CN104675858A - 气磁混合半球轴承陀螺马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气磁混合半球轴承陀螺马达，包括固定螺钉、端盖、半球碗、预紧螺栓、轴、半球、定子组合件和转子组合件，半球碗和半球完全采用永磁材料制作，半球碗和半球采用沿弧面径向充磁方式，且半球球面外侧与半球碗内弧面具有相同的极性。本发明是一种设计科学、结构合理的气磁混合半球轴承陀螺马达，本马达在充分利用半球气体轴承优点的基础上，通过将半球和半球碗直接用永磁材料制作，并采用对置结构和沿弧面径向充磁的方式，相当于引入两对永磁轴承，解决了普通陀螺马达在任意放置位置启动、停止过程中半球气体轴承的摩擦磨损问题，同时极大的增强了半球气体轴承的轴向和径向刚度，有效提高了陀螺马达的稳定性和使用寿命。

Description

气磁混合半球轴承陀螺马达

技术领域

本发明涉及高速电机技术领域，尤其是一种气磁混合半球轴承陀螺马达。

背景技术

陀螺马达是陀螺仪的核心部件，直接影响陀螺仪的精度。而陀螺马达的质量和寿命取决于高速旋转的轴承，要实现陀螺马达的超高速可靠运转，必须解决高速转子的支撑问题。目前用于高精度陀螺仪的马达主要是气体动压轴承马达，其中最典型的气体动压轴承结构有H型和半球型结构。H型结构精加工面为圆柱面或者平面，属于传统的精加工领域，容易实现，因此被我国各研究机构普遍采用，并成功用于国内各种型号的陀螺仪上，但该结构装配难度较大；半球型结构从上世纪七十年代在美、英、法等国率先进入研制阶段，该结构具有自动调心的功能，因而降低了装配难度，提高了主轴的回转精度，同时，半球轴承能够同时支撑径向和轴向载荷，不需要每个方向的载荷单独使用轴承，可以减小轴承重量。不过，无论H型结构还是半球型结构，在陀螺马达起停过程中都会产生干摩擦，这种摩擦会破坏轴承表面精度，带来污染物，影响陀螺马达的性能和寿命。针对这个问题，已经采取了各种措施：在轴承表面镀膜，采用更耐磨的材料等，这些措施只是被动的减弱干摩擦的影响，并不能从根本上解决问题。

通过检索，我们发现一篇相关的专利文件：带有永磁磁芯的半球空气动压轴承(专利号：201120474163.5)提出了一种带有永磁磁芯的半球动压轴承，该结构能够在静态或动态条件下避免接触，提高轴承可靠性。但该轴承结构存在以下缺陷：(1)由于采用半球结构，永磁轴承的外圈巨型磁环和内圈梯形磁环间的间隙较大，提供的支撑力会随间隙的变大而大幅降低；(2)对于轴向与重力方向平行或倾斜一定角度的应用场合，由于永磁轴承设置结构的原因，不能提供轴向斥力，在启动、停止过程中不能实现完全非接触，这就造成了轴承的摩擦磨损；(3)将永磁磁芯嵌入半球碗和半球中，并用环氧树脂固定，在温度变化过程中，由于膨胀系数的不同会造成微小的形变，而半球空气动压轴承半球碗和半球之间间隙很小，这种微小的形变会引起轴承性能的变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服陀螺马达在任意放置位置启动、停止过程中半球气体轴承的摩擦磨损问题，同时可以大大增强半球气体轴承的轴向和径向刚度，有效提高陀螺马达的稳定性和使用寿命的气磁混合半球轴承陀螺马达。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种气磁混合半球轴承陀螺马达，包括固定螺钉、端盖、半球碗、预紧螺栓、轴、半球、定子组合件和转子组合件，轴和定子组合件通过环氧树脂胶粘接在一起，并放入转子组合件中；轴的左右两端均分别同轴套装一个半球碗和一个半球，该两个半球碗均通过过盈配合与端盖固定到一起，端盖与转子组合件配合并通过固定螺钉进行紧固；半球的中心孔与轴配合，并通过预紧螺栓在两侧进行预紧处理，其特征在于：半球碗和半球完全采用永磁材料制作，半球碗和半球采用沿弧面径向充磁方式，且半球球面外侧与半球碗内弧面具有相同的极性。

而且，所述的半球和半球碗采用同种材料。

而且，所述半球和半球碗采用的永磁材料为钕铁硼、钐钴等高矫顽力永磁材料。

而且，所述的半球球面与半球碗内弧面配合，半球球面刻有一定旋向的螺旋槽，通过预紧螺栓固定。

本发明的优点和积极效果是：

1、本马达的半球碗和半球采用沿弧面径向充磁方式，且半球球面外侧与半球碗内弧面具有相同的极性，这样在半球与半球碗之间就会产生很大的斥力，由于马达结构完全对称，斥力可以分解成相同大小的径向力和轴向力，在两对半球与半球碗的斥力作用下，陀螺马达转子组合件、端盖和半球碗会达到平衡位置，即处于完全无接触状态，克服了马达在任意位置启动、停止过程中，半球气体轴承的摩擦磨损问题。

2、本马达的半球碗和半球完全用永磁材料制作，能够提供永磁支撑力，同时陀螺马达在正常工作过程中，半球碗和半球能够起到气体轴承的支撑作用，即：在马达高速运转中，本轴承结构又具备气体动压轴承的功能，相当于半球气体轴承和永磁轴承共同作用，提高了轴承系统的轴向和径向刚度，有效提高了陀螺马达的稳定性和使用寿命。

3、本马达的半球和半球碗采用同种材料，在温度变化时间隙基本保持不变，保证了半球气体轴承的性能。

4、本发明是一种设计科学、结构合理的气磁混合半球轴承陀螺马达，本马达在充分利用半球气体轴承优点的基础上，通过将半球和半球碗直接用永磁材料制作，并采用对置结构和沿弧面径向充磁的方式，相当于引入两对永磁轴承，解决了普通陀螺马达在任意放置位置启动、停止过程中半球气体轴承的摩擦磨损问题，同时极大的增强了半球气体轴承的轴向和径向刚度，有效提高了陀螺马达的稳定性和使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图；

图2是气磁混合半球轴承局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本发明的实施例；需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种气磁混合半球轴承陀螺马达，包括固定螺钉1、端盖2、半球碗3、预紧螺栓4、轴5、半球6、定子组合件7和转子组合件8，轴和定子组合件通过环氧树脂胶粘接在一起，并放入转子组合件中；轴的左右两端均分别同轴套装一个半球碗和一个半球，该两个半球碗均通过过盈配合与端盖固定到一起，端盖与转子组合件配合并通过固定螺钉进行紧固；半球的中心孔与轴配合，半球球面与半球碗内弧面配合，半球球面刻有一定旋向的螺旋槽，通过预紧螺栓在两侧进行预紧处理，保证实现气体半球轴承功能。

本发明的创新点在于：半球碗和半球完全采用永磁材料制作，且半球和半球碗采用同种材料。上述的永磁材料通常为钕铁硼、钐钴等高矫顽力永磁材料。半球碗和半球采用沿弧面径向充磁方式，且半球球面外侧与半球碗内弧面具有相同的极性。

本发明的具体工作过程是：

陀螺马达承静止时，半球碗3和半球6产生永磁斥力，该斥力可以分解为径向和轴向两个方向，在两对半球碗3和半球6永磁径向斥力作用下，半球碗3和半球6能够处于相对稳定的隔离状态，没有任何接触。

当陀螺马达启动时，半球气体轴承开始工作，在永磁斥力和半球轴承共同作用下，陀螺马达能够实现稳定无接触运转。

在陀螺马达停止过程中，半球气体轴承的状态与启动过程正好相反，先是永磁斥力和半球气体轴承共同作用，保证半球碗3和半球6高速无接触运转，在停止后，只剩下半球碗3和半球6产生永磁斥力保证半球碗3完全处于悬浮状态，没有任何接触。

因此，在整个陀螺马达启动和停止过程中，半球碗3与半球6始终没有任何接触，不存在摩擦磨损问题。在正常工作过程中，半球气体轴承和永磁斥力共同作用又提高了轴承系统的轴向和径向刚度，有效提高了陀螺马达的稳定性和使用寿命。

Claims (4)

1.一种气磁混合半球轴承陀螺马达，包括固定螺钉、端盖、半球碗、预紧螺栓、轴、半球、定子组合件和转子组合件，轴和定子组合件通过环氧树脂胶粘接在一起，并放入转子组合件中；轴的左右两端均分别同轴套装一个半球碗和一个半球，该两个半球碗均通过过盈配合与端盖固定到一起，端盖与转子组合件配合并通过固定螺钉进行紧固；半球的中心孔与轴配合，并通过预紧螺栓在两侧进行预紧处理，其特征在于：半球碗和半球完全采用永磁材料制作，半球碗和半球采用沿弧面径向充磁方式，且半球球面外侧与半球碗内弧面具有相同的极性。

2.根据权利要求1所述的一种气磁混合半球轴承陀螺马达，其特征在于：所述的半球和半球碗采用同种材料。

3.根据权利要求1或2所述的一种气磁混合半球轴承陀螺马达，其特征在于：所述半球和半球碗采用的永磁材料为钕铁硼、钐钴等高矫顽力永磁材料。

4.根据权利要求1所述的一种气磁混合半球轴承陀螺马达，其特征在于：所述的半球球面与半球碗内弧面配合，半球球面刻有一定旋向的螺旋槽，通过预紧螺栓固定。