一种用于陀螺惯性仪表输出轴定心装置的磁悬浮元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于陀螺惯性仪表输出轴定心装置的磁悬浮元件，属于微特电机领域。
【背景技术】
[0002]磁悬浮是陀螺惯性器件输出轴上的定心装置，它不但消除了输出轴上的机械接触摩擦，而且提高了输出轴的定心精度。
[0003]目前国内磁悬浮常用的普通铁氧体磁芯结构不够致密，这种材料虽然符合传感和控制二合一功能对磁通路的磁性能要求，但其主要缺点是比较脆，加工难度大。而且其主要结构靠模具加工，机械结构的对称性差，导致了电气输出的对称性不易保证。
[0004]因此，有必要设计一种用于陀螺仪表支撑的磁悬浮元件，该磁悬浮元件采用感应控制二合一功能，且同时具备两种良好磁路功能的可靠且易加工的磁芯材料，这样就可大大提高磁悬浮的空间利用率、电气精度和应用可靠性。
【发明内容】
[0005]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供一种用于陀螺惯性仪表输出轴定心装置的磁悬浮元件，能够提高磁悬浮的空间利用率、电气精度和应用可靠性。
[0006]本发明的技术解决方案是:一种用于陀螺惯性仪表输出轴定心装置的磁悬浮元件，包括径向磁悬浮和轴向磁悬浮；
[0007]其中轴向磁悬浮包括轴向定子磁芯、轴向定子绕组和轴向转子磁片，轴向定子磁芯为圆柱体，内部开有贯通的空腔，轴向定子磁芯通过所述空腔固定在陀螺惯性仪表的固定端；在所述圆柱体的内壁和外壁之间开有环形槽，环形槽底部通过对称的两个通孔与外界联通；轴向定子绕组位于所述环形槽中，通过胶封固定在圆柱体内壁上，且轴向定子绕组的两个引线端分别从两个对称的通孔伸出；轴向转子磁片固定在陀螺惯性仪表的浮动端；
[0008]所述轴向磁悬浮的个数与陀螺惯性仪表固定端一一浮动端的个数相匹配，每两个轴向磁悬浮构成一对，每对轴向磁悬浮的轴向定子绕组的绕线方式相同，并按所述安装方式对称地安装在陀螺惯性仪表上；
[0009]径向磁悬浮包括径向定子磁芯、径向定子绕组和径向转子磁环；所述径向定子磁芯为圆盘状结构，由直径相同的圆片叠压形成，其上对称加工8η个磁极，每两个相邻磁极构成一组磁极，Sn个磁极形成4η组磁极；径向定子绕组包括4η组绕组，每组绕组包括两个线圈，且每组绕组中的两个线圈串联反接于一组磁极上，相邻两组磁极上的绕组方向相反；4η组绕组通过胶封固定在所述径向定子磁芯的磁极上；在所述圆盘上8η个磁极内侧或外侧加工有圆环状开孔，径向定子磁芯通过所述圆环状开孔固定在陀螺惯性仪表的固定径向端；径向转子磁环由内外径相同的圆环叠压形成，并固定在陀螺惯性仪表的浮动径向端；
[0010]所述径向磁悬浮的个数与陀螺惯性仪表固定径向端一一浮动径向端的个数相匹配，每个径向磁悬浮按所述安装方式安装在陀螺惯性仪表上，处于对称位置的两个径向磁悬浮结构一致；
[0011]其中η为自然数，且η不为O。
[0012]所述轴向定子磁芯和轴向转子磁片的材料为软磁铁氧体材料，采用热等静压工艺制成；径向定子磁芯和径向转子磁环采用软磁合金带材制成。
[0013]所述构成径向定子磁芯的圆片之间进行绝缘处理，且径向定子磁芯两端圆片的厚度大于中间圆片的厚度；构成径向转子磁环的圆环之间进行绝缘处理，且径向转子磁环两端圆环的厚度大于中间圆环的厚度。
[0014]本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
[0015](I)本发明的径向磁悬浮采用的磁极下线及连接方式使得每组磁极磁路完全独立，有效防止不同方向磁路间互相干扰。
[0016](2)以往需要同时使用结构形式完全不同的位置传感器和力控制器来实现仪表的定心，而采用本发明的磁悬浮结构，仅通过分时采用不同的激励方式即能发挥其位置传感功能和力发生器的控制功能，使得仪表结构更加紧凑，质量更轻，同时可充分利用空间位置。
[0017](3)与以往的磁悬浮用的普通烧结工艺的铁氧体材料相比，本发明的轴向磁悬浮选用热等静压工艺制成的软磁铁氧体材料，在保证输出性能满足要求的条件下，新的压制烧结工艺制成的铁氧体材料较以往铁氧体在材料力学性能上有了很大的提高，因而提高了产品的可靠性。
[0018](4)以往的径向磁悬浮因铁氧体材料固有的较差的机械加工性能，主要结构靠模具加工，机械结构的对称性差，导致了电气输出的对称性不易保证。本发明的径向磁悬浮选用了能够精密加工的软磁合金带材，同时径向定子磁芯和径向转子磁环通过数片圆片或圆环叠压的结构，减少了涡流损耗，其结构对称精度大幅提高，因而提高了磁路的对称性，进而提尚了对仪表的定心精度。
【附图说明】
[0019]图1为本发明轴向磁悬浮示意图；
[0020]图2为本发明的内转子外定子的径向磁悬浮示意图；
[0021]图3为本发明的内定子外转子的径向磁悬浮示意图；
[0022]图4为本发明的径向磁悬浮定子绕组出线和磁极的关系，其中(a)为第二径向定子磁芯的示意图，(b)为第二径向定子绕组四个绕组的引出端和连接关系；
[0023]图5为本发明的电路实现原理图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
[0025]本发明提出了一种用于陀螺惯性仪表输出轴定心装置的磁悬浮元件，包括轴向磁悬浮和径向磁悬浮。
[0026]其中轴向磁悬浮如图1所示，包括轴向定子磁芯2、轴向定子绕组3和轴向转子磁片1，轴向定子磁芯2为圆柱体，内部开有贯通的空腔，轴向定子磁芯2通过所述空腔套装在陀螺惯性仪表的固定端，并且轴向定子磁芯2与所述陀螺惯性仪表的固定端通过粘接或过盈配合的方式固定；在轴向定子磁芯2圆柱体的内壁和外壁之间开有环形槽，环形槽底部通过对称的两个通孔与外界联通；轴向定子绕组3位于所述环形槽中，且沿圆柱体内壁缠绕布置，并胶封于圆柱体内壁上，且轴向定子绕组3的两个引线端分别从对称的两个通孔伸出；轴向转子磁片I通过粘接或过盈配合的方式固定在仪表的浮动端。轴向磁悬浮的个数与陀螺惯性仪表上固定端一一浮动端的个数相匹配(陀螺惯性仪表上一个固定端对应一个浮动端，固定端一一浮动端的个数即为固定端或浮动端的个数)，每两个轴向磁悬浮构成一对，每对轴向磁悬浮绕组的绕线方式相同，并按所述安装方式对称地安装在陀螺惯性仪表上。
[0027]径向磁悬浮为第一径向磁悬浮(内转子外定子的径向磁悬浮)或第二径向磁悬浮(内定子外转子的径向磁悬浮)。
[0028]第一径向磁悬浮包括第一径向定子磁芯4、第一径向定子绕组5和第一径向转子磁环6 ;第一径向定子磁芯4为多个直径相同的圆片叠压形成的圆盘状结构(如由20个圆片叠加形成，每两个圆片之间进行绝缘处理，其中中间18个圆片的厚度范围为0.02-0.2mm，为了保证加工尺寸，最上端和最下端圆片的厚度大于中间圆片的厚度)，其上对称加工Sn个磁极，Sn个磁极远离圆盘中心的一侧彼此相互连接；每相邻两个磁极构成一组磁极，Sn个磁极形成4n组磁极；第一径向定子绕组5包括4n组绕组，每组绕组包括两个线圈，且每组绕组中的两个线圈串联反接于一组磁极上，相邻两组磁极上的绕组方向相反；每组绕组中的一个引线端接地，另一个引线端向外引出，4n组绕组胶封于所述第一径向定子磁芯4的磁极上；在所述圆盘上8n个磁极内侧加工有圆环状开孔，第一径向定子磁芯4通过圆环状开孔粘接或以过盈配合的方式固定在陀螺惯性仪表的固定径向端；第一径向转子磁环6为多个内外径相同的圆环叠压形成的圆环结构(如由10个圆环叠加形成，每两个圆环之间进行绝缘处理，其中中间8个圆环的厚度为0.02—0.2mm，为了保证加工尺寸，最上端和最下端圆环的厚度大于中间圆环的厚度)；第一径向转子磁环6通过粘接或过盈配合的方式固定在陀螺惯性仪表的浮动径向端。其中η为自然数，且η不为O。
[0029]以η = I为例，第一径向磁悬浮如图2所示，其中VIII和I构成第一组磁极，II和III构成第二组磁极，IV和V构成第三组磁极，VI和VII构成第四组磁极，第一径向定子绕组5包括四组绕组，第一组绕组中的两个线圈串联反接于第一组磁极上，第二组绕组串联反接于第二组磁极上，第三组绕组串联反接于第三组磁极上，第四组绕组串联反接于第四组磁极上。每组绕组串联反接于一组磁极上，相邻两组磁极上的绕组方向相反。实现上述绕线方式的一个具体实例为:每组绕组包括两个线圈，第一组绕组的第一个线圈顺时针缠绕在I上，且第一个线圈一端引出，另一端和第二个线圈串联连接，第二个线圈逆时针缠绕在VIII上后，引出一个引出端。第二组绕组的第一