CN106438694A - 一种梯形球面偏转洛伦兹力磁轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梯形球面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、外上梯形球面磁钢、外下梯形球面磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上梯形球面磁钢锁母、外下梯形球面磁钢锁母、转盘、外组件锁母、内导磁套、内隔磁环、内上梯形球面磁钢、内下梯形球面磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上梯形球面磁钢锁母、内下梯形球面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。本发明磁钢采用梯形球面结构，减弱了磁场边缘效应，提高了磁密均匀性，增大了磁场强度，有利于大角度偏转，此外利用顺磁套消除了磁钢因拼接缝隙引起的磁密波动，有利于高精度力矩控制。

Description

一种梯形球面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，尤其涉及一种梯形球面偏转洛伦兹力磁轴承。

背景技术

磁轴承分为磁阻力磁轴承和洛伦兹力磁轴承，前者通过改变磁动势的大小和方向，来改变电磁力的大小和方向，实现转子稳定悬浮，后者通过改变放置于恒定磁场中通电线圈电流的大小和方向实现转子稳定悬浮。磁阻力磁轴承电磁力与磁通成平方关系，磁通与电流成线性关系，因此电磁力与电流成平方关系，因而磁阻力磁轴承具有承载力大的特点，但磁阻力磁轴承经线性化线性范围窄，控制精度低。洛伦兹力磁轴承的电磁力只与电流有关，且成线性关系，线性度好，控制精度高。五自由度全主动磁悬浮陀螺飞轮，通过偏转磁轴承控制转子径向两自由度偏转，迫使转子进动，从而输出高精度陀螺力矩。为提高力矩精度，现有的磁悬浮陀螺飞轮大部分采用洛伦兹力磁轴承控制转子径向两自由度偏转悬浮。

论文《一种磁悬浮陀螺飞轮方案设计与关键技术分析》提出了一种纯洛伦兹力构型的磁悬浮陀螺飞轮，利用径向洛伦兹力磁轴承实现径向两自由度平动悬浮，利用轴向三自由度洛伦兹力磁轴承实现径向偏转悬浮和轴向平动承重悬浮。洛伦兹力磁轴承产生的电磁力与电流成线性关系，线性度好，控制精度高，其承载力低，导致承载功耗较大，地面悬浮工作时系统温升大。

为降低飞轮地面承重功耗，中国专利201110253688.0综合磁阻力磁轴承承载力大承载功耗低和洛伦兹力磁轴承线性度好控制精度高的优点，提出了一种磁阻力+洛伦兹力构型的磁悬浮陀螺飞轮，采用锥形永磁偏置磁轴承实现转子三自由度平动承重悬浮，利用洛伦兹力控制转子径向两自由度偏转。锥形永磁偏置磁轴承承载力大承载功耗低，但偏转状态下，转子相对定子发生偏转，定、转子间的锥壳气隙形状发生变化，导致锥形磁极不同位置处的气隙磁密不均匀，从而产生磁拉偏负力矩，即平动悬浮会产生偏转力矩，对偏转磁轴承产生干扰。

为降低承重功耗，消除磁阻力平动承重磁轴承对偏转磁轴承的干扰，中国专利201510813055.9提出了一种基于球面磁极的内转子磁悬浮球面陀螺飞轮，利用六个成对球面电磁铁控制转子三轴平动悬浮，通过洛伦兹力磁轴承实现径向两自由度偏转。偏转模式下，转子发生偏转，但转子气隙球壳形状不会发生改变，且平动悬浮力始终垂直磁极球面指向球心，当质心与球心重合时，即可消除平动控制对偏转控制的干扰。

上述方案中的洛伦兹力磁轴承均采用矩形磁钢结构，磁钢直角处存在较强的磁路边缘效应，漏磁较多，偏转气隙磁密均匀度差。同时磁钢采用整环拼接方式，磁钢拼接处存在一定的缝隙，进一步降低了偏转气隙磁密均匀度。此外，偏转气隙为柱壳状，限制了转子偏转角度，致使转子偏转范围窄，约为±1.5°。

发明内容

本发明的目的是提供一种高磁场强度、高磁密均匀度和高力矩精度的梯形球面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：

本发明的梯形球面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、外上梯形球面磁钢、外下梯形球面磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上梯形球面磁钢锁母、外下梯形球面磁钢锁母、转盘、外组件锁母、内导磁套、内隔磁环、内上梯形球面磁钢、内下梯形球面磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上梯形球面磁钢锁母、内下梯形球面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、外上梯形球面磁钢、外下梯形球面磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上梯形球面磁钢锁母和外下梯形球面磁钢锁母的径向外侧，外隔磁环位于外导磁套径向内侧中心位置，外上梯形球面磁钢和外下梯形球面磁钢分别位于外隔磁环的轴向上端和轴向下端，外上顺磁套位于外上梯形球面磁钢的径向内侧，外下顺磁套位于外下梯形球面磁钢的径向内侧，外上梯形球面磁钢锁母位于外上梯形球面磁钢和外上顺磁套的轴向上端，外下梯形球面磁钢锁母位于外下梯形球面磁钢和外下顺磁套的轴向下端，外隔磁环、外上梯形球面磁钢、外下梯形球面磁钢、外上顺磁套和外下顺磁套通过外上梯形球面磁钢锁母和外下梯形球面磁钢锁母与外导磁套之间的螺纹配合固定安装在外导磁套上，外导磁套、外隔磁环、外上梯形球面磁钢、外下梯形球面磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上梯形球面磁钢锁母和外下梯形球面磁钢锁母位于转盘环型槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母与转盘之间的螺纹配合固定安装在转盘上，内导磁套位于内隔磁环、内上梯形球面磁钢、内下梯形球面磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上梯形球面磁钢锁母和内下梯形球面磁钢锁母的径向内侧，内隔磁环位于内导磁套径向外侧中心位置，内上梯形球面磁钢和内下梯形球面磁钢分别位于内隔磁环的轴向上端和轴向下端，内上顺磁套位于内上梯形球面磁钢的径向外侧，内下顺磁套位于内下梯形球面磁钢的径向外侧，内上梯形球面磁钢锁母位于内上梯形球面磁钢和内上顺磁套的轴向上端，内下梯形球面磁钢锁母位于内下梯形球面磁钢和内下顺磁套的轴向下端，内隔磁环、内上梯形球面磁钢、内下梯形球面磁钢、内上顺磁套和内下顺磁套通过内上梯形球面磁钢锁母和内下梯形球面磁钢锁母与转盘之间的螺纹配合固定安装在内导磁套上，内导磁套、内隔磁环、内上梯形球面磁钢、内下梯形球面磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上梯形球面磁钢锁母和内下梯形球面磁钢锁母位于转盘环型槽内壁径向外侧，并通过内组件锁母与转盘之间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、外上梯形球面磁钢锁母和外下梯形球面磁钢锁母的径向内侧，铝基板位于定子骨架下端径向外侧，并通过螺纹配合固定安装在定子骨架上，左绕组、右绕组、前绕组、后绕组分别位于定子骨架左端径向外侧、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、后绕组通过环氧树脂胶固化在定子骨架上，外隔磁环、外上顺磁套、外下顺磁套、外上梯形球面磁钢锁母和外下梯形球面磁钢锁母的内球壁与内隔磁环、内上顺磁套、内下顺磁套、内上梯形球面磁钢锁母和内下梯形球面磁钢锁母的外球壁之间形成空气气隙。

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梯形球面偏转洛伦兹力磁轴承，磁场强度高、磁密均匀度高、力矩精度高，可用于磁悬浮陀螺飞轮径向两自由度偏转，迫使转子产生进动，输出高精度大控制力矩。

附图说明

图1为本发明实施例提供的梯形球面偏转洛伦兹力磁轴承的径向X向剖视图；

图2为本发明实施例提供的梯形球面偏转洛伦兹力磁轴承的径向Y向剖视图；

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、外上梯形球面磁钢、外下梯形球面磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上梯形球面磁钢锁母和外下梯形球面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、内上顺磁套、内下顺磁套、内上梯形球面磁钢、内下梯形球面磁钢、内上梯形球面磁钢锁母和内下梯形球面磁钢锁母组成的组件剖视图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的梯形球面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、外上梯形球面磁钢、外下梯形球面磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上梯形球面磁钢锁母、外下梯形球面磁钢锁母、转盘、外组件锁母、内导磁套、内隔磁环、内上梯形球面磁钢、内下梯形球面磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上梯形球面磁钢锁母、内下梯形球面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、外上梯形球面磁钢、外下梯形球面磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上梯形球面磁钢锁母和外下梯形球面磁钢锁母的径向外侧，外隔磁环位于外导磁套径向内侧中心位置，外上梯形球面磁钢和外下梯形球面磁钢分别位于外隔磁环的轴向上端和轴向下端，外上顺磁套位于外上梯形球面磁钢的径向内侧，外下顺磁套位于外下梯形球面磁钢的径向内侧，外上梯形球面磁钢锁母位于外上梯形球面磁钢和外上顺磁套的轴向上端，外下梯形球面磁钢锁母位于外下梯形球面磁钢和外下顺磁套的轴向下端，外隔磁环、外上梯形球面磁钢、外下梯形球面磁钢、外上顺磁套和外下顺磁套通过外上梯形球面磁钢锁母和外下梯形球面磁钢锁母与外导磁套之间的螺纹配合固定安装在外导磁套上，外导磁套、外隔磁环、外上梯形球面磁钢、外下梯形球面磁钢、外上顺磁套、外下顺磁套、外上梯形球面磁钢锁母和外下梯形球面磁钢锁母位于转盘环型槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母与转盘之间的螺纹配合固定安装在转盘上，内导磁套位于内隔磁环、内上梯形球面磁钢、内下梯形球面磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上梯形球面磁钢锁母和内下梯形球面磁钢锁母的径向内侧，内隔磁环位于内导磁套径向外侧中心位置，内上梯形球面磁钢和内下梯形球面磁钢分别位于内隔磁环的轴向上端和轴向下端，内上顺磁套位于内上梯形球面磁钢的径向外侧，内下顺磁套位于内下梯形球面磁钢的径向外侧，内上梯形球面磁钢锁母位于内上梯形球面磁钢和内上顺磁套的轴向上端，内下梯形球面磁钢锁母位于内下梯形球面磁钢和内下顺磁套的轴向下端，内隔磁环、内上梯形球面磁钢、内下梯形球面磁钢、内上顺磁套和内下顺磁套通过内上梯形球面磁钢锁母和内下梯形球面磁钢锁母与转盘之间的螺纹配合固定安装在内导磁套上，内导磁套、内隔磁环、内上梯形球面磁钢、内下梯形球面磁钢、内上顺磁套、内下顺磁套、内上梯形球面磁钢锁母和内下梯形球面磁钢锁母位于转盘环型槽内壁径向外侧，并通过内组件锁母与转盘之间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、外上梯形球面磁钢锁母和外下梯形球面磁钢锁母的径向内侧，铝基板位于定子骨架下端径向外侧，并通过螺纹配合固定安装在定子骨架上，左绕组、右绕组、前绕组、后绕组分别位于定子骨架左端径向外侧、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、后绕组通过环氧树脂胶固化在定子骨架上，外隔磁环、外上顺磁套、外下顺磁套、外上梯形球面磁钢锁母和外下梯形球面磁钢锁母的内球壁与内隔磁环、内上顺磁套、内下顺磁套、内上梯形球面磁钢锁母和内下梯形球面磁钢锁母的外球壁之间形成空气气隙。

所述的外导磁套、外上顺磁套、外下顺磁套、内导磁套、内上顺磁套和内下顺磁套均为1J50或1J22棒材材料。所述的外隔磁环、外上梯形球面磁钢锁母、外下梯形球面磁钢锁母、外组件锁母、内隔磁环、内上梯形球面磁钢锁母、内下梯形球面磁钢锁母和内组件锁母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。所述的外上梯形球面磁钢、外下梯形球面磁钢、内上梯形球面磁钢和内下梯形球面磁钢为钕铁硼合金或衫钴合金硬磁材料，且均为球面向心充磁，其充磁方向依次为：内N外S、内S外N、内N外S、内S外N或内S外N、内N外S、内S外N、内N外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72小时。所述的外上梯形球面磁钢、外下梯形球面磁钢、内上梯形球面磁钢和内下梯形球面磁钢均为梯形球面结构，梯形角范围为113°-117°。

本发明的梯形球面偏转洛伦兹力磁轴承，克服了现有技术的不足，增大了磁场强度，提高了气隙磁密均匀性。

上述方案的原理是：本发明中的一种梯形球面偏转洛伦兹力磁轴承，可控制转子沿径向两自由度偏转，通过内上梯形球面磁钢、内下梯形球面磁钢、外上梯形球面磁钢和外下梯形球面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：磁通从外上梯形球面磁钢的N极出发，经过外上顺磁套、气隙上端、左绕组上端、内上顺磁套到达内上梯形球面磁钢的S极，从内上梯形球面磁钢的N极流出，经内导磁套到达内下梯形球面磁钢的S极，从内下梯形球面磁钢的N极流出，经过内下顺磁套、气隙下端、左绕组下端和外下顺磁套，到达外下梯形球面磁钢的S极，从外下梯形球面磁钢的N极流出经过外导磁套回到外上梯形球面磁钢的S极。-X通道永磁磁路为：磁通从外上梯形球面磁钢的N极出发，经过外上顺磁套、气隙上端、右绕组上端、内上顺磁套到达内上梯形球面磁钢的S极，从内上梯形球面磁钢的N极流出，经内导磁套到达内下梯形球面磁钢的S极，从内下梯形球面磁钢的N极流出，经过内下顺磁套、气隙下端、右绕组下端和外下顺磁套，到达外下梯形球面磁钢的S极，从外下梯形球面磁钢的N极流出经过外导磁套回到外上梯形球面磁钢的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：

本发明磁钢采用梯形球面结构，与矩形结构的磁钢相比，增加了磁钢边缘角度，减弱了磁场边缘效应，提高了磁密均匀性，增加了磁场强度，同时球面结构增大了转子偏转角度。此外，利用顺磁套消除了磁钢因拼接缝隙引起的磁密波动，进一步提高了磁密均匀性。

具体实施例：

如图1、2所示，一种梯形球面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1、外隔磁环2、外上梯形球面磁钢3A、外下梯形球面磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上梯形球面磁钢锁母5A、外下梯形球面磁钢锁母5B、转盘6、外组件锁母7、内导磁套8、内隔磁环9、内上梯形球面磁钢10A、内下梯形球面磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上梯形球面磁钢锁母12A、内下梯形球面磁钢锁母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、外上梯形球面磁钢3A、外下梯形球面磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上梯形球面磁钢锁母5A和外下梯形球面磁钢锁母5B的径向外侧，外隔磁环2位于外导磁套1径向内侧中心位置，外上梯形球面磁钢3A和外下梯形球面磁钢3B分别位于外隔磁环2的轴向上端和轴向下端，外上顺磁套4A位于外上梯形球面磁钢3A的径向内侧，外下顺磁套4B位于外下梯形球面磁钢3B的径向内侧，外上梯形球面磁钢锁母5A位于外上梯形球面磁钢3A和外上顺磁套4A的轴向上端，外下梯形球面磁钢锁母5B位于外下梯形球面磁钢3B和外下顺磁套4B的轴向下端，外隔磁环2、外上梯形球面磁钢3A、外下梯形球面磁钢3B、外上顺磁套4A和外下顺磁套4B通过外上梯形球面磁钢锁母5A和外下梯形球面磁钢锁母5B与外导磁套1之间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、外上梯形球面磁钢3A、外下梯形球面磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上梯形球面磁钢锁母5A和外下梯形球面磁钢锁母5B位于转盘6环型槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母7与转盘6之间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、内上梯形球面磁钢10A、内下梯形球面磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上梯形球面磁钢锁母12A和内下梯形球面磁钢锁母12B的径向内侧，内隔磁环9位于内导磁套8径向外侧中心位置，内上梯形球面磁钢10A和内下梯形球面磁钢10B分别位于内隔磁环9的轴向上端和轴向下端，内上顺磁套11A位于内上梯形球面磁钢10A的径向外侧，内下顺磁套11B位于内下梯形球面磁钢10B的径向外侧，内上梯形球面磁钢锁母12A位于内上梯形球面磁钢10A和内上顺磁套11A的轴向上端，内下梯形球面磁钢锁母12B位于内下梯形球面磁钢10B和内下顺磁套11B的轴向下端，内隔磁环9、内上梯形球面磁钢10A、内下梯形球面磁钢10B、内上顺磁套11A和内下顺磁套11B通过内上梯形球面磁钢锁母12A和内下梯形球面磁钢锁母12B与转盘6之间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、内上梯形球面磁钢10A、内下梯形球面磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上梯形球面磁钢锁母12A和内下梯形球面磁钢锁母12B位于转盘6环型槽内壁径向外侧，并通过内组件锁母13与转盘6之间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、外上梯形球面磁钢锁母5A和外下梯形球面磁钢锁母5B的径向内侧，铝基板15位于定子骨架14下端径向外侧，并通过螺纹配合固定安装在定子骨架14上，左绕组16A、右绕组16B、前绕组16C、后绕组16D分别位于定子骨架14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、后绕组16D通过环氧树脂胶17固化在定子骨架14上，外隔磁环2、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上梯形球面磁钢锁母5A和外下梯形球面磁钢锁母5B的内球壁与内隔磁环9、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上梯形球面磁钢锁母12A和内下梯形球面磁钢锁母12B的外球壁之间形成空气气隙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、外上梯形球面磁钢3A、外下梯形球面磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上梯形球面磁钢锁母5A、外下梯形球面磁钢锁母5B、转盘6、外组件锁母7、内导磁套8、内隔磁环9、内上梯形球面磁钢10A、内下梯形球面磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上梯形球面磁钢锁母12A、内下梯形球面磁钢锁母12B和内组件锁母13。外导磁套1位于外隔磁环2、外上梯形球面磁钢3A、外下梯形球面磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上梯形球面磁钢锁母5A、外下梯形球面磁钢锁母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，外上梯形球面磁钢3A和外下梯形球面磁钢3B分别位于外隔磁环2的轴向上端和轴向下端，外上顺磁套4A位于外上梯形球面磁钢3A的径向内侧，外下顺磁套4B位于外下梯形球面磁钢3B的径向内侧，外上梯形球面磁钢锁母5A位于外上梯形球面磁钢3A和外上顺磁套4A的轴向上端，外下梯形球面磁钢锁母5B位于外下梯形球面磁钢3B和外下顺磁套4B的轴向下端，外隔磁环2、外上梯形球面磁钢3A、外下梯形球面磁钢3B、外上顺磁套4A和外下顺磁套4B通过外上梯形球面磁钢锁母5A和外下梯形球面磁钢锁母5B与外导磁套1之间的螺纹配合固定安装在外导磁套1上，外隔磁环2、外上梯形球面磁钢3A、外下梯形球面磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上梯形球面磁钢锁母5A和外下梯形球面磁钢锁母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之间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、内上梯形球面磁钢10A、内下梯形球面磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上梯形球面磁钢锁母12A和内下梯形球面磁钢锁母12B的径向内侧，内隔磁环9位于内导磁套8径向外侧中心位置，内上梯形球面磁钢10A和内下梯形球面磁钢10B分别位于内隔磁环9的轴向上端和轴向下端，内上顺磁套11A位于内上梯形球面磁钢10A的径向外侧，内下顺磁套11B位于内下梯形球面磁钢10B的径向外侧，内上梯形球面磁钢锁母12A位于内上梯形球面磁钢10A和内上顺磁套11A的轴向上端，内下梯形球面磁钢锁母12B位于内下梯形球面磁钢10B和内下顺磁套11B的轴向下端，内隔磁环9、内上梯形球面磁钢10A、内下梯形球面磁钢10B、内上顺磁套11A和内下顺磁套11B通过内上梯形球面磁钢锁母12A和内下梯形球面磁钢锁母12B与内导磁套8之间的螺纹配合将固定安装在内导磁套8上，内导磁套8、内隔磁环9、内上梯形球面磁钢10A、内下梯形球面磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上梯形球面磁钢锁母12A和内下梯形球面磁钢锁母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之间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、外上梯形球面磁钢锁母5A和外下梯形球面磁钢锁母5B的内球壁与内隔磁环9、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上梯形球面磁钢锁母12A、内下梯形球面磁钢锁母12B的外球壁之间形成空气气隙18。上述发明所用的外导磁套1、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、内导磁套8、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、均为1J50或1J22棒材材料，外隔磁环2、外上梯形球面磁钢锁母5A、外下梯形球面磁钢锁母5B、外组件锁母7、内隔磁环9、内上梯形球面磁钢锁母12A、内下梯形球面磁钢锁母12B和内组件锁母13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，外上梯形球面磁钢3A、外下梯形球面磁钢3B、内上梯形球面磁钢10A和内下梯形球面磁钢10B为钕铁硼合金或衫钴合金硬磁材料，且均球面向心充磁，其充磁方向依次为：内N外S、内S外N、内N外S、内S外N或内S外N、内N外S、内S外N、内N外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通过与定子骨架14下方的螺纹配合固定安装在定子骨架14上，左绕组16A、右绕组16B、前绕组16C和后绕组16D分别位于定子骨架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固化安装在定子骨架14上，环氧树脂胶17固化环境为常温真空环境，固化时间不低于72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，定子骨架14下端螺纹用于与铝基板15螺纹连接，定子骨架14径向外侧上端四个凸台分别缠绕了左绕组16A、右绕组16B、前绕组16C和后绕组16D，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，经过常温真空72小时后，将左绕组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、外上梯形球面磁钢3A、外下梯形球面磁钢3B、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上梯形球面磁钢锁母5A和外下梯形球面磁钢锁母5B组成的组件剖视图，外导磁套1位于外隔磁环2、外上梯形球面磁钢3A、外下梯形球面磁钢3B、外上顺磁套4A、外下顺磁套4B、外上梯形球面磁钢锁母5A和外下梯形球面磁钢锁母5B的径向外侧，外隔磁环2位于外导磁套1径向内侧中心位置，外上梯形球面磁钢3A和外下梯形球面磁钢3B分别位于外隔磁环2的轴向上端和轴向下端，外上顺磁套4A位于外上梯形球面磁钢3A的径向内侧，外下顺磁套4B位于外下梯形球面磁钢3B的径向内侧，外上梯形球面磁钢锁母5A位于外上梯形球面磁钢3A和外上顺磁套4A的轴向上端，外下梯形球面磁钢锁母5B位于外下梯形球面磁钢3B和外下顺磁套4B的轴向下端，外隔磁环2、外上梯形球面磁钢3A、外下梯形球面磁钢3B、外上顺磁套4A和外下顺磁套4B通过外上梯形球面磁钢锁母5A和外下梯形球面磁钢锁母5B与外导磁套1之间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、内上梯形球面磁钢10A、内下梯形球面磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上梯形球面磁钢锁母12A、内下梯形球面磁钢锁母12B组成的组件剖视图。内导磁套8位于内隔磁环9、内上梯形球面磁钢10A、内下梯形球面磁钢10B、内上顺磁套11A、内下顺磁套11B、内上梯形球面磁钢锁母12A、内下梯形球面磁钢锁母12B的径向内侧，内隔磁环9位于内导磁套8径向外侧中心位置，内上梯形球面磁钢10A和内下梯形球面磁钢10B分别位于内隔磁环9的轴向上端和轴向下端，内上顺磁套11A位于内上梯形球面磁钢10A的径向外侧，内下顺磁套11B位于内下梯形球面磁钢10B的径向外侧，内上梯形球面磁钢锁母12A位于内上梯形球面磁钢10A和内上顺磁套11A的轴向上端，内下梯形球面磁钢锁母12B位于内下梯形球面磁钢10B和内下顺磁套11B的轴向下端，内隔磁环9、内上梯形球面磁钢10A、内下梯形球面磁钢10B、内上顺磁套11A和内下顺磁套11B通过内上梯形球面磁钢锁母12A和内下梯形球面磁钢锁母12B与内导磁套8之间的螺纹配合固定安装在内导磁套8上。

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 (7)

1.一种梯形球面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)、外上梯形球面磁钢(3A)、外下梯形球面磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上梯形球面磁钢锁母(5A)、外下梯形球面磁钢锁母(5B)、转盘(6)、外组件锁母(7)、内导磁套(8)、内隔磁环(9)、内上梯形球面磁钢(10A)、内下梯形球面磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)、内下顺磁套(11B)、内上梯形球面磁钢锁母(12A)、内下梯形球面磁钢锁母(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)、外上梯形球面磁钢(3A)、外下梯形球面磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上梯形球面磁钢锁母(5A)和外下梯形球面磁钢锁母(5B)的径向外侧，外隔磁环(2)位于外导磁套(1)径向内侧中心位置，外上梯形球面磁钢(3A)和外下梯形球面磁钢(3B)分别位于外隔磁环(2)的轴向上端和轴向下端，外上顺磁套(4A)位于外上梯形球面磁钢(3A)的径向内侧，外下顺磁套(4B)位于外下梯形球面磁钢(3B)的径向内侧，外上梯形球面磁钢锁母(5A)位于外上梯形球面磁钢(3A)和外上顺磁套(4A)的轴向上端，外下梯形球面磁钢锁母(5B)位于外下梯形球面磁钢(3B)和外下顺磁套(4B)的轴向下端，外隔磁环(2)、外上梯形球面磁钢(3A)、外下梯形球面磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)和外下顺磁套(4B)通过外上梯形球面磁钢锁母(5A)和外下梯形球面磁钢锁母(5B)与外导磁套(1)之间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)、外上梯形球面磁钢(3A)、外下梯形球面磁钢(3B)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上梯形球面磁钢锁母(5A)和外下梯形球面磁钢锁母(5B)位于转盘(6)环型槽外壁径向内侧，并通过外组件锁母(7)与转盘(6)之间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)、内上梯形球面磁钢(10A)、内下梯形球面磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)、内下顺磁套(11B)、内上梯形球面磁钢锁母(12A)和内下梯形球面磁钢锁母(12B)的径向内侧，内隔磁环(9)位于内导磁套(8)径向外侧中心位置，内上梯形球面磁钢(10A)和内下梯形球面磁钢(10B)分别位于内隔磁环(9)的轴向上端和轴向下端，内上顺磁套(11A)位于内上梯形球面磁钢(10A)的径向外侧，内下顺磁套(11B)位于内下梯形球面磁钢(10B)的径向外侧，内上梯形球面磁钢锁母(12A)位于内上梯形球面磁钢(10A)和内上顺磁套(11A)的轴向上端，内下梯形球面磁钢锁母(12B)位于内下梯形球面磁钢(10B)和内下顺磁套(11B)的轴向下端，内隔磁环(9)、内上梯形球面磁钢(10A)、内下梯形球面磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)和内下顺磁套(11B)通过内上梯形球面磁钢锁母(12A)和内下梯形球面磁钢锁母(12B)与转盘(6)之间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)、内上梯形球面磁钢(10A)、内下梯形球面磁钢(10B)、内上顺磁套(11A)、内下顺磁套(11B)、内上梯形球面磁钢锁母(12A)和内下梯形球面磁钢锁母(12B)位于转盘(6)环型槽内壁径向外侧，并通过内组件锁母(13)与转盘(6)之间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)、外上梯形球面磁钢锁母(5A)和外下梯形球面磁钢锁母(5B)的径向内侧，铝基板(15)位于定子骨架(14)下端径向外侧，并通过螺纹配合固定安装在定子骨架(14)上，左绕组(16A)、右绕组(16B)、前绕组(16C)、后绕组(16D)分别位于定子骨架(14)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)、后绕组(16D)通过环氧树脂胶(17)固化在定子骨架(14)上，外隔磁环(2)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、外上梯形球面磁钢锁母(5A)和外下梯形球面磁钢锁母(5B)的内球壁与内隔磁环(9)、内上顺磁套(11A)、内下顺磁套(11B)、内上梯形球面磁钢锁母(12A)和内下梯形球面磁钢锁母(12B)的外球壁之间形成空气气隙(18)。

2.根据权利要求1所述的梯形球面偏转洛伦兹力磁轴承，其特征在于：所述的外导磁套(1)、外上顺磁套(4A)、外下顺磁套(4B)、内导磁套(8)、内上顺磁套(11A)和内下顺磁套(11B)均为1J50或1J22棒材材料。

3.根据权利要求1所述的梯形球面偏转洛伦兹力磁轴承，其特征在于：所述的外隔磁环(2)、外上梯形球面磁钢锁母(5A)、外下梯形球面磁钢锁母(5B)、外组件锁母(7)、内隔磁环(9)、内上梯形球面磁钢锁母(12A)、内下梯形球面磁钢锁母(12B)和内组件锁母(13)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。

4.根据权利要求1所述的梯形球面偏转洛伦兹力磁轴承，其特征在于：所述的外上梯形球面磁钢(3A)、外下梯形球面磁钢(3B)、内上梯形球面磁钢(10A)和内下梯形球面磁钢(10B)为钕铁硼合金或衫钴合金硬磁材料，且均为球面向心充磁，其充磁方向依次为：内N外S、内S外N、内N外S、内S外N或内S外N、内N外S、内S外N、内N外S。

5.根据权利要求1所述的梯形球面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。

6.根据权利要求1所述的梯形球面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72小时。

7.根据权利要求1所述的梯形球面偏转洛伦兹力磁轴承，其特征在于：所述的外上梯形球面磁钢(3A)、外下梯形球面磁钢(3B)、内上梯形球面磁钢(10A)和内下梯形球面磁钢(10B)均为梯形球面结构，梯形角范围为113°-117°。