一种动圈式双磁路轴向充磁旋转洛伦兹力磁轴承

本发明涉及一种洛伦兹力磁轴承，尤其涉及一种动圈式双磁路轴向充磁旋转洛伦兹力磁轴承。

背景技术：

1、随着航天技术飞速发展，高分侦察、激光通信等航天任务对航天器姿态稳定性、敏捷性和超静性能提出迫切需求，亟需探索发展航天器姿态控制技术新途径。航天器平台对姿态控制系统力矩精度要求愈来愈高，传统机械轴承难以满足其性能指标。根据电磁力计算和表示方法不同，磁轴承可分为磁阻式磁轴承和洛伦兹力磁轴承，磁阻式磁轴承通过线圈通电产生磁场，控制定子与转子间气隙磁阻大小改变电磁力实现转子无接触悬浮，但电磁力和电流成平方关系；洛伦兹力磁轴承通过合理布设磁钢位置创设气隙磁场，气隙磁阻和磁动势均为恒值，洛伦兹力与电流呈一次线性关系，适用于高精度控制。选取磁悬浮轴承避免了机械轴承的摩擦磨损缺陷，具有高精度、微振动和长寿命等优点，力矩精度可达10-5nm量级，是航天器平台的理想惯性执行机构。洛伦兹力旋转磁轴承输出控制力矩大，旋转范围广，有效提高平台机动灵活性能。

2、现有技术中，授权专利zl201610920731.7所述的一种两自由度halbach阵列显式洛伦兹力偏转磁轴承，采用halbach阵列磁钢结构，磁钢位于磁极端部，气隙边缘漏磁明显，气隙中转子控制精度较低。受理专利zl2022114992524所述的一种旋转洛伦兹力磁轴承，采用环状径向充磁方式克服现有柱状气隙洛伦兹力磁轴承旋转角度小的缺点，但其磁场气隙磁密均匀性差，工作绕组在气隙磁场中受力不均匀抑制了磁轴承旋转精度。

3、综上所述，如何提高磁密均匀性和磁密大小从而提升旋转磁轴承稳定性和旋转机动性能是本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种动圈式双磁路轴向充磁旋转洛伦兹力磁轴承，采用四块扇形轴向充磁式磁钢环合理布设其位置，将传统单磁通回路拓扑为磁场方向相反的双磁通回路。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、本发明的动圈式双磁路轴向充磁旋转洛伦兹力磁轴承，主要由左定子组件、右定子组件和转子组件组成，其特征在于：所述左定子组件主要包括：左上导磁环、左上扇形磁钢环、左隔磁环、左下导磁环、左下扇形磁钢环和左顺磁贴片；所述右定子组件主要包括：右上导磁环、右上扇形磁钢环、右隔磁环、右下导磁环、右下扇形磁钢环和右顺磁贴片；所述转子组件主要包括：左前挂耳形绕组、左后挂耳形绕组、右前挂耳形绕组、右后挂耳形绕组和线圈骨架；所述左定子组件内左上扇形磁钢环、左下扇形磁钢环同轴共圆心与左隔磁环装配，左上扇形磁钢环、左下扇形磁钢环周向外环曲面与左隔磁环周向内环曲面贴合构成左磁钢-隔磁环部件，左磁钢-隔磁环部件轴向左端面与左上导磁环、左下导磁环轴向右端面同轴共圆心装配，左磁钢-隔磁环部件轴向右端面与左顺磁贴片轴向左端面同轴心紧固贴合为一体；所述右定子组件内右上扇形磁钢环、右下扇形磁钢环同轴共圆心与右隔磁环装配，右上扇形磁钢环、右下扇形磁钢环周向外环曲面与右隔磁环周向内环曲面贴合构成右磁钢-隔磁环部件，右磁钢-隔磁环部件轴向右端面与右上导磁环、右下导磁环轴向左端面同轴共圆心装配，右磁钢-隔磁环部件轴向左端面与右顺磁贴片轴向右端面同轴心紧固贴合为一体；左上导磁环位于左磁钢-隔磁环部件、左顺磁贴片(3)径向上端，左上导磁环轴向内侧端面与左上扇形磁钢环轴向左端面完整贴合并用螺钉紧固连接，左下导磁环位于左磁钢-隔磁环部件、左顺磁贴片径向下端，左下导磁环轴向内侧端面与左下扇形磁钢环轴向左端面完整贴合并用螺钉紧固连接构成左定子组件；右上导磁环位于右磁钢-隔磁环部件、右顺磁贴片径向上端，右上导磁环轴向内侧端面与右上扇形磁钢环轴向右端面完整贴合并用螺钉紧固连接，右下导磁环位于右磁钢-隔磁环部件、右顺磁贴片径向下端，右下导磁环轴向内侧端面与右下扇形磁钢环轴向左端面完整贴合并用螺钉紧固连接构成右定子组件；所述左定子组件内左上导磁环、左下导磁环轴向右端面与右定子组件内右上导磁环、右下导磁环轴向左端面采用阵列螺钉锁紧固连构成动圈式双磁路轴向充磁旋转洛伦兹力磁轴承完整定子组件；所述转子组件内左前挂耳形绕组、左后挂耳形绕组位于线圈骨架轴向左端面，并与左顺磁贴片轴向右端面存在一定间隔位于其轴向右侧；右前挂耳形绕组、右后挂耳形绕组位于线圈骨架轴向右端面，并与右顺磁贴片轴向左端面存在一定间隔位于其轴向左侧；

4、本发明的动圈式双磁路轴向充磁旋转洛伦兹力磁轴承，旋转磁轴承中轴向每层两块导磁环采用螺钉锁紧为一体，呈倒置马鞍状，其鞍面径向内侧存在两条凹槽，两条凹槽间隔排列扫掠导磁环周向曲面；顺磁贴片内外径尺寸与扇形磁钢环相同，隔磁环内左右扇面隔磁部件内外径尺寸与扇形磁钢环尺寸相同；本发明的动圈式双磁路轴向充磁旋转洛伦兹力磁轴承，转子组件呈圆盘状，线圈骨架径向内侧为空心凸台状，径向外侧呈凸字形，轴向左右侧端面各有一条过圆心对称连通竖直凹槽；左前挂耳形绕组和左后挂耳形绕组绕制于线圈骨架左周向凸缘和左径向过圆心凹槽中；同理，右前挂耳形绕组和右后挂耳形绕组绕制于线圈骨架右周向凸缘和右径向过圆心凹槽中，线圈骨架与四条串联闭合线圈构成“绕组在外，骨架在内”的中心对称式转子组件结构，其结构优势避免气隙磁阻影响轴向气息中部磁密衰减而造成作用于其中四条串联线圈受力不一致而使转子在旋转过程中发生振荡；

5、本发明的动圈式双磁路轴向充磁旋转洛伦兹力磁轴承，所述左上扇形磁钢环、右上扇形磁钢环、左下扇形磁钢环和右下扇形磁钢环为周向弧段相同扇面，采用轴向充磁厚度相等的永磁合金材料，轴向充磁式磁钢环径向内外弧面漏磁少避免气隙磁密发生扩散从而降低其均匀性；左上扇形磁钢环和右上扇形磁钢环充磁方向为左s右n，上磁路中磁通依次通过左上扇形磁钢环、左顺磁贴片径向上端、转子上端有效绕组段、右顺磁贴片径向上端、右上扇形磁钢环和上导磁环形成闭合回路；左下扇形磁钢环和右下扇形磁钢环充磁方向为左n右s，下磁路中磁通依次通过右下扇形磁钢环、右顺磁贴片径向下端、转子下端有效绕组段、左顺磁贴片径向下端、左下扇形磁钢环和下导磁环形成闭合回路，该结构将传统单磁路磁轴承拓扑为上下双磁路优势特性；

6、本发明的动圈式双磁路轴向充磁旋转洛伦兹力磁轴承，所述转子组件内线圈骨架轴向端面凹槽深度与单个线圈绕组厚度相同，其径向凸缘处内外径与线圈周向半圆段尺寸相同，径向内侧空心圆采取机械方式与转轴固连进行大角度机动旋转；转子组件内挂耳形线圈周向半圆段内径大于扇形磁钢环外径，避免周向非工作段线圈产生干扰力矩抑制转子控制精度；黄铜线圈采取双并绕方式整齐胶装于线圈骨架轴向两侧凹槽和径向两侧凸缘内构成四条串联闭合挂耳形绕组，其外置对称式转子组件结构巧妙使工作绕组对称靠近两侧磁钢环，作用于气隙高磁密区域可在通入相同电流下输出更大转矩，有效降低旋转洛伦兹力磁轴承电流功耗；

7、由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的动圈式双磁路轴向充磁旋转洛伦兹力磁轴承，采用扇形轴向充磁方式消除径向充磁存在放射形磁路现象，提高磁密均匀性，四块扇形磁钢环两两平行间隔布设构成上下对称磁钢环排列布局，将传统单磁路拓扑为上下双磁路，增大线圈作用于磁场中的绕组工作段，有效降低洛伦兹力磁轴承的功耗并提升旋转力矩控制精度。