轴承定子安装盘(14)连接，旋转调制轴承(16)位于旋转调制转子轴承套(15)径向外侧，并通过旋转调制转子锁母(17)将旋转调制轴承(16)的内圈轴向固定在旋转调制转子轴承套(15)上，超声波电机转子(18)固定连接在磁轴承定子安装盘(14)的轴向上端，超声波电机定子(19)通过压力固连于超声波电机转子(18)的轴向上端，旋转调制定子轴承套(20)位于超声波电机定子(19)径向内侧，并与超声波电机定子(19)过盈配合连接，旋转调制定子锁母(21)将旋转调制轴承(16)外圈轴向固定在旋转调制定子轴承套(20)上；其中，所述的每个激磁线圈(3)匝数为80～120匝；其中，所述的球面转子铁芯(10)的球面半径取21mm～51mm，球面转子铁芯(10)左球面对应的球心角为58°，球面转子铁芯(10)左球面上侧圆弧边缘切线与球面转子铁芯(10)上端面左侧边缘所成夹角为120°，球面转子铁芯(10)左球面下侧圆弧边缘切线与球面转子铁芯(10)下端面左侧边缘所成夹角为120°；同理，球面转子铁芯(10)右球面对应的球心角为58°，球面转子铁芯(10)右球面上侧圆弧边缘切线与球面转子铁芯(10)上端面右侧边缘所成夹角为120°，球面转子铁芯(10)右球面下侧圆弧边缘切线与球面转子铁芯(10)下端面右侧边缘所成夹角为120°；其中，所述的上球面定子铁芯(1)、下球面定子铁芯(2)和球面转子铁芯(10)均为1J50或1J85导磁实心块材，永磁体(7)为衫钴合金或钕铁硼合金材料，永磁体(7)沿轴向充磁；其中，所述的气隙(13)大小为1mm～1.7mm；所述的上球面定子铁芯(1)的磁极结构分为前部、中部和根部，上球面定子铁芯(1)前部左侧边缘与上球面定子铁芯(1)前部右侧边缘形成夹角为82°，沿圆周上相连的两个球面定子铁芯磁极之间距离为4mm，上球面定子铁芯(1)磁极前部的左侧边缘与中部连接处形成夹角为131°，中部两个平面之间形成夹角为117°，中部与根部圆弧切线夹角为112°；同理，上球面定子铁芯(1)磁极前部的右侧边缘与中部连接处形成夹角为131°，中部两个平面之间形成夹角为117°，中部与根部圆弧切线夹角为112°，四个上球面定子铁芯(1)和四个球面下定子铁芯(2)外形尺寸完全相同。