一种外转子球形径向纯电磁磁轴承的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种外转子球形径向纯电磁磁轴承。
【背景技术】
[0002]磁悬浮轴承分为永磁偏置混合磁轴承和纯电磁磁轴承，前者利用永磁体产生的永磁磁场提供偏置磁场，电磁磁场提供辅助调节力，可减小磁轴承的控制电流，降低功放损耗，缩小磁轴承的体积，但其只有电磁控制磁场可控，即只有一个可控电流。后者利用偏置电流提供偏置磁场，利用控制电流产生的控制磁场调节电磁力的大小，即纯电磁磁轴承具有两个可控磁场，即具有两个可控电流。与永磁偏置混合磁轴承相比，纯电磁磁轴承断电状态下，磁极表面没有磁场，装配过程中定转子不会产生吸力，更易于磁悬浮产品的安装。所以，磁悬浮鼓风机、磁悬浮电机、磁悬浮压缩机、磁悬浮分子泵、磁悬浮动量轮等都采用纯电磁磁轴承支承方案。
[0003]磁悬浮陀螺仪采用磁悬浮支承技术，消除机械轴承引起的摩擦磨损，降低了陀螺仪的振动，使陀螺转子可工作在较高的工作转速，从而为转子提供较大的动量，使其具有很好的品质因素，提高了陀螺仪的定轴性。工作状态下，陀螺转子偏离平衡位置时，磁轴承不均的电磁力将作用于陀螺仪转子磁极面，产生扭动力矩，使陀螺仪旋转轴发生偏转，即发生陀螺漂移。因此必须考虑磁轴承悬浮力对陀螺漂移的影响。
[0004]陀螺仪转子旋转轴干扰力矩越小，陀螺漂移越小，陀螺仪指向精度越高。因此，提高磁悬浮陀螺仪转子指向精度的前提是，磁轴承三个平动控制对径向两个扭动控制没有干扰，即平动控制与扭动控制间实现解耦，要求磁轴承产生径向和轴向电磁力时，不会对陀螺转子产生偏转力矩。现有纯电磁磁轴承的磁极面为柱面，工作时，转子所受电磁吸力始终垂直于磁极表面。当陀螺转子惯性轴偏离几何轴时，各个磁极面内的电磁力大小不相等，且都不过质心，即会对陀螺转子产生径向扭动的干扰力矩，迫使陀螺产生漂移，降低了陀螺的控制精度。此外，现有纯电磁磁轴承径向两个通道存在耦合，径向两个通道内电磁力之间存在耦合力，降低了陀螺转子的控制精度。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种径向平动与径向扭动解耦控制，且径向四个控制通道也解耦的外转子球形径向纯电磁磁轴承，可作为磁悬浮陀螺仪转子的无接触支承，使径向平动与径向扭动控制完全解耦，且径向四个平动控制也完全解耦，消除径向平动对径向扭动的干扰和径向各平动控制间的相互干扰，提高了磁悬浮陀螺仪的指向精度和控制精度。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]本实用新型的外转子球形径向纯电磁磁轴承，包括定子系统和转子系统两部分；
[0008]定子系统主要包括:左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心、后球面定子铁心、激磁线圈、上压环、下压环、上定子锁母、下定子锁母和定子套筒；
[0009]转子系统主要包括:球面转子叠片、转子套筒和转子锁环；
[0010]左球面定子铁心组成两个磁极，右球面定子铁心组成两个磁极，前球面定子铁心组成两个磁极，后球面定子铁心组成两个磁极，左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心组成磁轴承左右前后8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极，每个定子磁极绕制有激磁线圈，左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心、后球面定子铁心、上压环、下压环、上定子锁母、下定子锁母均位于定子套筒径向外侧，左球面定子铁心位于定子套筒左端径向外侧，右球面定子铁心位于定子套筒右端径向外侧，前球面定子铁心位于定子套筒前端径向外侧，后球面定子铁心位于定子套筒后端径向外侧，上压环和下压环分别位于左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的上端和下端，并通过上压环的环形槽和下压环环形槽限制左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心径向平动，上定子锁母位于上压环上端和定子套筒径向外侧，下定子锁母位于下压环下端和定子套筒径向外侧，上定子锁母和下定子锁母通过定子套筒螺纹将左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心、后球面定子铁心、上压环和下压环固定安装在定子套筒上，球面转子叠片位于转子套筒径向内侧，并通过转子锁环固定安装在转子套筒上，球面转子叠片内球面与左球面定子铁心外球面、右球面定子铁心外球面、前球面定子铁心外球面和后球面定子铁心外球面留有间隙，形成空气气隙。
[0011]由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的外转子球形径向纯电磁磁轴承，由于采用了球面磁极，与现有柱面磁极的磁轴承相比，当转子质心与转子球面磁极球心完全重合时，避免了径向平动控制对扭动控制的干扰，提高了陀螺仪的指向精度，此外，其径向四个通道间的磁路也完全解親，具有很好的控制性能和控制精度。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型实施例中外转子球形径向纯电磁磁轴承的径向X向剖视图；
[0013]图2为本实用新型实施例中外转子球形径向纯电磁磁轴承的径向Y向剖视图；
[0014]图3a为本实用新型实施例中的定子系统的剖视图；
[0015]图3b为本实用新型实施例中的定子系统的三维结构示意图；
[0016]图4为本实用新型实施例中的转子系统的剖视图；
[0017]图5a为本实用新型实施例中的左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的剖视图；
[0018]图5b为本实用新型实施例中的左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的三维结构示意图；
[0019]图6a为本实用新型实施例中的球面转子叠片的剖视图；
[0020]图6b为本实用新型实施例中的球面转子叠片的三维结构示意图；
[0021]图7a为本实用新型实施例中的定子套筒的剖视图；
[0022]图7b为本实用新型实施例中的定子套筒的三维结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。
[0024]本实用新型的外转子球形径向纯电磁磁轴承，其较佳的【具体实施方式】是:
[0025]包括定子系统和转子系统两部分；
[0026]定子系统主要包括:左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心、后球面定子铁心、激磁线圈、上压环、下压环、上定子锁母、下定子锁母和定子套筒；
[0027]转子系统主要包括:球面转子叠片、转子套筒和转子锁环；
[0028]左球面定子铁心组成两个磁极，右球面定子铁心组成两个磁极，前球面定子铁心组成两个磁极，后球面定子铁心组成两个磁极，左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心组成磁轴承左右前后8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极，每个定子磁极绕制有激磁线圈，左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心、后球面定子铁心、上压环、下压环、上定子锁母、下定子锁母均位于定子套筒径向外侧，左球面定子铁心位于定子套筒左端径向外侧，右球面定子铁心位于定子套筒右端径向外侧，前球面定子铁心位于定子套筒前端径向外侧，后球面定子铁心位于定子套筒后端径向外侧，上压环和下压环分别位于左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的上端和下端，并通过上压环的环形槽和下压环环形槽限制左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心径向平动，上定子锁母位于上压环上端和定子套筒径向外侧，下定子锁母位于下压环下端和定子套筒径向外侧，上定子锁母和下定子锁母通过定子套筒螺纹将左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心、后球面定子铁心、上压环和下压环固定安装在定子套筒上，球面转子叠片位于转子套筒径向内侧，并通过转子锁环固定安装在转子套筒上，球面转子叠片内球面与左球面定子铁心外球面、右球面定子铁心外球面、前球面定子铁心外球面和后球面定子铁心外球面留有间隙，形成空气气隙。
[0029]所述的左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心均为电工纯铁DT4C导磁材料。所述的左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的球面半径相等，且球心完全重合。所述的球面转子叠片为1J50材料，厚度为0.1mm,其叠片方向为纵向。
[0030]本实用新型的外转子球形径向纯电磁磁轴承，径向平动和径向扭动解耦控制，且径向两平动控制也解耦的外转子球形纯电磁径向磁轴承，避免了径向平动控制对径向扭动控制的干扰，提高了磁轴承的控制精度。其原理是:
[0031]激磁线圈内的偏置电流提供偏置磁场，激磁线圈内的控制电流产生的控制磁场与偏置磁场正向/反向叠加，保持磁轴承各磁极面处气隙均匀，实现转子的无接触悬浮支承。如图1所示，本实用新型的径向+X通道的电磁磁路为:磁通从左球面定子铁心上磁极面出发，通过气隙、球面转子叠片、气隙、左球面定子铁心下磁极面回到左球面定子铁心上磁极面；径向-X通道的电磁磁路为:磁通从右球面定子铁心上磁极面出发，通过气隙、球面转子叠片、气隙、右球面定子铁心下磁极面回到右球面定子铁心上磁极面。如图2所示，本实用新型的径向+Y通道的电磁磁路为:磁通从前球面定子铁心上磁极面出发，通过气隙、球面转子叠片、气隙、前球面定子铁心下磁极面回到前球面定子铁心上磁极面；径向-Y通道的电磁磁路为:磁通从后球面定子铁心上磁极面出发，通过气隙、球面转子叠片、气隙、后球面定子铁心下磁极面回到后球面定子铁心上磁极面。
[0032]当磁轴承转子处于平衡位置时，8个球面磁极处的气隙完全相等，各球面磁极处的电磁吸力大小相等，转子所受合外力和合力矩为零。当磁轴承转子旋转轴偏离磁轴承定子几何轴时，各磁极处气隙不均匀，导致转子各磁极面的磁力不相等，但都指向球面转子叠片内球面的球心。当陀螺转子质心与球面转子叠片球面的球心完全重合时，8个球面磁极处的电磁吸力对陀螺转子产生的合力矩为0，不驱使陀螺旋转轴发生偏转，消除了径向平动对