一种外转子锥形球面磁极径向磁轴承的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种外转子锥形球面磁极径向磁轴承。
【背景技术】
[0002]陀螺仪在运载火箭、航天器平台、战略、战术导弹武器的控制系统、遥测系统以及高精度陀螺寻北仪中均得到广泛应用，是控制系统中的核心部件，通常被称为系统的“目艮睛”。转子式陀螺仪利用高速旋转的陀螺转子形成较大的角动量和较好的品质因素，使其具有很好的定轴性。磁悬浮陀螺仪采用磁悬浮支承技术，消除了机械轴承引起的摩擦磨损，降低了振动，进一步提高了转子式陀螺仪转子的转速和定轴性。工作状态下，陀螺转子偏离平衡位置时，磁轴承不均匀的电磁力将作用于陀螺转子磁极面，产生扭动力矩，迫使陀螺仪转子发生偏转，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。
[0003]作用于陀螺转子旋转轴的干扰力矩越小，陀螺漂移越小，陀螺仪指向精度越高。因此，减小陀螺漂移的前提是，磁轴承三个平动电磁力不会在两个径向扭动方向产生偏转干扰力矩，即平动控制与扭动控制完全解耦。专利申请号201420683202.6所述的永磁偏置外转子径向球面磁轴承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，并采用球面磁极结构，使电磁力始终经过转子球心。当转子球心与质心完全重合时，电磁力始终经过球心，不会对陀螺转子产生偏转力矩，从而提高陀螺仪转子的定轴性。专利申请号201420686090.X所述的双永磁体永磁偏置外转子径向球面磁轴承，在定、转子内各放置一块体积相等充磁方向相反的永磁体，消除了磁轴承系统的剩磁矩。由于专利申请号201420683202.6和专利申请号201420686090.X所述的永磁偏置外转子径向球面磁轴承，定子球面磁极在径向截面内的最大半径略小于转子球面磁极在径向截面内的最小半径，磁轴承定转子装配过程中，定转子间的最小气隙几乎为零。由于磁轴承内存在永磁体，气隙越小，磁轴承定转子间的电磁吸力越大，安装过程中极有可能会导致定转子球面磁极面的接触，破坏球面磁极的球面精度，从而改变磁轴承电磁力的方向，导致陀螺偏转干扰力矩的产生，降低了陀螺转子的定轴性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种径向平动与径向扭动解耦控制，且控制磁路与偏置磁路不完全重合的外转子锥形球面磁极径向磁轴承，可作为磁悬浮陀螺仪转子的无接触悬浮支承，减小了磁轴承球面磁极的轴向尺寸，并使径向平动与径向扭动控制完全解耦，消除了磁轴承电磁力引起的扭动干扰力矩，提高了磁悬浮陀螺仪的指向精度和控制精度。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明的外转子锥形球面磁极径向磁轴承，包括定子系统和转子系统；
[0007]定子系统包括:上锥形球面定子铁心、下锥形球面定子铁心、控制线圈、导磁环、偏置线圈、定子套筒和定子锁母；
[0008]转子系统包括:球面转子叠片、转子套筒和转子锁母；上锥形球面定子铁心组成4个磁极，下锥形球面定子铁心组成4个磁极，上锥形球面定子铁心和下锥形球面定子铁心组成磁轴承上下两端8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的锥形球面磁极，每个定子磁极绕制有控制线圈；
[0009]导磁环位于上锥形球面定子铁心和下锥形球面定子铁心之间，导磁环中部径向外侧绕制有偏置线圈，上锥形球面定子铁心、下锥形球面定子铁心和导磁环位于定子套筒径向外侧，并通过定子锁母固定安装在定子套筒上，球面转子叠片位于上锥形球面定子铁心和下锥形球面定子铁心的径向外侧，球面转子叠片内球面与上锥形球面定子铁心和下锥形球面定子铁心外球面留有一定的间隙，形成空气气隙，球面转子叠片位于转子套筒的径向内侧，并通过转子锁母固定安装在转子套筒上。
[0010]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的外转子锥形球面磁极径向磁轴承，由于采用了球面磁极，与现有柱面磁极的磁轴承相比，实现了径向平动控制与径向扭动控制的完全解耦，避免了径向平动控制对径向扭动控制的干扰，提高了陀螺仪的指向精度。与永磁偏置球面磁轴承相比，其内部没有永磁体，断电状态下系统没有磁性，且定、转子间没有电磁吸力，从而简化了磁轴承的装配。
【附图说明】
[0011]图1为本发明实施例中外转子锥形球面磁极径向磁轴承的径向剖视图；
[0012]图2为本发明实施例中外转子锥形球面磁极径向磁轴承的轴向端面图；
[0013]图3a为本发明实施例中的定子系统的剖视图；
[0014]图3b为本发明实施例中的定子系统的三维结构示意图；
[0015]图4为本发明实施例中的转子系统的剖视图；
[0016]图5为本发明实施例中的定子系统和转子系统的装配过程示意图；
[0017]图6a为本发明实施例中的上锥形球面定子铁心和下锥形球面定子铁心的剖视图；
[0018]图6b为本发明实施例中的上锥形球面定子铁心和下锥形球面定子铁心的三维结构示意图；
[0019]图7a为本发明实施例中的球面转子叠片的剖视图；
[0020]图7b为本发明实施例中的球面转子叠片的三维结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0022]本发明的外转子锥形球面磁极径向磁轴承，其较佳的【具体实施方式】是:
[0023]包括定子系统和转子系统；
[0024]定子系统包括:上锥形球面定子铁心、下锥形球面定子铁心、控制线圈、导磁环、偏置线圈、定子套筒和定子锁母；
[0025]转子系统包括:球面转子叠片、转子套筒和转子锁母；上锥形球面定子铁心组成4个磁极，下锥形球面定子铁心组成4个磁极，上锥形球面定子铁心和下锥形球面定子铁心组成磁轴承上下两端8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的锥形球面磁极，每个定子磁极绕制有控制线圈；
[0026]导磁环位于上锥形球面定子铁心和下锥形球面定子铁心之间，导磁环中部径向外侧绕制有偏置线圈，上锥形球面定子铁心、下锥形球面定子铁心和导磁环位于定子套筒径向外侧，并通过定子锁母固定安装在定子套筒上，球面转子叠片位于上锥形球面定子铁心和下锥形球面定子铁心的径向外侧，球面转子叠片内球面与上锥形球面定子铁心和下锥形球面定子铁心外球面留有一定的间隙，形成空气气隙，球面转子叠片位于转子套筒的径向内侧，并通过转子锁母固定安装在转子套筒上。
[0027]所述的上锥形球面定子铁心和下锥形球面定子铁心均为1J22导磁块材材料。所述的上锥形球面定子铁心和下锥形球面定子铁心的外形尺寸完全相等，锥度角范围为25°?40°，且球心完全重合。所述的球面转子叠片为1J50叠片材料，厚度为0.1mm，其叠片方向为横向。所述的空气气隙大小为0.5mm?0.7mm。
[0028]本发明的外转子锥形球面磁极径向磁轴承，便于装配、无永磁体、无剩磁矩，且径向平动控制与扭动控制完全解耦，其原理是:
[0029]偏置线圈内的偏置电流提供偏置磁场，控制线圈内的控制电流产生的控制磁场与偏置磁场正/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，本发明的偏置磁路为:磁通从导磁环上端出发，通过上锥形球面定子铁心、气隙、球面转子叠片、气隙、下锥形球面定子铁心回到导磁环下端，形成磁悬浮轴承的偏置磁路。如图2所示，以上端Y轴正向控制线圈电流产生的磁通为例，其路径为:上锥形球面定子铁心的Y轴正向磁极、Y轴正向气隙到球面转子叠片、然后到另外三个方向气隙、上锥形球面定子铁心的另外