CN107084195B - 一种检控共位内转子径向球面纯电磁磁轴承 - Google Patents

一种检控共位内转子径向球面纯电磁磁轴承 Download PDF

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Abstract

一种检控共位内转子径向球面纯电磁磁轴承，包括定子系统和球面转子，定子系统包括：球面定子铁心、激磁线圈、传感器骨架、传感器线圈、屏蔽线、传感器屏蔽筒、定子套筒、上定子锁紧盘和下定子锁紧盘；本发明的磁极面为球面，球面转子所受电磁力过球心，当质心与球心重合时，消除了径向平动悬浮对偏转悬浮的干扰；球面定子铁心磁极上下边缘有一小圆角，减弱了磁极端部漏磁效应，降低了径向平动悬浮对轴向平动悬浮的干扰。此外，传感器骨架的轴线与球面定子铁心的中心孔轴线重合，实现了球面转子径向平动悬浮检测点与控制点共位，消除了因检控异位所需转换矩阵引起的误差，进一步提高了控制精度。

Description

一种检控共位内转子径向球面纯电磁磁轴承
技术领域
本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承，特别是一种径向平动检测与控制为一体，且位移检测点与控制点共位的径向球面纯电磁磁轴承，可用于磁悬浮微框架飞轮转子径向两自由度高精度平动悬浮支承。
背景技术
传统反作用飞轮、偏置动量轮和姿控储能两用飞轮均是通过改变转子转速大小输出力矩，力矩精度高，常用于高分辨率对地观测卫星平台的姿态控制，但力矩偏小，不能满足航天器敏捷机动的迫切需求。磁悬浮微框架飞轮具有大控制力矩和高力矩精度的优点，通过偏转磁轴承驱使转子旋转轴发生偏转，改变转子角动量的方向，输出瞬间较大进动力矩，实现航天器敏捷机动，利用磁轴承对转子进行主动振动控制和抑制，实现转子高精度悬浮，输出高精度控制力矩。磁轴承作为磁悬浮微框架飞轮的核心部件之一，是飞轮能够输出高精度大力矩的前提保障。
主动磁轴承可分为洛伦兹力磁轴承、永磁偏置磁轴承和纯电磁磁轴承。洛伦兹力磁轴承通过改变放置于恒定磁场中绕组电流的大小和方向，产生所需的悬浮力，其力与电流成正比，线性度好，控制精度高，但承载力低，承重悬浮功耗大。永磁偏置磁轴承和纯电磁磁轴承的电磁悬浮力与电流成平方关系，承载力大、承载功耗低，常用作转子平动悬浮支承。与永磁偏置磁轴承相比，纯电磁磁轴承断电状态下，无电磁吸力，非常便于系统装配和调试。径向球面纯电磁磁轴承的定转子磁极均为球面，其气隙为球壳状，转子所受电磁力始终指向转子球心。当转子质心与球心重合时，电磁悬浮力过质心，不会产生偏转力矩，消除了平动悬浮对偏转悬浮的干扰，有利于磁悬浮微框架飞轮转子高精度悬浮支承。授权专利ZL201510031068.0所述的一种内转子球形径向纯电磁磁轴承的磁极面采用球面结构，转子所受电磁力始终经过转子球心，当转子球心与质心重合时，消除了径向平动悬浮对偏转悬浮的干扰。在此基础上，专利申请号201510562645.9所述的一种双线圈径向球面磁轴承和专利申请号201510562653.3所述的一种双线圈径向球面纯电磁磁轴承激磁线圈采用双线圈结构，提高了控制电流响应速率，同时在磁极端部增加极靴，降低转子的涡流损耗。上述径向磁轴承采用球形结构，其转子球面的最大外径大于定子球面的最小横截面直径，无法采用传统柱面磁极的径向磁轴承所采用的装配方法。装配时磁轴承转子轴线与定子轴线垂直，将磁轴承转子轮缘沿磁轴承定子相邻两磁极间的缝隙放入定子球面磁极内部，待转子球心与定子球心重合时，缓慢将转子翻转90°，完成径向球面磁轴承的装配。由于极靴的存在，减小了定子磁极间的缝隙大小，降低转子的装配工艺性，甚至导致转子无法装配。上述三种径向磁轴承方案的定子磁极上下边缘均为锐角，磁极边缘存在明显漏磁效应。当转子发生偏转或轴向偏移时，相对于定子磁极球面的对称面，转子磁极球面成非对称放置，一侧磁极面大，另一侧磁极面小，会导致球面转子磁极面大的一侧电磁吸力大，球面转子磁极面小的一侧电磁吸力小，两力的合力会在轴向产生分量，即径向平动会对轴向平动产生干扰。此外，传统径向磁轴承的径向平动位移检测点与控制点异位，需要转换矩阵来估计磁轴承中心控制点处的位移。由于转换矩阵存在测量误差，且该误差随时间、温度、应力变化，降低了磁轴承的平动悬浮精度。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种磁路边缘漏磁效应弱、检测与控制共位的径向球面纯电磁磁轴承。
本发明的技术解决方案为：一种检控共位内转子径向球面纯电磁磁轴承，主要由定子系统和球面转子两部分组成，其特征在于：定子系统主要包括：左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心、后球面定子铁心、激磁线圈、传感器骨架、传感器线圈、屏蔽线、传感器屏蔽筒、定子套筒、上定子锁紧盘和下定子锁紧盘；左球面定子铁心组成两个磁极，右球面定子铁心组成两个磁极，前球面定子铁心组成两个磁极，后球面定子铁心组成两个磁极，左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心组成磁轴承左右前后8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极，每个磁极绕制有激磁线圈，并通过环氧树脂胶固化在左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心上，且左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的两个所述磁极上所绕制的激磁线圈均通以大小相等、方向相反的电流，以形成N-S级配对的模式。传感器骨架端部有一凹槽，传感器线圈绕制在传感器骨架的凹槽内，并通过环氧树脂胶固化在传感器骨架上，屏蔽线连接传感器线圈，并通过传感器骨架上的走线槽引到传感器骨架外部，传感器骨架、传感器线圈和屏蔽线位于传感器屏蔽筒的安装孔内，并通过环氧树脂胶固化在传感器屏蔽筒内，传感器骨架、传感器线圈、屏蔽线和传感器屏蔽筒均位于左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的中心通孔内，并通过传感器屏蔽筒与左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的螺纹配合固定安装在左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心，左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心、后球面定子铁心、激磁线圈、传感器骨架、传感器线圈、屏蔽线和传感器屏蔽筒均位于定子套筒的径向内侧，左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心通过定子套筒内侧的定位槽限制其径向角位置，并通过上定子锁紧盘和下定子锁紧盘与定子套筒之间的螺钉连接固定在定子套筒上，球面转子外球面与左球面定子铁心内球面、右球面定子铁心内球面、前球面定子铁心内球面和后球面定子铁心的内球面留有一定的间隙，形成球壳气隙。
所述的传感器骨架和传感器屏蔽筒的轴线与左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的中心孔轴线重合。所述的左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的上磁极的上边缘和下磁极的下边缘均倒一小圆角，半径为0.2-0.5mm。所述的左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的球面半径相等，且球心完全重合。所述的左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心均为高饱和磁密的1J22棒材或电工纯铁DT4C材料。所述的传感器骨架采用耐高温高强度的聚酰亚胺材料。所述的传感器屏蔽筒采用无磁导电性能好的铜合金材料。
上述方案的原理是：本发明所述的左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的球面半径相等，且球心完全重合，球面转子所受电磁力始终过球心，当转子质心与球心重合时，电磁力对转子产生的力矩为零，从而消除了径向平动悬浮对偏转悬浮的干扰。球面定子铁心上磁极的上边缘和下磁极的下边缘均有一小圆角，圆角的存在减弱了磁极端部漏磁效应，降低了径向平动悬浮对轴向平动悬浮的干扰。传感器骨架轴线与球面定子铁心中心线重合，实现了位移检测点与控制点的共位，无需借助转换矩阵估计转子径向平动位移，与检控异位的径向磁轴承相比，消除了转换矩阵带来的误差，进一步提高了转子悬浮控制精度。当转子沿+X轴方向偏离平衡位置时，+X方向传感器线圈与-X方向传感器线圈将检测信号经屏蔽线传递到磁轴承控制器进行差分运算，磁轴承控制器无需借助转换矩阵直接将差分信号转换为控制电流，左球面定子铁心上的激磁线圈中的控制电流与偏置电流反向叠加，减小左球壳气隙的磁通，右球面定子铁心上的激磁线圈中的控制电流与偏置电流正向叠加，增大右球壳气隙的磁通，调节转子回到平衡位置；当转子沿-X轴方向偏离平衡位置时，+X方向传感器线圈与-X方向传感器线圈将检测信号经屏蔽线传递到磁轴承控制器进行差分运算，磁轴承控制器无需借助转换矩阵直接将差分信号转换为控制电流，左球面定子铁心上的激磁线圈中的控制电流与偏置电流正向叠加，增大左球壳气隙的磁通，右球面定子铁心上的激磁线圈中的控制电流与偏置电流反向叠加，减小右球壳气隙的磁通，调节转子回到平衡位置；当转子沿+Y轴方向偏离平衡位置时，+Y方向传感器线圈与-Y方向传感器线圈将检测信号经屏蔽线传递到磁轴承控制器进行差分运算，磁轴承控制器无需借助转换矩阵直接将差分信号转换为控制电流，前球面定子铁心上的激磁线圈中的控制电流与偏置电流反向叠加，减小前球壳气隙的磁通，后球面定子铁心上的激磁线圈中的控制电流与偏置电流正向叠加，增大后球壳气隙的磁通，调节转子回到平衡位置；当转子沿-Y轴方向偏离平衡位置时，+Y方向传感器线圈与-Y方向传感器线圈将检测信号经屏蔽线传递到磁轴承控制器进行差分运算，磁轴承控制器无需借助转换矩阵直接将差分信号转换为控制电流，前球面定子铁心上的激磁线圈中的控制电流与偏置电流正向叠加，增大前球壳气隙的磁通，后球面定子铁心上的激磁线圈中的控制电流与偏置电流反向叠加，减小后球壳气隙的磁通，调节转子回到平衡位置。当球面转子发生轴向平动或偏转时，球面转子磁极相对于球面定子磁极的对称面成非对称放置，一侧磁极面大，另一侧磁极面小。由于左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的上定子磁极的上边缘和下定子磁极的下边缘均存在漏磁效应，导致球面转子磁极面大的一侧电磁吸力大，球面转子磁极面小的一侧电磁吸力小，两力的合力会在轴向产生分量，即径向平动悬浮会干扰轴向平动悬浮。磁极边缘处圆角的存在弱化了磁极端部的漏磁效应，降低了径向平动悬浮对轴向平动悬浮的干扰。本发明的磁路如图1、图2所示，左电磁磁路为：磁通从左球面定子铁心的上磁极出发，通过上球壳气隙、球面转子、下球壳气隙回到左球面定子铁心的下磁极；右电磁磁路为：磁通从右球面定子铁心的上磁极出发，通过上球壳气隙、球面转子、下球壳气隙回到右球面定子铁心的下磁极；前电磁磁路为：磁通从前球面定子铁心的上磁极出发，通过上球壳气隙、球面转子、下球壳气隙回到前球面定子铁心的下磁极；后电磁磁路为：磁通从后球面定子铁心的上磁极出发，通过上球壳气隙、球面转子、下球壳气隙回到后球面定子铁心的下磁极。
本发明与现有技术相比的优点在于：(1)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，消除了径向平动悬浮对径向偏转悬浮的干扰；(2)球面定子铁心磁极上下边缘有一小圆角，减弱了磁极端部漏磁效应，降低了径向平动悬浮对轴向平动悬浮的干扰；(3)传感器骨架的轴线与球面定子铁心的中心孔轴线重合，实现了位移检测点与控制点共位，无需借助转换矩阵估计转子径向平动位移，消除了因检控异位所需转换矩阵引起的误差，进一步提高了球面转子悬浮控制精度。
附图说明
图1为本发明技术解决方案的一种检控共位内转子径向球面纯电磁磁轴承的径向X向剖视图；
图2为本发明技术解决方案的一种检控共位内转子径向球面纯电磁磁轴承的径向Y向剖视图；
图3a为本发明技术解决方案的定子系统的剖视图；
图3b为本发明技术解决方案的定子系统的三维结构示意图；
图4a为本发明技术解决方案的左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的剖视图；
图4b为本发明技术解决方案的左球面定子铁心、右球面定子铁心、前球面定子铁心和后球面定子铁心的三维结构示意图；
图5a为本发明技术解决方案的传感器骨架的剖视图；
图5b为本发明技术解决方案的传感器骨架的三维结构示意图；
图6a为本发明技术解决方案的定子套筒的剖视图；
图6b为本发明技术解决方案的定子套筒的三维结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种检控共位内转子径向球面纯电磁磁轴承，主要由定子系统和球面转子1两部分组成，其特征在于：定子系统主要包括：左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C、后球面定子铁心2D、激磁线圈3、传感器骨架4、传感器线圈5、屏蔽线6、传感器屏蔽筒7、定子套筒8、上定子锁紧盘9和下定子锁紧盘10；左球面定子铁心2A组成两个磁极，右球面定子铁心2B组成两个磁极，前球面定子铁心2C组成两个磁极，后球面定子铁心2D组成两个磁极，左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D组成磁轴承左右前后8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极，每个磁极绕制有激磁线圈3，并通过环氧树脂胶固化在左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D上，传感器骨架4端部有一凹槽，传感器线圈5绕制在传感器骨架4的凹槽内，并通过环氧树脂胶固化在传感器骨架4上，屏蔽线6连接传感器线圈5，并通过传感器骨架4上的走线槽引到传感器骨架4外部，传感器骨架4、传感器线圈5和屏蔽线6位于传感器屏蔽筒7的安装孔内，并通过环氧树脂胶固化在传感器屏蔽筒7内，传感器骨架4、传感器线圈5、屏蔽线6和传感器屏蔽筒7均位于左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D的中心通孔内，并通过传感器屏蔽筒7与左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D的螺纹配合固定安装在左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D，左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C、后球面定子铁心2D、激磁线圈3、传感器骨架4、传感器线圈5、屏蔽线6和传感器屏蔽筒7均位于定子套筒8的径向内侧，左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D通过定子套筒8内侧的定位槽限制其径向角位置，并通过上定子锁紧盘9和下定子锁紧盘10与定子套筒8之间的螺钉连接固定在定子套筒8上，球面转子1外球面与左球面定子铁心2A内球面、右球面定子铁心2B内球面、前球面定子铁心2C内球面和后球面定子铁心2D的内球面留有一定的间隙，形成球壳气隙11。
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，左球面定子铁心2A组成两个磁极，右球面定子铁心2B组成两个磁极，前球面定子铁心2C组成两个磁极，后球面定子铁心2D组成两个磁极，左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D组成磁轴承左右前后8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极，每个磁极绕制有激磁线圈3，激磁线圈3通过环氧树脂胶固化在左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D上，传感器骨架4端部有一凹槽，传感器线圈5绕制在传感器骨架4的凹槽内，并通过环氧树脂胶固化在传感器骨架4上，屏蔽线6连接传感器线圈5，并通过传感器骨架4上的走线槽引到传感器骨架4外部，传感器骨架4、传感器线圈5和屏蔽线6位于传感器屏蔽筒7的安装孔内，并通过环氧树脂胶固化在传感器屏蔽筒7内，传感器骨架4、传感器线圈5、屏蔽线6和传感器屏蔽筒7均位于左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D的中心通孔内，并通过传感器屏蔽筒7与左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D的螺纹配合固定安装在左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D，左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C、后球面定子铁心2D、激磁线圈3、传感器骨架4、传感器线圈5、屏蔽线6和传感器屏蔽筒7均位于定子套筒8的径向内侧，左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D通过定子套筒8内侧的定位槽限制其径向角位置，并通过上定子锁紧盘9和下定子锁紧盘10与定子套筒8之间的螺钉连接固定在定子套筒8上。上述发明所用屏蔽线6采用双绞屏蔽线，传感器屏蔽筒7采用无磁导电性能好的铜合金材料。
图4a为本发明中左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D的剖视图，图4b为本发明中左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D的三维结构示意图，其材料为高饱和磁密的1J22棒材或电工纯铁DT4C材料，且其磁极球面半径相等，球心完全重合，左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D中心位置处的螺纹通孔用于传感器骨架4、传感器线圈5、屏蔽线6和传感器屏蔽筒7的安装，左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D的上磁极上边缘和下磁极下边缘均倒一圆角，圆角半径为0.2-0.5mm，用于减弱磁极端部的漏磁效应。
图5a为本发明中传感器骨架4的剖视图，图5b为本发明中传感器骨架4的三维结构示意图，其材料采用耐高温高强度的聚酰亚胺材料，传感器骨架4端部凹槽用于传感器线圈5缠绕，传感器骨架4径向外侧有一走线槽，用于放置屏蔽线6。
图6a为本发明中定子套筒8的剖视图，图6b为本发明中定子套筒8的三维结构示意图，其材料为无磁3J40合金，内圆柱面内的四个均匀分布的定位槽用于限制左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D的径向角位置，确保左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D沿圆周均匀固定装配，定子套筒8的四个定位槽的轴向下端均有一台阶，用于左球面定子铁心2A、右球面定子铁心2B、前球面定子铁心2C和后球面定子铁心2D的轴向定位，在定子套筒8的X、Y轴正负方向上均分布一个通孔，用于传感器骨架4、传感器线圈5、屏蔽线6和传感器屏蔽筒7的装配，在定子套筒8的X、Y轴正负方向上分布通孔的轴向上方均有一走线槽，用于屏蔽线6的走线，在定子套筒8的X轴正方向轴向下端有一销孔，与定位销过盈配合。
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。本发明的上述实施例是对方案的说明而不能用于限制本发明，与本发明有保护范围相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本发明保护的范围内。

Claims (6)

1.一种检控共位内转子径向球面纯电磁磁轴承，其包括定子系统和球面转子(1)两部分，其特征在于：定子系统包括：左球面定子铁心(2A)、右球面定子铁心(2B)、前球面定子铁心(2C)、后球面定子铁心(2D)、激磁线圈(3)、传感器骨架(4)、传感器线圈(5)、屏蔽线(6)、传感器屏蔽筒(7)、定子套筒(8)、上定子锁紧盘(9)和下定子锁紧盘(10)；左球面定子铁心(2A)组成两个磁极，右球面定子铁心(2B)组成两个磁极，前球面定子铁心(2C)组成两个磁极，后球面定子铁心(2D)组成两个磁极，左球面定子铁心(2A)、右球面定子铁心(2B)、前球面定子铁心(2C)和后球面定子铁心(2D)组成磁轴承左右前后8个磁极，分别组成X、Y轴正负方向的磁极，每个磁极绕制有激磁线圈(3)，并通过环氧树脂胶固化在左球面定子铁心(2A)、右球面定子铁心(2B)、前球面定子铁心(2C)和后球面定子铁心(2D)上，且左球面定子铁心(2A)、右球面定子铁心(2B)、前球面定子铁心(2C)和后球面定子铁心(2D)的两个所述磁极上所绕制的激磁线圈(3)均通以大小相等、方向相反的电流，以形成N-S级配对的模式；传感器骨架(4)端部有一凹槽，传感器线圈(5)绕制在传感器骨架(4)的凹槽内，并通过环氧树脂胶固化在传感器骨架(4)上，屏蔽线(6)连接传感器线圈(5)，并通过传感器骨架(4)上的走线槽引到传感器骨架(4)外部，传感器骨架(4)、传感器线圈(5)和屏蔽线(6)位于传感器屏蔽筒(7)的安装孔内，并通过环氧树脂胶固化在传感器屏蔽筒(7)内，传感器骨架(4)、传感器线圈(5)、屏蔽线(6)和传感器屏蔽筒(7)均位于左球面定子铁心(2A)、右球面定子铁心(2B)、前球面定子铁心(2C)和后球面定子铁心(2D)的中心通孔内，并通过传感器屏蔽筒(7)与左球面定子铁心(2A)、右球面定子铁心(2B)、前球面定子铁心(2C)和后球面定子铁心(2D)的螺纹配合固定安装在左球面定子铁心(2A)、右球面定子铁心(2B)、前球面定子铁心(2C)和后球面定子铁心(2D)，左球面定子铁心(2A)、右球面定子铁心(2B)、前球面定子铁心(2C)、后球面定子铁心(2D)、激磁线圈(3)、传感器骨架(4)、传感器线圈(5)、屏蔽线(6)和传感器屏蔽筒(7)均位于定子套筒(8)的径向内侧，左球面定子铁心(2A)、右球面定子铁心(2B)、前球面定子铁心(2C)和后球面定子铁心(2D)通过定子套筒(8)内侧的定位槽限制其径向角位置，并通过上定子锁紧盘(9)和下定子锁紧盘(10)与定子套筒(8)之间的螺钉连接固定在定子套筒(8)上，球面转子(1)外球面与左球面定子铁心(2A)内球面、右球面定子铁心(2B)内球面、前球面定子铁心(2C)内球面和后球面定子铁心(2D)的内球面留有一定的间隙，形成球壳气隙(11)；
所述的传感器骨架(4)和传感器屏蔽筒(7)的轴线与左球面定子铁心(2A)、右球面定子铁心(2B)、前球面定子铁心(2C)和后球面定子铁心(2D)的中心孔轴线重合；所述的左球面定子铁心(2A)、右球面定子铁心(2B)、前球面定子铁心(2C)和后球面定子铁心(2D)的上磁极的上边缘和下磁极的下边缘均倒一小圆角。
2.根据权利要求1所述的一种检控共位内转子径向球面纯电磁磁轴承，其特征在于：所述的左球面定子铁心(2A)、右球面定子铁心(2B)、前球面定子铁心(2C)和后球面定子铁心(2D)的上磁极的上边缘和下磁极的下边缘所倒小圆角的半径为0.2-0.5mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种检控共位内转子径向球面纯电磁磁轴承，其特征在于：所述的左球面定子铁心(2A)、右球面定子铁心(2B)、前球面定子铁心(2C)和后球面定子铁心(2D)的球面半径相等，且球心完全重合。
4.根据权利要求1或2所述的一种检控共位内转子径向球面纯电磁磁轴承，其特征在于：所述的左球面定子铁心(2A)、右球面定子铁心(2B)、前球面定子铁心(2C)和后球面定子铁心(2D)均为高饱和磁密的1J22棒材或电工纯铁DT4C材料。
5.根据权利要求1所述的一种检控共位内转子径向球面纯电磁磁轴承，其特征在于：所述的传感器骨架(4)采用耐高温高强度的聚酰亚胺材料。
6.根据权利要求1所述的一种检控共位内转子径向球面纯电磁磁轴承，其特征在于：所述的传感器屏蔽筒(7)采用无磁导电性能好的铜合金材料。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107607099B (zh) * 2017-08-31 2020-05-22 北京石油化工学院 一种检控共位的磁悬浮控制敏感陀螺
CN108131389B (zh) * 2017-12-01 2019-07-12 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种平面磁极球面内转子纯电磁径向磁轴承
CN108374838B (zh) * 2018-04-08 2023-11-03 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 磁悬浮轴承
CN109555785B (zh) * 2018-10-16 2020-07-07 汤秉辉 滚珠轴承以及套环
CN111120510B (zh) * 2019-12-19 2021-04-09 北京哈尔贝克科技有限公司 一种具有辅助气隙的高刚度球形洛伦兹偏转轴承
CN112727921B (zh) * 2020-12-23 2021-09-14 北京航空航天大学 主动磁悬浮轴承支承的超稳超静单轴转台
CN117703927B (zh) * 2024-02-05 2024-04-16 贵州中航华强科技有限公司 一种磁悬浮轴承控制系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4686404A (en) * 1984-05-18 1987-08-11 Ntn Toyo Bearing Co., Ltd. Controlled radial magnetic bearing device
US5093754A (en) * 1988-10-18 1992-03-03 Seiko Seiki Kabushiki Kaisha Control system for a magnetic levitation body
CN101488031A (zh) * 2009-02-16 2009-07-22 北京航空航天大学 一种基于干扰观测器的高精度磁轴承轴向控制方法
CN102055258A (zh) * 2010-12-29 2011-05-11 哈尔滨电机厂有限责任公司 凸极同步电机的磁极极靴
CN204371939U (zh) * 2015-01-05 2015-06-03 山东大学 一种由轴向混合磁轴承实现转子五自由度悬浮结构
CN105156473A (zh) * 2015-09-07 2015-12-16 北京航空航天大学 一种双线圈径向球面磁轴承
CN105650115A (zh) * 2014-11-27 2016-06-08 斯凯孚磁性机械技术公司 磁性轴承和其制造方法以及包括该磁性轴承的旋转装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4686404A (en) * 1984-05-18 1987-08-11 Ntn Toyo Bearing Co., Ltd. Controlled radial magnetic bearing device
US5093754A (en) * 1988-10-18 1992-03-03 Seiko Seiki Kabushiki Kaisha Control system for a magnetic levitation body
CN101488031A (zh) * 2009-02-16 2009-07-22 北京航空航天大学 一种基于干扰观测器的高精度磁轴承轴向控制方法
CN102055258A (zh) * 2010-12-29 2011-05-11 哈尔滨电机厂有限责任公司 凸极同步电机的磁极极靴
CN105650115A (zh) * 2014-11-27 2016-06-08 斯凯孚磁性机械技术公司 磁性轴承和其制造方法以及包括该磁性轴承的旋转装置
CN204371939U (zh) * 2015-01-05 2015-06-03 山东大学 一种由轴向混合磁轴承实现转子五自由度悬浮结构
CN105156473A (zh) * 2015-09-07 2015-12-16 北京航空航天大学 一种双线圈径向球面磁轴承

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