由于激磁线圈中通电电流是成对反向加载，所以每对线圈的两个激磁线圈的剩磁矩大小相等，方向相反，对外的合磁矩为零。对于软磁材料来说，其磁路为轴向均匀分布，所以其对外表现的磁矩也为零。对于永磁体而言，其磁矩大小为P = He X V (He为永磁体的矫顽力，V为永磁体的体积)，方向为永磁体的充磁方向。对于单永磁体外转子径向磁轴承，其剩磁方向为永磁体充磁方向，对外表现一个较大的轴向磁矩分量，大小与永磁体的体积成正比。为补偿径向磁轴承所产生轴向磁力矩，本实用新型在磁轴承定子和转子中都加入体积相等，充磁方向相反的永磁体，实现剩磁矩的补偿。
[0026]本实用新型与现有技术相比的优点在于:
[0027]本实用新型在现有内转子径向磁轴承的基础上，将现有磁轴承磁极面换成球面，使磁轴承转子在各磁极处所受的电磁力始终经过球面转子铁心球面磁极的球心，克服了因各磁极处电磁力不相等时，而产生的径向扭动干扰力矩，提高了磁悬浮万向动量轮陀螺力矩的精度。同时采用双永磁体结构，在磁轴承定子和转子都放置体积相等，充磁方向相反的永磁体，没有增加磁轴承体积，降低了径向磁轴承产生的剩磁矩。
[0028]具体实施例:
[0029]如图1、2所示，一种双永磁体内转子永磁偏置球面径向磁轴承，主要由定子系统和转子系统两部分组成，其特征在于:定子系统主要包括:定子上球面铁心1、定子下球面铁心2、激磁线圈3、定子隔磁环4、定子上导磁环5、定子下导磁环6、定子永磁体7、定子套筒8和定子锁环9 ;转子系统主要包括:转子上球面铁心10、转子下球面铁心11、转子隔磁环12、转子上导磁环13、转子下导磁环14、转子永磁体15、转子套筒16和转子锁环17 ;定子上球面铁心I组成4个磁极，定子下球面铁心2组成4个磁极，定子上球面铁心I和定子下球面铁心2组成磁轴承上下两端8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的球面磁极，每个定子磁极绕制有激磁线圈3，定子隔磁环4位于定子上球面铁心I和定子下球面铁心2之间，定子上导磁环5位于定子上球面铁心I径向外侧，定子下导磁环6位于定子下球面铁心2径向外侧，定子永磁体7位于定子上导磁环5和定子下导磁环6之间，定子上球面铁心1、定子下球面铁心2、定子隔磁环4、定子上导磁环5、定子下导磁环6和定子永磁体7位于定子套筒8径向内侧，并通过定子锁环9固定安装在定子套筒8上，转子上球面铁心10位于定子上球面铁心I径向内侧，转子上球面铁心10外球面与定子上球面铁心I内球面留有一定的间隙，形成空气气隙18，转子下球面铁心11位于定子下球面铁心2径向内侧，转子下球面铁心11外球面与定子下球面铁心2内球面留有一定的间隙，形成空气气隙18，转子隔磁环12位于转子上球面铁心10和转子下球面铁心11之间，转子上导磁环13位于转子上球面铁心10径向内侧，转子下导磁环14位于转子下球面铁心11径向内侧，转子永磁体15位于转子上导磁环13和转子下导磁环14之间，转子上球面铁心10、转子下球面铁心11、转子隔磁环12、转子上导磁环13、转子下导磁环14和转子永磁体15位于转子套筒16径向外侦U，并通过转子锁环17固定安装在转子套筒16上。
[0030]图3a为本实用新型中定子上球面铁心I和定子下球面铁心2剖视图，图3b为本实用新型中定子上球面铁心I和定子下球面铁心2三维结构示意图，其材料为导磁性能良好的薄钢片如电工硅钢片1J22、1J50、1J79、1J85、电工纯铁等磁性材料冲压叠制而成，四个磁极面在同一球面上，每个磁极均采用极靴形式以减小高转速下的涡流损耗和等效阻力矩。
[0031]图4a为本实用新型中转子上球面铁心10和转子下球面铁心11剖视图，图4b为本实用新型中转子上球面铁心10和转子下球面铁心11三维结构示意图，其材料为导磁性能良好的薄钢片如电工硅钢片1J22、1J50、1J79、1J85、电工纯铁等磁性材料冲压叠制而成，磁悬浮万向动量轮转子处于平衡位置时，转子上球面铁心10的外球面球心和转子下球面铁心11的外球面球心与定子上球面铁心I内球面的球心和定子下球面铁心2的内球面的球心重合。
[0032]上述实用新型方案所用的定子隔磁环4和转子隔磁环12的材料均为导热性能良好的硬铝2A12、超硬铝7A09等无磁铝合金。定子上导磁环5、定子下导磁环6、转子上导磁环13和转子下导磁环14均为导磁性能良好的1J85、1J50或电工纯铁导磁材料。定子永磁体7和转子永磁体15的材料均为磁性能良好的衫钴合金或钕铁硼合金，定子永磁体7和转子永磁体15的体积大小相等，均为轴向圆环结构，沿轴向充磁，且充磁方向相反。激磁线圈3用导电良好的铜线绕制后浸漆烘干而成。定子套筒8和转子套筒16材料均为导热性能良好的ICrlSN1Ti弱磁不锈钢。定子锁环9和转子锁环17材料均为导热性能良好的硬铝2A12、超硬铝7A09等无磁铝合金。
[0033]本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
[0034]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种双永磁体内转子永磁偏置球面径向磁轴承，包括定子系统和转子系统两部分，其特征在于: 所述定子系统主要包括:定子上球面铁心(I)、定子下球面铁心(2)、激磁线圈(3)、定子隔磁环(4)、定子上导磁环(5)、定子下导磁环(6)、定子永磁体(7)、定子套筒(8)和定子锁环(9); 所述转子系统主要包括:转子上球面铁心(10)、转子下球面铁心(11)、转子隔磁环(12)、转子上导磁环(13)、转子下导磁环(14)、转子永磁体(15)、转子套筒(16)和转子锁环(17)； 所述定子上球面铁心(I)组成4个磁极，所述定子下球面铁心(2)组成4个磁极，共组成磁轴承上下两端8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的定子磁极，每个定子磁极绕制有所述激磁线圈⑶； 所述定子隔磁环(4)位于所述定子上球面铁心(I)和所述定子下球面铁心(2)之间，所述定子上导磁环(5)位于所述定子上球面铁心(I)径向外侧，所述定子下导磁环(6)位于所述定子下球面铁心(2)径向外侧，所述定子永磁体(7)位于所述定子上导磁环(5)和所述定子下导磁环(6)之间； 所述定子上球面铁心(I)、所述定子下球面铁心(2)、所述定子隔磁环(4)、所述定子上导磁环(5)、所述定子下导磁环(6)和所述定子永磁体(7)位于所述定子套筒(8)径向内侦牝并通过所述定子锁环(9)固定安装在所述定子套筒(8)上； 所述转子上球面铁心(10)位于所述定子上球面铁心(I)径向内侧，所述转子上球面铁心(10)外球面与所述定子上球面铁心(I)内球面留有间隙，形成空气气隙(18); 所述转子下球面铁心(11)位于所述定子下球面铁心(2)径向内侧，所述转子下球面铁心(11)外球面与所述定子下球面铁心(2)内球面留有间隙，形成空气气隙(18); 所述转子隔磁环(12)位于所述转子上球面铁心(10)和所述转子下球面铁心(11)之间，所述转子上导磁环(13)位于所述转子上球面铁心(10)径向内侧，所述转子下导磁环(14)位于所述转子下球面铁心(11)径向内侧，所述转子永磁体(15)位于所述转子上导磁环(13)和所述转子下导磁环(14)之间; 所述转子上球面铁心(10)、所述转子下球面铁心(11)、所述转子隔磁环(12)、所述转子上导磁环(13)、所述转子下导磁环(14)和所述转子永磁体(15)位于所述转子套筒(16)径向外侧，并通过所述转子锁环(17)固定安装在所述转子套筒(16)上。
2.根据权利要求1所述的双永磁体内转子永磁偏置球面径向磁轴承，其特征在于:所述的定子上球面铁心(I)和所述定子下球面铁心(2)的磁极均采用极靴结构。
3.根据权利要求1所述的双永磁体内转子永磁偏置球面径向磁轴承，其特征在于:所述的定子上球面铁心(I)的磁极球面半径和所述定子下球面铁心(2)的磁极球面半径相等，且两者的球心完全重合。
4.根据权利要求1所述的双永磁体内转子永磁偏置球面径向磁轴承，其特征在于:所述的转子上球面铁心(10)的磁极球面半径和所述转子下球面铁心(11)的磁极球面半径相等，且两者的球心完全重合。
5.根据权利要求1所述的双永磁体内转子永磁偏置球面径向磁轴承，其特征在于:所述的定子上导磁环(5)、所述定子下导磁环(6)、所述转子上导磁环(13)和所述转子下导磁环(14)均为1J85、1J50或电工纯铁导磁材料。
6.根据权利要求1所述的双永磁体内转子永磁偏置球面径向磁轴承，其特征在于:所述的定子永磁体(7)和转子永磁体(15)为衫钴合金或钕铁硼合金材料。
7.根据权利要求1所述的双永磁体内转子永磁偏置球面径向磁轴承，其特征在于:所述的定子永磁体(7)和所述转子永磁体(15)为轴向圆环，沿轴向充磁。
8.根据权利要求1所述的双永磁体内转子永磁偏置球面径向磁轴承，其特征在于:所述的定子永磁体(7)与所述转子永磁体(15)的体积相等，且充磁方向相反。
【专利摘要】本实用新型公开了一种双永磁体内转子永磁偏置球面径向磁轴承，包括定子系统和转子系统两部分，定子系统主要包括：定子上球面铁心、定子下球面铁心、激磁线圈、定子隔磁环、定子上导磁环、定子下导磁环、定子永磁体、定子套筒和定子锁环；转子系统主要包括：转子上球面铁心、转子下球面铁心、转子隔磁环、转子上导磁环、转子下导磁环、转子永磁体、转子套筒和转子锁环；定子上球面铁心组成4个磁极，定子下球面铁心组成4个磁极，定子上球面铁心和定子下球面铁心组成磁轴承上下两端8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的球面磁极，每个定子磁极绕制有激磁线圈。避免了径向平动控制对径向扭动控制的干扰，减小了其自身剩磁对外界的磁干扰，可作为空间用磁悬浮万向动量轮等旋转部件的无接触支承，提高动量轮的控制力矩精度。
【IPC分类】F16C32-04
【公开号】CN204267528
【申请号】CN201420684065
【发明人】刘强, 任元, 王卫杰, 蔡远文, 樊亚洪, 缪存孝, 叶郭波, 邵琼玲
【申请人】北京石油化工学院, 中国人民解放军装备学院
【公开日】2015年4月15日
【申请日】2014年11月15日