CN106351953A - 一种两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，由转子系统和定子系统两部分组成，转子系统主要包括：外导磁套、外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母、外下磁钢锁母、转盘、外组件锁母、内导磁套、内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母、内下磁钢锁母和内组件锁母；定子系统主要包括：定子骨架、铝基板、绕组和环氧树脂胶；本发明由于采用Halbach阵列磁钢结构，增强了气隙磁场强度，提高了磁轴承的承载力和刚度，有利于输出大陀螺控制力矩，利用顺磁套消除了磁钢因拼接缝隙引起的磁密波动，提高了气隙内磁密均匀性，有利于提高输出力矩精度。

Description

一种两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，尤其涉及一种两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承。

背景技术

通常磁轴承可以分为磁阻式磁轴承和洛伦兹力磁轴承，前者通过改变气隙或磁动势的大小，从而改变电磁力的大小和方向，后者通过改变放置于恒定磁场中电流的大小和方向实现转子稳定悬浮。磁阻式磁轴承具有承载力大的优点，但磁阻式磁轴承的磁通与电流成线性关系，电磁力与磁通成平方关系，因此磁阻式的电磁力与电流成平方关系，经线性化后其线性范围较窄，控制精度较低。相比之下，洛伦兹力磁轴承的电磁力只与电流有关，且成线性关系，线性度较好，控制精度较高。因此洛伦兹力磁轴承是高精度大力矩磁悬浮陀螺飞轮的理想偏转悬浮支承方式。

中国专利201510146044.X所述的一种外转子洛伦兹力轴向磁轴承，通过控制放置于永磁磁场中的绕组电流的大小和方向，产生所需的安培力，实现转子稳定悬浮并输出一定大小的陀螺进动力矩。专利201510144912.0所述的一种双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承利用轴向绕组产生的安培力控制轴向平动，利用成对偏转绕组产生的大小相等方向相反的安培力组成力偶，控制转子径向两个自由度偏转。

中国专利201510243920.0所述的一种两自由度洛伦兹力外转子球面磁轴承利用两对成对通电线圈产生的大小相等方向相反的安培力组成力偶，控制径向两自由度的偏转。

上述洛伦兹力磁轴承有一个共同特征，均采用单圈磁钢结构，气隙内磁场强度较低，导致磁轴承承载力和输出的扭动力矩较小。此外，上述方案中的各圈磁钢均采用多块拼接而成，各块磁钢存在拼接缝隙，导致气隙内的磁密存在较大波动，降低了磁轴承的控制精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种高磁场强度、高磁密均匀性、高控制力矩精度的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，主要由转子系统和定子系统组成，转子系统主要包括：外导磁套、外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母、外下磁钢锁母、转盘、外组件锁母、内导磁套、内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母、内下磁钢锁母和内组件锁母；定子系统主要包括：定子骨架、铝基板、左绕组、右绕组、前绕组、后绕组和环氧树脂胶；外导磁套位于外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母和外下磁钢锁母的径向外侧，外隔磁环位于外导磁套的径向内侧中心位置，外上Halbach阵列磁钢和外下Halbach阵列磁钢分别位于外隔磁环的上端和下端，外上顺磁套位于外上Halbach阵列磁钢的径向内侧，外下顺磁套位于外下Halbach阵列磁钢的径向内侧，外上磁钢锁母位于外上Halbach阵列磁钢和外上顺磁套的上端，外下磁钢锁母位于外下Halbach阵列磁钢和外下顺磁套的下端，外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套和外下顺磁套位于外导磁套的径向内侧，并通过外上磁钢锁母和外下磁钢锁母与外导磁套的螺纹配合固定安装在外导磁套上，外导磁套、外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母和外下磁钢锁母位于转盘环形槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母与转盘的螺纹配合固定安装在转盘上，内导磁套位于内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母和内下磁钢锁母的径向内侧，内隔磁环位于内导磁套的径向外侧中心位置，内上Halbach阵列磁钢和内下Halbach阵列磁钢分别位于内隔磁环的上端和下端，内上顺磁套位于内上Halbach阵列磁钢的径向外侧，内下顺磁套位于内下Halbach阵列磁钢的径向外侧，内上磁钢锁母位于内上Halbach阵列磁钢和内上顺磁套的上端，内下磁钢锁母位于内下Halbach阵列磁钢和内下顺磁套的下端，内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套和内下顺磁套位于内导磁套的径向外侧，并通过内上磁钢锁母和内下磁钢锁母与内导磁套的螺纹配合固定安装在内导磁套上，内导磁套、内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母和内下磁钢锁母位于转盘环形槽内壁径向外侧，并通过内组件锁母与转盘的螺纹配合固定安装在转盘上，定子骨架位于外隔磁环、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母、外下磁钢锁母和外组件锁母的径向内侧，铝基板位于定子骨架的径向外侧下方，并通过螺纹配合固定在定子骨架上，左绕组、右绕组、前绕组和后绕组分别位于定子骨架的左端径向外侧、右端径向外侧、前端径向外侧和后端径向外侧，左绕组、右绕组、前绕组和后绕组通过环氧树脂胶固化安装在定子骨架上，外隔磁环、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母和外下磁钢锁母的内圆柱面与内隔磁环、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母和内下磁钢锁母的外圆柱面之间形成气隙。

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两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，由于采用Halbach阵列磁钢结构，与传统采用单圈磁钢结构相比，增强了气隙磁场强度，提高了磁轴承的承载力和支承刚度，在相同悬浮力的情况下，降低了控制电流，进而降低了悬浮功耗。利用顺磁套消除了传统洛伦兹力磁轴承因磁钢拼接引起的磁密波动，提高了气隙磁密均匀性和磁轴承的控制精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承的径向X向剖视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承的径向Y向剖视结构示意图；

图3为本发明实施例中的转子系统的剖视图；

图4为本发明实施例中的定子系统的剖视图；

图5a为本发明实施例中的定子骨架的剖视图；

图5b为本发明实施例中的定子骨架的三维结构示意图；

图6为本发明实施例中的外导磁套、外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母和外下磁钢锁母组成的组件剖视图；

图7为本发明实施例中的内导磁套、内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母和内下磁钢锁母组成的组件剖视图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，其较佳的具体实施方式是：

主要由转子系统和定子系统组成，转子系统主要包括：外导磁套、外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母、外下磁钢锁母、转盘、外组件锁母、内导磁套、内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母、内下磁钢锁母和内组件锁母；定子系统主要包括：定子骨架、铝基板、左绕组、右绕组、前绕组、后绕组和环氧树脂胶；外导磁套位于外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母和外下磁钢锁母的径向外侧，外隔磁环位于外导磁套的径向内侧中心位置，外上Halbach阵列磁钢和外下Halbach阵列磁钢分别位于外隔磁环的上端和下端，外上顺磁套位于外上Halbach阵列磁钢的径向内侧，外下顺磁套位于外下Halbach阵列磁钢的径向内侧，外上磁钢锁母位于外上Halbach阵列磁钢和外上顺磁套的上端，外下磁钢锁母位于外下Halbach阵列磁钢和外下顺磁套的下端，外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套和外下顺磁套位于外导磁套的径向内侧，并通过外上磁钢锁母和外下磁钢锁母与外导磁套的螺纹配合固定安装在外导磁套上，外导磁套、外隔磁环、外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母和外下磁钢锁母位于转盘环形槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母与转盘的螺纹配合固定安装在转盘上，内导磁套位于内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母和内下磁钢锁母的径向内侧，内隔磁环位于内导磁套的径向外侧中心位置，内上Halbach阵列磁钢和内下Halbach阵列磁钢分别位于内隔磁环的上端和下端，内上顺磁套位于内上Halbach阵列磁钢的径向外侧，内下顺磁套位于内下Halbach阵列磁钢的径向外侧，内上磁钢锁母位于内上Halbach阵列磁钢和内上顺磁套的上端，内下磁钢锁母位于内下Halbach阵列磁钢和内下顺磁套的下端，内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套和内下顺磁套位于内导磁套的径向外侧，并通过内上磁钢锁母和内下磁钢锁母与内导磁套的螺纹配合固定安装在内导磁套上，内导磁套、内隔磁环、内上Halbach阵列磁钢、内下Halbach阵列磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母和内下磁钢锁母位于转盘环形槽内壁径向外侧，并通过内组件锁母与转盘的螺纹配合固定安装在转盘上，定子骨架位于外隔磁环、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母、外下磁钢锁母和外组件锁母的径向内侧，铝基板位于定子骨架的径向外侧下方，并通过螺纹配合固定在定子骨架上，左绕组、右绕组、前绕组和后绕组分别位于定子骨架的左端径向外侧、右端径向外侧、前端径向外侧和后端径向外侧，左绕组、右绕组、前绕组和后绕组通过环氧树脂胶固化安装在定子骨架上，外隔磁环、外上顺磁套、外下顺磁套、外上磁钢锁母和外下磁钢锁母的内圆柱面与内隔磁环、内上顺磁套、内下顺磁套、内上磁钢锁母和内下磁钢锁母的外圆柱面之间形成气隙。

所述的外导磁套和内导磁套均为1J50或1J22棒材材料。所述的外上顺磁套、外下顺磁套、内上顺磁套和内下顺磁套均为1J50或1J22棒材材料，其厚度为0.5-0.8mm。所述的外隔磁环、外上磁钢锁母、外下磁钢锁母、外组件锁母、内隔磁环、内上磁钢锁母、内下磁钢锁母、内组件锁母和铝基板均为导热性能较好的硬铝合金2A12或超硬铝合金7A09隔磁棒材材料。所述的外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、内上Halbach阵列磁钢和内下Halbach阵列磁钢为钕铁硼合金或衫钴合金硬磁材料，且均由三圈磁钢按Halbach阵列方式拼接组成。所述的外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、内上Halbach阵列磁钢和内下Halbach阵列磁钢的三圈磁钢充磁方向从上至下依次为：内下N外上S、内N外S、内上N外下S，内下S外上N、内S外N、内上S外下N，内上N外下S、内N外S、内下N外上S，内上S外下N、内S外N、内下S外上N，或为内下S外上N、内S外N、内上S外下N，内下N外上S、内N外S、内上N外下S，内上S外下N、内S外N、内下S外上N，内上N外下S、内N外S、内下N外上S。所述的定子骨架为耐高温高强度的聚酰亚胺材料。所述的环氧树脂胶固化环境为常温真空环境，固化时间不低于24小时。

本发明的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，具有高磁场强度、高磁密均匀性、高力矩精度，具有较大承载力和支承刚度，可用于磁悬浮陀螺飞轮两自由度偏转悬浮支承，利用磁轴承输出的偏转大力矩，迫使高速旋转的飞轮转子旋转轴发生偏转，产生进动，从而输出瞬间高精度大控制力矩。

本发明的原理是：

本发明中的一种两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，可控制转子沿径向X、Y方向偏转，通过外上Halbach阵列磁钢、外下Halbach阵列磁钢、内上Halbach阵列磁钢和内下Halbach阵列磁钢产生恒定永磁磁场，利用两对成对通电线圈中产生大小相等方向相反的安培力组成两个力偶，控制转子径向两自由度偏转。本发明的+X通道永磁磁路为：磁通从外上Halbach阵列磁钢N极出发，经过外上顺磁套、气隙上端、左绕组上端和内上顺磁套，到达内上Halbach阵列磁钢的S极，从内上Halbach阵列磁钢N极流出，经过内导磁套到达内下Halbach阵列磁钢的S极，从内下Halbach阵列磁钢的N极流出，经过内下顺磁套、气隙、左绕组下端和外下顺磁套，到达外下Halbach阵列磁钢的S极，从外下Halbach阵列磁钢的N极流出，经过外导磁套回到外上磁钢的S极。-X通道永磁磁路为：磁通从外上Halbach阵列磁钢N极出发，经过外上顺磁套、气隙上端、右绕组上端和内上顺磁套，到达内上Halbach阵列磁钢的S极，从内上Halbach阵列磁钢N极流出，经过内导磁套到达内下Halbach阵列磁钢的S极，从内下Halbach阵列磁钢的N极流出，经过内下顺磁套、气隙、右绕组下端和外下顺磁套，到达外下Halbach阵列磁钢的S极，从外下Halbach阵列磁钢的N极流出，经过外导磁套回到外上磁钢的S极。沿Y方向磁路如图2所示，其磁路与沿X方向类似。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明由于采用Halbach阵列磁钢结构，与传统采用单圈磁钢结构相比，增强了气隙磁场强度，提高了磁轴承的承载力和支承刚度，在相同悬浮力的情况下，降低了控制电流，进而降低了悬浮功耗。利用顺磁套消除了传统洛伦兹力磁轴承因磁钢拼接引起的磁密波动，提高了气隙磁密均匀性和磁轴承的控制精度。

具体实施例：

如图1、2所示，一种两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，主要由转子系统和定子系统组成，其特征在于，转子系统主要包括：外导磁套1、外隔磁环2、外上Halbach阵列磁钢3A、外下Halbach阵列磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上磁钢锁母5A、外下磁钢锁母5B、转盘6、外组件锁母7、内导磁套8、内隔磁环9、内上Halbach阵列磁钢10A、内下Halbach阵列磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上磁钢锁母12A、内下磁钢锁母12B和内组件锁母13；定子系统主要包括：定子骨架14、铝基板15、左绕组16A、右绕组16B、前绕组16C、后绕组16D和环氧树脂胶17；外导磁套1位于外隔磁环2、外上Halbach阵列磁钢3A、外下Halbach阵列磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上磁钢锁母5A和外下磁钢锁母5B的径向外侧，外隔磁环2位于外导磁套1的径向内侧中心位置，外上Halbach阵列磁钢3A和外下Halbach阵列磁钢3B分别位于外隔磁环2的上端和下端，外上顺磁套4A位于外上Halbach阵列磁钢3A的径向内侧，外下顺磁套4B位于外下Halbach阵列磁钢3B的径向内侧，外上磁钢锁母5A位于外上Halbach阵列磁钢3A和外上顺磁套4A的上端，外下磁钢锁母5B位于外下Halbach阵列磁钢3B和外下顺磁套4B的下端，外隔磁环2、外上Halbach阵列磁钢3A、外下Halbach阵列磁钢3B、外上顺磁套4A和外下顺磁套4B位于外导磁套1的径向内侧，并通过外上磁钢锁母5A和外下磁钢锁母5B与外导磁套1的螺纹配合固定安装在外导磁套1上，外导磁套1、外隔磁环2、外上Halbach阵列磁钢3A、外下Halbach阵列磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上磁钢锁母5A和外下磁钢锁母5B位于转盘6环形槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母7与转盘6的螺纹配合固定安装在转盘6上，内导磁套8位于内隔磁环9、内上Halbach阵列磁钢10A、内下Halbach阵列磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上磁钢锁母12A和内下磁钢锁母12B的径向内侧，内隔磁环9位于内导磁套8的径向外侧中心位置，内上Halbach阵列磁钢10A和内下Halbach阵列磁钢10B分别位于内隔磁环9的上端和下端，内上顺磁套11A位于内上Halbach阵列磁钢10A的径向外侧，内下顺磁套11B位于内下Halbach阵列磁钢10B的径向外侧，内上磁钢锁母12A位于内上Halbach阵列磁钢10A和内上顺磁套11A的上端，内下磁钢锁母12B位于内下Halbach阵列磁钢10B和内下顺磁套11B的下端，内隔磁环9、内上Halbach阵列磁钢10A、内下Halbach阵列磁钢10B、内上顺磁套11A和内下顺磁套11B位于内导磁套8的径向外侧，并通过内上磁钢锁母12A和内下磁钢锁母12B与内导磁套8的螺纹配合固定安装在内导磁套8上，内导磁套8、内隔磁环9、内上Halbach阵列磁钢10A、内下Halbach阵列磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上磁钢锁母12A和内下磁钢锁母12B位于转盘6环形槽内壁径向外侧，并通过内组件锁母13与转盘6的螺纹配合固定安装在转盘6上，定子骨架14位于外隔磁环2、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上磁钢锁母5A、外下磁钢锁母5B和外组件锁母7的径向内侧，铝基板15位于定子骨架14的径向外侧下方，并通过螺纹配合固定在定子骨架14上，左绕组16A、右绕组16B、前绕组16C和后绕组16D分别位于定子骨架14的左端径向外侧、右端径向外侧、前端径向外侧和后端径向外侧，左绕组16A、右绕组16B、前绕组16C和后绕组16D通过环氧树脂胶17固化安装在定子骨架14上，外隔磁环2、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上磁钢锁母5A和外下磁钢锁母5B的内圆柱面与内隔磁环9、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上磁钢锁母12A和内下磁钢锁母12B的外圆柱面之间形成气隙18。

图3为本发明技术解决方案的转子系统的剖视图，转子系统主要包括：外导磁套1、外隔磁环2、外上Halbach阵列磁钢3A、外下Halbach阵列磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上磁钢锁母5A、外下磁钢锁母5B、转盘6、外组件锁母7、内导磁套8、内隔磁环9、内上Halbach阵列磁钢10A、内下Halbach阵列磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上磁钢锁母12A、内下磁钢锁母12B和内组件锁母13。外导磁套1位于外隔磁环2、外上Halbach阵列磁钢3A、外下Halbach阵列磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上磁钢锁母5A和外下磁钢锁母5B的径向外侧，外隔磁环2位于外导磁套1的径向内侧中心位置，外上Halbach阵列磁钢3A和外下Halbach阵列磁钢3B分别位于外隔磁环2的上端和下端，外上顺磁套4A位于外上Halbach阵列磁钢3A的径向内侧，外下顺磁套4B位于外下Halbach阵列磁钢3B的径向内侧，外上磁钢锁母5A位于外上Halbach阵列磁钢3A和外上顺磁套4A的上端，外下磁钢锁母5B位于外下Halbach阵列磁钢3B和外下顺磁套4B的下端，外隔磁环2、外上Halbach阵列磁钢3A、外下Halbach阵列磁钢3B、外上顺磁套4A和外下顺磁套4B位于外导磁套1的径向内侧，并通过外上磁钢锁母5A和外下磁钢锁母5B与外导磁套1的螺纹配合固定安装在外导磁套1上，外导磁套1、外隔磁环2、外上Halbach阵列磁钢3A、外下Halbach阵列磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上磁钢锁母5A和外下磁钢锁母5B位于转盘6环形槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母7与转盘6的螺纹配合固定安装在转盘6上，内导磁套8位于内隔磁环9、内上Halbach阵列磁钢10A、内下Halbach阵列磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上磁钢锁母12A和内下磁钢锁母12B的径向内侧，内隔磁环9位于内导磁套8的径向外侧中心位置，内上Halbach阵列磁钢10A和内下Halbach阵列磁钢10B分别位于内隔磁环9的上端和下端，内上顺磁套11A位于内上Halbach阵列磁钢10A的径向外侧，内下顺磁套11B位于内下Halbach阵列磁钢10B的径向外侧，内上磁钢锁母12A位于内上Halbach阵列磁钢10A和内上顺磁套11A的上端，内下磁钢锁母12B位于内下Halbach阵列磁钢10B和内下顺磁套11B的下端，内隔磁环9、内上Halbach阵列磁钢10A、内下Halbach阵列磁钢10B、内上顺磁套11A和内下顺磁套11B位于内导磁套8的径向外侧，并通过内上磁钢锁母12A和内下磁钢锁母12B与内导磁套8的螺纹配合固定安装在内导磁套8上，内导磁套8、内隔磁环9、内上Halbach阵列磁钢10A、内下Halbach阵列磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上磁钢锁母12A和内下磁钢锁母12B位于转盘6环形槽内壁径向外侧，并通过内组件锁母13与转盘6的螺纹配合固定安装在转盘6上，外隔磁环2、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上磁钢锁母5A和外下磁钢锁母5B的内圆柱面与内隔磁环9、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上磁钢锁母12A和内下磁钢锁母12B的外圆柱面之间形成气隙18。上述发明所用的外导磁套1和内导磁套8均为1J50或1J22棒材材料，外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、内上顺磁套11A和内下顺磁套11B均为1J50或1J22棒材材料，厚度为0.5-0.8mm，所用的外隔磁环2、外上磁钢锁母5A、外下磁钢锁母5B、外组件锁母7、内隔磁环9、内上磁钢锁母12A、内下磁钢锁母12B、内组件锁母13和铝基板15均为导热性能较好的硬铝合金2A12或超硬铝合金7A09棒材材料，所用的外上Halbach阵列磁钢3A、外下Halbach阵列磁钢3B、内上Halbach阵列磁钢10A和内下Halbach阵列磁钢10B为钕铁硼合金或衫钴合金硬磁材料，且均由三圈磁钢按Halbach阵列方式拼接组成，四个Halbach阵列磁钢的三圈磁钢充磁方向从上至下依次为：内下N外上S、内N外S、内上N外下S，内下S外上N、内S外N、内上S外下N，内上N外下S、内N外S、内下N外上S，内上S外下N、内S外N、内下S外上N，或为内下S外上N、内S外N、内上S外下N，内下N外上S、内N外S、内上N外下S，内上S外下N、内S外N、内下S外上N，内上N外下S、内N外S、内下N外上S。

图4为本发明技术解决方案的定子系统的剖视图，定子系统主要包括：定子骨架14、铝基板15、左绕组16A、右绕组16B、前绕组16C、后绕组16D和环氧树脂胶17。铝基板15位于定子骨架14的径向外侧下方，并通过螺纹配合固定在定子骨架14上，左绕组16A、右绕组16B、前绕组16C和后绕组16D分别位于定子骨架14的左端径向外侧、右端径向外侧、前端径向外侧和后端径向外侧，左绕组16A、右绕组16B、前绕组16C和后绕组16D通过环氧树脂胶17固化安装在定子骨架14上，左绕组16A、右绕组16B、前绕组16C和后绕组16D分别缠绕在定子骨架14的左凸台、右凸台、前凸台和后凸台上，并通过环氧树脂胶17常温真空固化在定子骨架14上，固化时间不低于24小时。

图5a为本发明技术解决方案的定子骨架14的剖视图，图5b为本发明技术解决方案的定子骨架14的三维结构示意图，其材料为耐高温高强度的聚酰亚胺材料，内壁厚度为3-5mm，在常温真空环境下，定子骨架14下端螺纹用于与铝基板15固定连接，定子骨架14上端四个凸台分别用于左绕组16A、右绕组16B、前绕组16C和后绕组16D缠绕，常温真空环境下，将左绕组16A、右绕组16B、前绕组16C和后绕组16D分别缠绕在定子骨架14左凸台、右凸台、前凸台和后凸台上，并灌满环氧树脂胶，在常温真空环境下，经过24小时真空固化后，左绕组16A、右绕组16B、前绕组16C和后绕组16D完全固定在定子骨架14上。

图6为本发明技术解决方案的外导磁套1、外隔磁环2、外上Halbach阵列磁钢3A、外下Halbach阵列磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上磁钢锁母5A和外下磁钢锁母5B组成的组件剖视图，外导磁套1位于外隔磁环2、外上Halbach阵列磁钢3A、外下Halbach阵列磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上磁钢锁母5A和外下磁钢锁母5B的径向外侧，外隔磁环2位于外导磁套1的径向内侧中心位置，外上Halbach阵列磁钢3A和外下Halbach阵列磁钢3B分别位于外隔磁环2的上端和下端，外上顺磁套4A位于外上Halbach阵列磁钢3A的径向内侧，外下顺磁套4B位于外下Halbach阵列磁钢3B的径向内侧，外上磁钢锁母5A位于外上Halbach阵列磁钢3A和外上顺磁套4A的上端，外下磁钢锁母5B位于外下Halbach阵列磁钢3B和外下顺磁套4B的下端，外隔磁环2、外上Halbach阵列磁钢3A、外下Halbach阵列磁钢3B、外上顺磁套4A和外下顺磁套4B位于外导磁套1的径向内侧，并通过外上磁钢锁母5A和外下磁钢锁母5B与外导磁套1的螺纹配合固定安装在外导磁套1上。

图7为本发明技术解决方案的内导磁套8、内隔磁环9、内上Halbach阵列磁钢10A、内下Halbach阵列磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上磁钢锁母12A和内下磁钢锁母12B组成的组件剖视图，内导磁套8位于内隔磁环9、内上Halbach阵列磁钢10A、内下Halbach阵列磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上磁钢锁母12A和内下磁钢锁母12B的径向内侧，内隔磁环9位于内导磁套8的径向外侧中心位置，内上Halbach阵列磁钢10A和内下Halbach阵列磁钢10B分别位于内隔磁环9的上端和下端，内上顺磁套11A位于内上Halbach阵列磁钢10A的径向外侧，内下顺磁套11B位于内下Halbach阵列磁钢10B的径向外侧，内上磁钢锁母12A位于内上Halbach阵列磁钢10A和内上顺磁套11A的上端，内下磁钢锁母12B位于内下Halbach阵列磁钢10B和内下顺磁套11B的下端，内隔磁环9、内上Halbach阵列磁钢10A、内下Halbach阵列磁钢10B、内上顺磁套11A和内下顺磁套11B位于内导磁套8的径向外侧，并通过内上磁钢锁母12A和内下磁钢锁母12B与内导磁套8的螺纹配合固定安装在内导磁套8上。

本发明技术解决方案的左绕组16A、右绕组16B、前绕组16C和后绕组16D用导电良好的铜线绕制后真空浸漆烘干而成，外上Halbach阵列磁钢3A、外下Halbach阵列磁钢3B、内上Halbach阵列磁钢10A和内下Halbach阵列磁钢10B均为Halbach阵列，且每一阵列均由三圈磁钢组成。

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。

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。

Claims (8)

1.一种两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，主要由转子系统和定子系统组成，其特征在于：

所述转子系统主要包括：

外导磁套(1)、外隔磁环(2)、外上Halbach阵列磁钢(3A)、外下Halbach阵列磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上磁钢锁母(5A)、外下磁钢锁母(5B)、转盘(6)、外组件锁母(7)、内导磁套(8)、内隔磁环(9)、内上Halbach阵列磁钢(10A)、内下Halbach阵列磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)、内下顺磁套(11B)、内上磁钢锁母(12A)、内下磁钢锁母(12B)和内组件锁母(13)；

所述定子系统主要包括：

定子骨架(14)、铝基板(15)、左绕组(16A)、右绕组(16B)、前绕组(16C)、后绕组(16D)和环氧树脂胶(17)；

所述外导磁套(1)位于外隔磁环(2)、外上Halbach阵列磁钢(3A)、外下Halbach阵列磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上磁钢锁母(5A)和外下磁钢锁母(5B)的径向外侧，外隔磁环(2)位于外导磁套(1)的径向内侧中心位置，外上Halbach阵列磁钢(3A)和外下Halbach阵列磁钢(3B)分别位于外隔磁环(2)的上端和下端，外上顺磁套(4A)位于外上Halbach阵列磁钢(3A)的径向内侧，外下顺磁套(4B)位于外下Halbach阵列磁钢(3B)的径向内侧，外上磁钢锁母(5A)位于外上Halbach阵列磁钢(3A)和外上顺磁套(4A)的上端，外下磁钢锁母(5B)位于外下Halbach阵列磁钢(3B)和外下顺磁套(4B)的下端，外隔磁环(2)、外上Halbach阵列磁钢(3A)、外下Halbach阵列磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)和外下顺磁套(4B)位于外导磁套(1)的径向内侧，并通过外上磁钢锁母(5A)和外下磁钢锁母(5B)与外导磁套(1)的螺纹配合固定安装在外导磁套(1)上，外导磁套(1)、外隔磁环(2)、外上Halbach阵列磁钢(3A)、外下Halbach阵列磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上磁钢锁母(5A)和外下磁钢锁母(5B)位于转盘(6)环形槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母(7)与转盘(6)的螺纹配合固定安装在转盘(6)上，内导磁套(8)位于内隔磁环(9)、内上Halbach阵列磁钢(10A)、内下Halbach阵列磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)、内下顺磁套(11B)、内上磁钢锁母(12A)和内下磁钢锁母(12B)的径向内侧，内隔磁环(9)位于内导磁套(8)的径向外侧中心位置，内上Halbach阵列磁钢(10A)和内下Halbach阵列磁钢(10B)分别位于内隔磁环(9)的上端和下端，内上顺磁套(11A)位于内上Halbach阵列磁钢(10A)的径向外侧，内下顺磁套(11B)位于内下Halbach阵列磁钢(10B)的径向外侧，内上磁钢锁母(12A)位于内上Halbach阵列磁钢(10A)和内上顺磁套(11A)的上端，内下磁钢锁母(12B)位于内下Halbach阵列磁钢(10B)和内下顺磁套(11B)的下端，内隔磁环(9)、内上Halbach阵列磁钢(10A)、内下Halbach阵列磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)和内下顺磁套(11B)位于内导磁套(8)的径向外侧，并通过内上磁钢锁母(12A)和内下磁钢锁母(12B)与内导磁套(8)的螺纹配合固定安装在内导磁套(8)上，内导磁套(8)、内隔磁环(9)、内上Halbach阵列磁钢(10A)、内下Halbach阵列磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)、内下顺磁套(11B)、内上磁钢锁母(12A)和内下磁钢锁母(12B)位于转盘(6)环形槽内壁径向外侧，并通过内组件锁母(13)与转盘(6)的螺纹配合固定安装在转盘(6)上，定子骨架(14)位于外隔磁环(2)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上磁钢锁母(5A)、外下磁钢锁母(5B)和外组件锁母(7)的径向内侧，铝基板(15)位于定子骨架(14)的径向外侧下方，并通过螺纹配合固定在定子骨架(14)上，左绕组(16A)、右绕组(16B)、前绕组(16C)和后绕组(16D)分别位于定子骨架(14)的左端径向外侧、右端径向外侧、前端径向外侧和后端径向外侧，左绕组(16A)、右绕组(16B)、前绕组(16C)和后绕组(16D)通过环氧树脂胶(17)固化安装在定子骨架(14)上，外隔磁环(2)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上磁钢锁母(5A)和外下磁钢锁母(5B)的内圆柱面与内隔磁环(9)、内上顺磁套(11A)、内下顺磁套(11B)、内上磁钢锁母(12A)和内下磁钢锁母(12B)的外圆柱面之间形成气隙(18)。

2.根据权利要求1所述的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，其特征在于：所述的外导磁套(1)和内导磁套(8)均为1J50或1J22棒材材料。

3.根据权利要求1所述的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，其特征在于：所述的外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、内上顺磁套(11A)和内下顺磁套(11B)均为1J50或1J22棒材材料，其厚度为0.5-0.8mm。

4.根据权利要求1所述的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，其特征在于：所述的外隔磁环(2)、外上磁钢锁母(5A)、外下磁钢锁母(5B)、外组件锁母(7)、内隔磁环(9)、内上磁钢锁母(12A)、内下磁钢锁母(12B)、内组件锁母(13)和铝基板(15)均为导热性能较好的硬铝合金2A12或超硬铝合金7A09隔磁棒材材料。

5.根据权利要求1所述的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，其特征在于：所述的外上Halbach阵列磁钢(3A)、外下Halbach阵列磁钢(3B)、内上Halbach阵列磁钢(10A)和内下Halbach阵列磁钢(10B)为钕铁硼合金或衫钴合金硬磁材料，且均由三圈磁钢按Halbach阵列方式拼接组成。

6.根据权利要求1所述的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，其特征在于：所述的外上Halbach阵列磁钢(3A)、外下Halbach阵列磁钢(3B)、内上Halbach阵列磁钢(10A)和内下Halbach阵列磁钢(10B)的三圈磁钢充磁方向从上至下依次为：内下N外上S、内N外S、内上N外下S，内下S外上N、内S外N、内上S外下N，内上N外下S、内N外S、内下N外上S，内上S外下N、内S外N、内下S外上N，或为内下S外上N、内S外N、内上S外下N，内下N外上S、内N外S、内上N外下S，内上S外下N、内S外N、内下S外上N，内上N外下S、内N外S、内下N外上S。

7.根据权利要求1所述的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，其特征在于：所述的定子骨架(14)为耐高温高强度的聚酰亚胺材料。

8.根据权利要求1所述的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承，其特征在于：所述的环氧树脂胶(17)固化环境为常温真空环境，固化时间不低于24小时。