三个方向磁极，回到上锥形球面定子铁心的Y轴正向磁极，构成闭合回路。由于球面磁极的存在，8个磁极面处转子所受电磁吸力始终经过转子球心。当陀螺转子质心与球面转子叠片的球心完全重合时，8个磁极面处的电磁吸力对陀螺转子质心产生的力矩为零，不会产生偏转力矩，避免了径向平动对径向扭动的干扰，消除了磁轴承电磁力引起的陀螺漂移。
[0030]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0031]本发明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。
[0032]具体实施例:
[0033]如图1、2所示，主要由定子系统和转子系统两部分组成，定子系统主要包括:上锥形球面定子铁心1、下锥形球面定子铁心2、控制线圈3、导磁环4、偏置线圈5、定子套筒6和定子锁母7 ;转子系统主要包括:球面转子叠片8、转子套筒9和转子锁母10 ;上锥形球面定子铁心I组成4个磁极，下锥形球面定子铁心2组成4个磁极，上锥形球面定子铁心I和下锥形球面定子铁心2组成磁轴承上下两端8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的锥形球面磁极，每个定子磁极绕制有控制线圈3，导磁环4位于上锥形球面定子铁心I和下锥形球面定子铁心2之间，导磁环4中部径向外侧绕制有偏置线圈5，上锥形球面定子铁心1、下锥形球面定子铁心2和导磁环4位于定子套筒6径向外侧，并通过定子锁母7固定安装在定子套筒6上，球面转子叠片8位于上锥形球面定子铁心I和下锥形球面定子铁心2的径向外侧，球面转子叠片8内球面与上锥形球面定子铁心I和下锥形球面定子铁心2外球面留有一定的间隙，形成空气气隙11，空气气隙11大小为0.5mm?0.7mm，球面转子叠片8位于转子套筒9的径向内侧，并通过转子锁母10固定安装在转子套筒9上。
[0034]图3a为本发明中定子系统的剖视图，图3b为本发明中定子系统的三维结构示意图，上锥形球面定子铁心I和下锥形球面定子铁心2组成磁轴承上下端8个磁极，每个定子磁极绕制有控制线圈3，导磁环4位于上锥形球面定子铁心I和下锥形球面定子铁心2之间，导磁环4中部径向外侧绕制有偏置线圈5，上锥形球面定子铁心1、下锥形球面定子铁心2和导磁环4位于定子套筒6径向外侧，并通过定子锁母7固定安装在定子套筒6上，装配后，上锥形球面定子铁心I和下锥形球面定子铁心2的磁极外球面的半径相等，且球心完全重合。
[0035]图4为本发明中转子系统的剖视图，球面转子叠片8为1J50叠片材料，厚度为0.1mm，其叠片方向为横向，叠片间涂一层厚度为I y m环氧树脂，并通过转子锁母10固定安装在转子套筒9上，待真空条件下烘干后再进行加工，真空烘干所需时间不少于24小时。
[0036]图5为本发明中定子系统和转子系统的装配过程示意图，磁轴承定子系统和转子系统加工完后，将定子系统与转子系统水平十字交叉放置，使定子系统与转子系统中心轴相互垂直，且各磁极的水平夹角为45°。此时，定子系统圆周包络线的半径最小，且小于转子在水平径向截面内的最小半径。待整个定子系统全部放置在转子系统的内球面后，将定子系统旋转90°，使定子系统和转子系统的中心轴重合。
[0037]图6a为上锥形球面定子铁心I和下锥形球面定子铁心2的剖视图，图6b为本发明中上锥形球面定子铁心I和下锥形球面定子铁心2的三维结构示意图，其材料为1J22导磁块材材料，外形尺寸完全相等，锥度角范围为25°?40°，且磁极球面的球心完全重合。
[0038]图7a为本发明中球面转子叠片8的剖视图，图7b为本发明中球面转子叠片8的三维结构示意图，其材料为1J50叠片材料，厚度为0.1mm，其叠片方向为横向，陀螺转子处于平衡位置时，球面转子叠片8的内球面球心与上锥形球面定子铁心I和下锥形球面定子铁心2两者的外球面球心重合。
[0039]本发明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。
[0040]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明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发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明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，其特征在于: 所述定子系统包括:上锥形球面定子铁心(I)、下锥形球面定子铁心(2)、控制线圈(3)、导磁环(4)、偏置线圈(5)、定子套筒(6)和定子锁母(7); 所述转子系统包括:球面转子叠片(8)、转子套筒(9)和转子锁母(10); 所述上锥形球面定子铁心(I)组成4个磁极，下锥形球面定子铁心(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轴正负方向的锥形球面磁极，每个定子磁极绕制有控制线圈⑶； 所述导磁环(4)位于上锥形球面定子铁心(I)和下锥形球面定子铁心(2)之间，导磁环(4)中部径向外侧绕制有偏置线圈(5)，上锥形球面定子铁心(I)、下锥形球面定子铁心(2)和导磁环(4)位于定子套筒(6)径向外侧，并通过定子锁母(7)固定安装在定子套筒(6)上，球面转子叠片(8)位于上锥形球面定子铁心(I)和下锥形球面定子铁心(2)的径向外侧，球面转子叠片(8)内球面与上锥形球面定子铁心(I)和下锥形球面定子铁心(2)外球面留有间隙，形成空气气隙(11)，球面转子叠片(8)位于转子套筒(9)的径向内侧，并通过转子锁母(10)固定安装在转子套筒(9)上。
2.根据权利要求1所述的外转子锥形球面磁极径向磁轴承，其特征在于: 所述的上锥形球面定子铁心(I)和下锥形球面定子铁心(2)均为1J22导磁块材材料。
3.根据权利要求2所述的外转子锥形球面磁极径向磁轴承，其特征在于: 所述的上锥形球面定子铁心(I)和下锥形球面定子铁心(2)的外形尺寸完全相等，锥度角范围为25°?40°，且球心完全重合。
4.根据权利要求3所述的外转子锥形球面磁极径向磁轴承，其特征在于: 所述的球面转子叠片(8)为1J50叠片材料，厚度为0.1mm，其叠片方向为横向。
5.根据权利要求4所述的外转子锥形球面磁极径向磁轴承，其特征在于: 所述的空气气隙(11)大小为0.5mm?0.7mm。
【专利摘要】本发明公开了一种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；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；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。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，避免了径向平动控制对径向扭动控制的干扰，提高了指向精度。
【IPC分类】F16C32-04
【公开号】CN104533950
【申请号】CN201510031130
【发明人】刘强, 任元, 赵玉龙, 缪存孝, 赵航, 樊亚洪, 张立元, 邵琼玲, 叶郭波
【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22日
【申请日】2015年1月21日