CN112729338B - 应用于半实物仿真平台的具有十五自由度的磁悬浮转台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有十五自由度的主动磁悬浮轴承支承的超稳超静转台，在底座(4)的外圆面上对称安装有驱动机构(10、11)。在驱动环(14)的外圆面上对称安装有驱动机构(12、13)。圆盘体(3)的圆周上设置有多个结构相同的径轴向磁轴承一体转子组件(2)，在磁悬浮转动平台(1)的外部圆周上对称分布着四个径轴向磁轴承一体定子组件(6、7、8、9)，在磁悬浮转动平台(1)的中心设置单轴转台驱动机构(5)。在通电条件下，径轴向磁轴承一体定子组件(6、7、8、9)先通电使径轴向磁轴承一体转子组件(2)悬浮，一方面再由单轴转台驱动机构(5)使径轴向磁轴承一体转子组件(2)转动，另一方面由驱动机构(10、11)驱动径轴向磁轴承一体转子组件(2)实现顺逆时针转动，第三方面由驱动机构(12、13)驱动驱动环(14)运动进而使径轴向磁轴承一体转子组件(2)实现顺逆时针转动，实现了完全悬浮转动。

Description

应用于半实物仿真平台的具有十五自由度的磁悬浮转台

技术领域

本发明涉及舰艇减遥陀螺中的多自由度转台，更特别地说，是指一种能够实现十五自由度的主动磁悬浮轴承支承的超稳超静转台，该转台应用于舰艇减遥陀螺的半实物仿真平台上。

背景技术

近年来，随着磁悬浮技术的进步，高速磁悬浮电机迅速发展，其具有转速高、功率密度高、小体积、响应快和可直接驱动负载等优点，广泛应用于高速磁悬浮鼓风机、磁悬浮超高真空分子泵、磁悬浮储能飞轮和磁悬浮力矩陀螺等高速旋转设备。磁轴承的承载能力是通过设计确定的，且受尺寸大小限制，如果实际载荷超过这一承载能力，或者磁轴承的支承因某种原因失效了，转子将不再处于悬浮状态而会与机械边界发生触碰。为了在这一跌落碰撞中避免造成转子上的叠片结构和磁轴承定子损坏，安装了保护轴承。保护轴承起着临时支撑转子和保护定子系统的作用。

磁悬浮技术具体是指磁悬浮轴承(或称磁轴承)技术，是利用电磁力将转子悬浮起来，以代替传统的机械轴承支撑。磁轴承可以克服机械轴承擦损耗大的缺点，运行过程中转子无任何机械接触，无摩擦、无润滑，提高了机械寿命。因此其转速可以非常高，通常在10000rpm～60000rpm之间。其几何尺寸远小于输出功率相同的常规旋转设备，有效地节约了材料，大幅度提高了设备的能量密度。磁悬浮技术使得直接驱动负载变成可能，无需增速机构，减小了系统体积，可实现零传动损耗运行，效率高，大大降低了运行噪声。

目前半实物仿真平台中常常应用三轴转台来提供被测对象的相对运动，三轴转台在接收到仿真机发来的模拟信息后，驱动转台的运动，由安装在转台上的光纤惯组获取飞行器运动的姿态信息。2013年4月第2期《中国电子科学研究院学报》出刊的“空间飞行器绕飞中控制系统的半实物仿真研究”中，指出三轴转台是检测和评价光纤惯组的主要设备，由机械台体和电气控制系统组成，有正弦摇摆、位置跟踪和速率跟踪等多种运行模式。转台安装的方位对准误差不大于1分，转台内框基准面与当地水平面的误差不大于1分；内、中和外框的运动范围受限制将直接影响光纤惯组获取飞行器运动的姿态信息的精度。

发明内容

为了解决传统半实物仿真平台中的转台运动范围受限制，影响被测对象运动姿态信息的精度，本发明设计了一种具有十五自由度的主动磁悬浮轴承支承的超稳超静转台。该磁悬浮转台具有三个独立的悬浮体系，借助磁悬浮轴承具有的高精度微动能力，能够实现三个坐标系下原点的高度重合。另一方面，还实现了三个坐标轴的高精度旋转、偏摆、俯仰、微动。

本发明的目的之二是用具有十五自由度的磁悬浮转台替换舰艇减遥陀螺中的多自由度转台；经振动测量，具有十五自由度的磁悬浮转台在采样时间里的振动参数只有+5微米至－5微米。这是因为传统多自由度转台中应用传统电机驱动，而传统电机的转速受限于机械轴承，本发明磁悬浮电机采用冗余驱动和磁轴承对称分布的设计方式，实现舰艇减遥陀螺在高速旋转条件下的基轴稳定。

本发明的具有十五自由度的主动磁悬浮轴承支承的超稳超静转台，在底座(4)的外圆面上对称安装有驱动机构(10、11)。在驱动环(14)的外圆面上对称安装有驱动机构(12、13)。圆盘体(3)的圆周上设置有多个结构相同的径轴向磁轴承一体转子组件(2)，在磁悬浮转动平台(1)的外部圆周上对称分布着四个径轴向磁轴承一体定子组件(6、7、8、9)，在磁悬浮转动平台(1)的中心设置单轴转台驱动机构(5)。在通电条件下，径轴向磁轴承一体定子组件(6、7、8、9)先通电使径轴向磁轴承一体转子组件(2)悬浮，一方面再由单轴转台驱动机构(5)使径轴向磁轴承一体转子组件(2)转动，另一方面由驱动机构(10、11)驱动径轴向磁轴承一体转子组件(2)实现顺逆时针转动，第三方面由驱动机构(12、13)驱动驱动环(14)运动进而使径轴向磁轴承一体转子组件(2)实现顺逆时针转动，实现了完全悬浮转动。

本发明设计的具有十五自由度的主动磁悬浮轴承支承的超稳超静转台，包括有第一驱动机构10、第二驱动机构11、第三驱动机构12、第四驱动机构13、A径轴向磁轴承一体定子组件6、B径轴向磁轴承一体定子组件7、C径轴向磁轴承一体定子组件8、D径轴向磁轴承一体定子组件9、径轴向磁轴承一体转子组件2、圆盘体3、底座4和单轴转台驱动机构5；圆盘体3与沿圆盘体3圆周分布有多个径轴向磁轴承一体转子组件2构成磁悬浮转动平台1。

第一驱动机构10、第二驱动机构11、第三驱动机构12和第四驱动机构13的结构相同。

A径轴向磁轴承一体定子组件6、B径轴向磁轴承一体定子组件7、C径轴向磁轴承一体定子组件8和D径轴向磁轴承一体定子组件9的结构相同。

本发明应用于半实物仿真平台的具有十五自由度的磁悬浮转台的优点在于：

①本发明具有十五自由度的磁悬浮转台中的径轴向磁轴承一体定子组件将径向磁轴承定子和轴向磁轴承定子集成为一体，成为一个模块，具有较强的互换性和通用性，可根据承重需求进行模块化组装和重构。

②本发明具有十五自由度的磁悬浮转台中的径轴向磁轴承一体转子组件将径向磁轴承转子和轴向磁轴承转子集成为一体，成为一个模块，可实现零部件的精密制造，进而实现转台的精密制造。

③本发明具有十五自由度的磁悬浮转台中的单轴转台驱动机构消除了减速箱的传动误差，物理上隔绝了驱动到负载的振动传递路径。

④本发明具有十五自由度的磁悬浮转台由于采用了磁悬浮轴承支承，无机械接触、无需润滑，消除了振动源的传播途径，可实现超稳超静旋转。

⑤本发明具有十五自由度的磁悬浮转台，由3轴驱动和15自由度悬浮，可实现半实物仿真中转台的旋转、偏摆、俯仰、微动等高精度位置和姿态的实现。

附图说明

图1是本发明的具有十五自由度的主动磁悬浮轴承支承的超稳超静转台的结构图。

图1A是本发明的具有十五自由度的主动磁悬浮轴承支承的超稳超静转台的分解图。

图1B是本发明未装配第三和第四驱动机构的具有十五自由度的主动磁悬浮轴承支承的超稳超静转台的结构图。

图1C是本发明未装配驱动环和四个驱动机构的具有十五自由度的主动磁悬浮轴承支承的超稳超静转台的结构图。

图1D是图1C的另一视角结构图。

图1E是图1C的剖面图。

图2是本发明中的径轴向磁轴承一体转子组件的结构图。

图2A是本发明中的径轴向磁轴承一体转子组件的分解图。

图3是本发明中的圆盘体的结构图。

图3A是本发明中的圆盘体的另一视角结构图。

图4是本发明中的底座的结构图。

图4A是本发明中的底座的另一视角结构图。

图5是本发明中的单轴转台驱动机构的结构图。

图5A是本发明中的单轴转台驱动机构的分解图。

图6是本发明中的A径轴向磁轴承一体定子组件的结构图。

图6A是本发明中的A径轴向磁轴承一体定子组件的另一视角结构图。

图6B是本发明中的A径轴向磁轴承一体定子组件的分解图。

图6C是本发明中的A径轴向磁轴承一体定子组件的FA轴向磁轴承定子结构图。

图6D是本发明中的A径轴向磁轴承一体定子组件的FB轴向磁轴承定子结构图。

图7是本发明中的B径轴向磁轴承一体定子组件的结构图。

图7A是本发明中的B径轴向磁轴承一体定子组件的另一视角结构图。

图7B是本发明中的B径轴向磁轴承一体定子组件的分解图。

图7C是本发明中的B径轴向磁轴承一体定子组件的GA轴向磁轴承定子结构图。

图7D是本发明中的B径轴向磁轴承一体定子组件的GB轴向磁轴承定子结构图。

图8是本发明中的C径轴向磁轴承一体定子组件的结构图。

图8A是本发明中的C径轴向磁轴承一体定子组件的另一视角结构图。

图8B是本发明中的C径轴向磁轴承一体定子组件的分解图。

图8C是本发明中的C径轴向磁轴承一体定子组件的HA轴向磁轴承定子结构图。

图8D是本发明中的C径轴向磁轴承一体定子组件的HB轴向磁轴承定子结构图。

图9是本发明中的D径轴向磁轴承一体定子组件的结构图。

图9A是本发明中的D径轴向磁轴承一体定子组件的另一视角结构图。

图9B是本发明中的D径轴向磁轴承一体定子组件的分解图。

图9C是本发明中的D径轴向磁轴承一体定子组件的IA轴向磁轴承定子结构图。

图9D是本发明中的D径轴向磁轴承一体定子组件的IB轴向磁轴承定子结构图。

图10是本发明中的第一驱动机构的剖面图。

图10A是本发明中的第一驱动机构的分解图。

图10B是本发明中的第一驱动机构的J轴向导磁环结构图。

图10C是本发明中的第一驱动机构的J轴向导磁环另一视角结构图。

图11是本发明的具有十五自由度的主动磁悬浮轴承支承的超稳超静转台的多自由度运动简示图。

图12是本发明设计的驱动机构的微振动性能图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1、图1A、图1B、图1C所示，本发明设计的具有十五自由度的主动磁悬浮轴承支承的超稳超静转台，包括有第一驱动机构10、第二驱动机构11、第三驱动机构12、第四驱动机构13、A径轴向磁轴承一体定子组件6、B径轴向磁轴承一体定子组件7、C径轴向磁轴承一体定子组件8、D径轴向磁轴承一体定子组件9、径轴向磁轴承一体转子组件2、圆盘体3、底座4和单轴转台驱动机构5；圆盘体3与沿圆盘体3圆周分布有多个径轴向磁轴承一体转子组件2构成磁悬浮转动平台1。

第一驱动机构10、第二驱动机构11、第三驱动机构12和第四驱动机构13的结构相同。

在本发明中，为了使结构相同的A径轴向磁轴承一体定子组件6、B径轴向磁轴承一体定子组件7、C径轴向磁轴承一体定子组件8和D径轴向磁轴承一体定子组件9沿磁悬浮转动平台1对称布局，故将A径轴向磁轴承一体定子组件6、B径轴向磁轴承一体定子组件7、C径轴向磁轴承一体定子组件8和D径轴向磁轴承一体定子组件9设计为弧形结构。

径轴向磁轴承一体转子组件2

参见图2、图2A所示，径轴向磁轴承一体转子组件2由转子支架2A、转子叠层2B、转子上压板2C和转子下压板2D构成。

转子支架2A的一侧设有BA支臂2A1与BB支臂2A2，BA支臂2A1与BB支臂2A2之间是BA凹槽2A3；转子支架2A的另一侧设有BC支臂2A4与BD支臂2A5，BC支臂2A4与BD支臂2A5之间是BB凹槽2A6。所述BA凹槽2A3用于放置圆盘体3的外缘面3B，且通过螺钉将BA支臂2A1与BB支臂2A2固定在圆盘体3上。所述BB凹槽2A6用于放置转子叠层2B。所述BC支臂2A4上用螺钉固定有转子上压板2C。所述BD支臂2A5上用螺钉固定有转子下压板2D。

在本发明中，沿圆盘体3圆周分布有多个径轴向磁轴承一体转子组件2。

圆盘体3

参见图3、图3A所示，圆盘体3为平整圆环盘结构，圆盘体3的中心设有中心通孔3A，所述中心通孔3A用于单轴转台驱动机构5的转轴5A的一端穿过。圆盘体3的边缘为外缘面3B，在外缘面3B上安装有多个圆周分布的径轴向磁轴承一体转子组件2。

在本发明中，圆盘体3与沿圆盘体3圆周分布有多个径轴向磁轴承一体转子组件2构成磁悬浮转动平台1。磁悬浮转动平台1经单轴转台驱动电机组件5驱动实现转动。

底座4

参见图4、图4A所示，底座4的中心设有DA通孔4A，DA通孔4A处的上方设有DA凸台4B，DA通孔4A处的下方设有DB凸台4E，DA通孔4A内设有DC凸台4F；底座4的上方设有沉头腔4C和外凸台4D，所述外凸台4D上均匀分布安装有四个磁悬浮轴承定子组件，即A径轴向磁轴承一体定子组件6、B径轴向磁轴承一体定子组件7、C径轴向磁轴承一体定子组件8、D径轴向磁轴承一体定子组件9。在安装有磁悬浮轴承定子组件处的底座4的外缘面4H上设有盲孔，即：

A径轴向磁轴承一体定子组件6处的底座4的外缘面4H上设有DA盲孔。DA盲孔用于安装第一驱动机构10的第一转轴10B的一端。

B径轴向磁轴承一体定子组件7处的底座4的外缘面4H上设有DB盲孔4G2。DB盲孔4G2用于安装第三驱动机构12的第三转轴12B的一端。

C径轴向磁轴承一体定子组件8处的底座4的外缘面4H上设有DC盲孔4G3。DC盲孔4G3用于安装第二驱动机构11的第二转轴11B的一端。

D径轴向磁轴承一体定子组件9处的底座4的外缘面4H上设有DD盲孔。DD盲孔用于安装第四驱动机构13的第四转轴13B的一端。

在本发明中，底座4设置在圆盘体3的下方。

单轴转台驱动机构5

参见图5、图5A所示，单轴转台驱动机构5包括有转轴5A、电机定子5B、EA线圈5C、转子挡环5E、护套5F和永磁体5G。

转轴5A上设有EA轴段5A1、EB轴段5A2、EC轴段5A3、轴肩5A4；EA轴段5A1与EB轴段5A2之间是轴肩5A4。

EA轴段5A1用于穿过圆盘体3的中心通孔3A，且与圆盘体3固定安装。

EB轴段5A2上用于放置EA线圈5C的上端。

EC轴段5A3上套接有永磁体5G，永磁体5G的外部套接有护套5F，永磁体5G与护套5F的上端顶紧在EB轴段5A2的下端面上，永磁体5G与护套5F的下端安装有转子挡环5E；护套5F的外部套接有电机定子5B。

电机定子5B的内部圆周上均匀分布有线圈骨架5D，相邻线圈骨架5D之间是线圈沟槽5D1，线圈沟槽5D1内放置有EA线圈5C。

电机定子5B固定安装在底座4的DA通孔4A中。

A径轴向磁轴承一体定子组件6

参见图6、图6A、图6B所示，A径轴向磁轴承一体定子组件6包括有FA磁轴承支架6A、FB磁轴承支架6B、FA径向探头支架6C、FB径向探头支架6D、A径向磁轴承定子线圈6E、A径向磁轴承定子6F、FA轴向磁轴承定子6G、FB轴向磁轴承定子6H、FA轴向磁轴承定子线圈6I、FB轴向磁轴承定子线圈6J、FA轴向探头6K、FB轴向探头6L、FC轴向探头6M、FD轴向探头6N、FA径向探头6O和FB径向探头6P。

参见图6B所示，FA磁轴承支架6A与FB磁轴承支架6B的结构相同。FA磁轴承支架6A上设有FA支臂6A1和FB支臂6A2。FB支臂6A2固定在FA径向探头支架6C的上端板面6C1上。FB磁轴承支架6B上设有FC支臂6B1和FD支臂6B2。FD支臂6B2固定在FB径向探头支架6D的下端板面上。

参见图6B所示，FA径向探头支架6C与FB径向探头支架6D的结构相同。FA径向探头支架6C的侧板面6C2上设有FA通孔6C4和FA开口凹槽6C3。FA径向探头支架6C的上端板面6C1与FA磁轴承支架6A的FB支臂6A2固定；FA径向探头支架6C的下端板面与FB径向探头支架6D的上端板面6D1固定。FA通孔6C4用于安装FB径向探头6P。FB径向探头支架6D的侧板面6D2上设有FB通孔6D4和FB开口凹槽6D3。FB径向探头支架6D的下端板面与FB磁轴承支架6B的FD支臂6B2固定。FB通孔6D4用于安装FA径向探头6O。FA开口凹槽6C3与FB开口凹槽6D3共形为一个矩形凹槽，所述矩形凹槽用于固定A径向磁轴承定子6F，A径向磁轴承定子6F上缠绕有A径向磁轴承定子线圈6E。

参见图6B、图6C、图6D所示，FA轴向磁轴承定子6G与FB轴向磁轴承定子6H的结构相同。FA轴向磁轴承定子6G的左右两端分别设有FC通孔6G1和FD通孔6G2；FA轴向磁轴承定子6G的一板面为平整板面；FA轴向磁轴承定子6G的另一板面上设有FA轴磁线圈骨架6G3和FA轴磁线圈凹槽6G4。FC通孔6G1用于安装FB轴向探头6L。FD通孔6G2用于安装FA轴向探头6K。FA轴磁线圈骨架6G3上缠绕有FA轴向磁轴承定子线圈6I，且FA轴向磁轴承定子线圈6I置于FA轴磁线圈凹槽6G4内。FB轴向磁轴承定子6H的左右两端分别设有FE通孔6H1和FF通孔6H2；FB轴向磁轴承定子6H的一板面为平整板面；FB轴向磁轴承定子6H的另一板面上设有FB轴磁线圈骨架6H3和FB轴磁线圈凹槽6H4。FE通孔6H1用于安装FD轴向探头6N。FF通孔6H2用于安装FC轴向探头6M。FB轴磁线圈骨架6H3上缠绕有FB轴向磁轴承定子线圈6J，且FB轴向磁轴承定子线圈6J置于FB轴磁线圈凹槽6H4内。

B径轴向磁轴承一体定子组件7

参见图7、图7A、图7B所示，B径轴向磁轴承一体定子组件7包括有GA轴承支架7A、GB轴承支架7B、GA径向探头支架7C、GB径向探头支架7D、B径向磁轴承定子线圈7E、B径向磁轴承定子7F、GA轴向磁轴承定子7G、GB轴向磁轴承定子7H、GA轴向磁轴承定子线圈7I、GB轴向磁轴承定子线圈7J、GA轴向探头7K、GB轴向探头7L、GC轴向探头7M、GD轴向探头7N、GA径向探头7O和GB径向探头7P。

参见图7B所示，GA轴承支架7A与GB轴承支架7B的结构相同。GA轴承支架7A上设有GA支臂7A1和GB支臂7A2。GB支臂7A2固定在GA径向探头支架7C的上端板面7C1上。GB轴承支架7B上设有GC支臂7B1和GD支臂7B2。GD支臂7B2固定在GB径向探头支架7D的下端板面上。

参见图7B所示，GA径向探头支架7C与GB径向探头支架7D的结构相同。GA径向探头支架7C的侧板面7C2上设有GA通孔7C4和GA开口凹槽7C3。GA径向探头支架7C的上端板面7C1与GA轴承支架7A的GB支臂7A2固定；GA径向探头支架7C的下端板面与GB径向探头支架7D的上端板面7D1固定。GA通孔7C4用于安装GB径向探头7P。GB径向探头支架7D的侧板面7D2上设有GB通孔7D4和GB开口凹槽7D3。GB径向探头支架7D的下端板面与GB轴承支架7B的GD支臂7B2固定。GB通孔7D4用于安装GA径向探头7O。GA开口凹槽7C3与GB开口凹槽7D3共形为一个矩形凹槽，所述矩形凹槽用于固定B径向磁轴承定子7F，B径向磁轴承定子7F上缠绕有B径向磁轴承定子线圈7E。

参见图7B、图7C、图7D所示，GA轴向磁轴承定子7G与GB轴向磁轴承定子7H的结构相同。GA轴向磁轴承定子7G的左右两端分别设有GC通孔7G1和GD通孔7G2；GA轴向磁轴承定子7G的一板面为平整板面；GA轴向磁轴承定子7G的另一板面上设有GA轴磁线圈骨架7G3和GA轴磁线圈凹槽7G4。GC通孔7G1用于安装GB轴向探头7L。GD通孔7G2用于安装GA轴向探头7K。GA轴磁线圈骨架7G3上缠绕有GA轴向磁轴承定子线圈7I，且GA轴向磁轴承定子线圈7I置于GA轴磁线圈凹槽7G4内。GB轴向磁轴承定子7H的左右两端分别设有GE通孔7H1和GF通孔7H2；GB轴向磁轴承定子7H的一板面为平整板面；GB轴向磁轴承定子7H的另一板面上设有GB轴磁线圈骨架7H3和GB轴磁线圈凹槽7H4。GE通孔7H1用于安装GD轴向探头7N。GF通孔7H2用于安装GC轴向探头7M。GB轴磁线圈骨架7H3上缠绕有GB轴向磁轴承定子线圈7J，且GB轴向磁轴承定子线圈7J置于GB轴磁线圈凹槽7H4内。

C径轴向磁轴承一体定子组件8

参见图8、图8A、图8B所示，C径轴向磁轴承一体定子组件8包括有HA轴承支架8A、HB轴承支架8B、HA径向探头支架8C、HB径向探头支架8D、C径向磁轴承定子线圈8E、C径向磁轴承定子8F、HA轴向磁轴承定子8G、HB轴向磁轴承定子8H、HA轴向磁轴承定子线圈8I、HB轴向磁轴承定子线圈8J、HA轴向探头8K、HB轴向探头8L、HC轴向探头8M、HD轴向探头8N、HA径向探头8O和HB径向探头8P。

参见图8B所示，HA轴承支架8A与HB轴承支架8B的结构相同。HA轴承支架8A上设有HA支臂8A1和HB支臂8A2。HB支臂8A2固定在HA径向探头支架8C的上端板面8C1上。HB轴承支架8B上设有HC支臂8B1和HD支臂8B2。HD支臂8B2固定在HB径向探头支架8D的下端板面上。

参见图8B所示，HA径向探头支架8C与HB径向探头支架8D的结构相同。HA径向探头支架8C的侧板面8C2上设有HA通孔8C4和HA开口凹槽8C3。HA径向探头支架8C的上端板面8C1与HA轴承支架8A的HB支臂8A2固定；HA径向探头支架8C的下端板面与HB径向探头支架8D的上端板面8D1固定。HA通孔8C4用于安装HB径向探头8P。HB径向探头支架8D的侧板面8D2上设有HB通孔8D4和HB开口凹槽8D3。HB径向探头支架8D的下端板面与HB轴承支架8B的HD支臂8B2固定。HB通孔8D4用于安装HA径向探头8O。HA开口凹槽8C3与HB开口凹槽8D3共形为一个矩形凹槽，所述矩形凹槽用于固定C径向磁轴承定子8F，C径向磁轴承定子8F上缠绕有C径向磁轴承定子线圈8E。

参见图8B、图8C、图8D所示，HA轴向磁轴承定子8G与HB轴向磁轴承定子8H的结构相同。HA轴向磁轴承定子8G的左右两端分别设有HC通孔8G1和HD通孔8G2；HA轴向磁轴承定子8G的一板面为平整板面；HA轴向磁轴承定子8G的另一板面上设有HA轴磁线圈骨架8G3和HA轴磁线圈凹槽8G4。HC通孔8G1用于安装HB轴向探头8L。HD通孔8G2用于安装HA轴向探头8K。HA轴磁线圈骨架8G3上缠绕有HA轴向磁轴承定子线圈8I，且HA轴向磁轴承定子线圈8I置于HA轴磁线圈凹槽8G4内。HB轴向磁轴承定子8H的左右两端分别设有HE通孔8H1和HF通孔8H2；HB轴向磁轴承定子8H的一板面为平整板面；HB轴向磁轴承定子8H的另一板面上设有HB轴磁线圈骨架8H3和HB轴磁线圈凹槽8H4。HE通孔8H1用于安装HD轴向探头8N。HF通孔8H2用于安装HC轴向探头8M。HB轴磁线圈骨架8H3上缠绕有HB轴向磁轴承定子线圈8J，且HB轴向磁轴承定子线圈8J置于HB轴磁线圈凹槽8H4内。

D径轴向磁轴承一体定子组件9

参见图9、图9A、图9B所示，D径轴向磁轴承一体定子组件9包括有IA轴承支架9A、IB轴承支架9B、IA径向探头支架9C、IB径向探头支架9D、D径向磁轴承定子线圈9E、D径向磁轴承定子9F、IA轴向磁轴承定子9G、IB轴向磁轴承定子9H、IA轴向磁轴承定子线圈9I、IB轴向磁轴承定子线圈9J、IA轴向探头9K、IB轴向探头9L、IC轴向探头9M、ID轴向探头9N、IA径向探头9O和IB径向探头9P。

参见图9B所示，IA轴承支架9A与IB轴承支架9B的结构相同。IA轴承支架9A上设有IA支臂9A1和IB支臂9A2。IB支臂9A2固定在IA径向探头支架9C的上端板面9C1上。IB轴承支架9B上设有IC支臂9B1和ID支臂9B2。ID支臂9B2固定在IB径向探头支架9D的下端板面上。

参见图9B所示，IA径向探头支架9C与IB径向探头支架9D的结构相同。IA径向探头支架9C的侧板面9C2上设有IA通孔9C4和IA开口凹槽9C3。IA径向探头支架9C的上端板面9C1与IA轴承支架9A的IB支臂9A2固定；IA径向探头支架9C的下端板面与IB径向探头支架9D的上端板面9D1固定。IA通孔9C4用于安装IB径向探头9P。IB径向探头支架9D的侧板面9D2上设有IB通孔9D4和IB开口凹槽9D3。IB径向探头支架9D的下端板面与IB轴承支架9B的ID支臂9B2固定。IB通孔9D4用于安装IA径向探头9O。IA开口凹槽9C3与IB开口凹槽9D3共形为一个矩形凹槽，所述矩形凹槽用于固定D径向磁轴承定子9F，D径向磁轴承定子9F上缠绕有D径向磁轴承定子线圈9E。

参见图9B、图9C、图9D所示，IA轴向磁轴承定子9G与IB轴向磁轴承定子9H的结构相同。IA轴向磁轴承定子9G的左右两端分别设有IC通孔9G1和ID通孔9G2；IA轴向磁轴承定子9G的一板面为平整板面；IA轴向磁轴承定子9G的另一板面上设有IA轴磁线圈骨架9G3和IA轴磁线圈凹槽9G4。IC通孔9G1用于安装IB轴向探头9L。ID通孔9G2用于安装IA轴向探头9K。IA轴磁线圈骨架9G3上缠绕有IA轴向磁轴承定子线圈9I，且IA轴向磁轴承定子线圈9I置于IA轴磁线圈凹槽9G4内。IB轴向磁轴承定子9H的左右两端分别设有IE通孔9H1和IF通孔9H2；IB轴向磁轴承定子9H的一板面为平整板面；IB轴向磁轴承定子9H的另一板面上设有IB轴磁线圈骨架9H3和IB轴磁线圈凹槽9H4。IE通孔9H1用于安装ID轴向探头9N。IF通孔9H2用于安装IC轴向探头9M。IB轴磁线圈骨架9H3上缠绕有IB轴向磁轴承定子线圈9J，且IB轴向磁轴承定子线圈9J置于IB轴磁线圈凹槽9H4内。

第一驱动机构10

参见图1、图1A、图10、图10A所示，第一驱动机构10包括有J机壳10A、第一转轴10B、第一转子永磁体10P、径向磁轴承转子10Q、J电机定子10C、J线圈10J、径向磁轴承定子10D、径向磁轴承线圈10M、J轴向导磁环10G、J导磁环线圈10K、J推力盘10H、J探头群10N、J探头支架10L、第一护套10S、J挡环10T。

参见图10B、图10C所示，J探头群10N包括有2个轴向探头(JA轴向探头10N1、JB轴向探头10N2)和4个径向探头(JA径向探头10N3、JB径向探头10N4、JC径向探头10N5、JD径向探头10N6)。J探头群10N中的探头分别安装在J探头支架10L上。参见图10，J探头支架10L的轴向对称设有2个通孔，一个通孔内安装有JA轴向探头10N1，另一个通孔内安装有JB轴向探头10N2。在J探头支架10L的径向均匀设有4个通孔，第一个通孔用于安装JA径向探头10N3，第二个通孔用于安装JB径向探头10N4，第三个通孔用于安装JC径向探头10N5，第四个通孔用于安装JD径向探头10N6。J探头群10N用于探测第一转轴10B运动后的位置。

参见图10B、图10C所示，J轴向导磁环10G的轴向设有一凹槽，凹槽内安装有J导磁环线圈10K。

参见图10、图10A所示，J电机定子10C的内部圆周上均匀分布有JA线圈骨架10C1，相邻JA线圈骨架10C1之间是JA线圈沟槽10C2，JA线圈沟槽10C2内放置有J线圈10J。

参见图10、图10A所示，径向磁轴承定子10D的内部圆周上均匀分布有JB线圈骨架10D1，相邻JB线圈骨架10D1之间是JB线圈沟槽10D2，JB线圈沟槽10D2内放置有径向磁轴承线圈10M。

参见图10、图10A所示，第一转轴10B从一端至另一端顺次是连接段10B1、轴肩10B4、短轴段10B2和长轴段10B3。第一转轴10B的连接段10B1安装在底座4的DA盲孔中。第一转轴10B的短轴段10B2上套接有J推力盘10H、J探头支架10L(J探头支架10L的外圆面上套接有J轴向导磁环10G)。

第一转轴10B的长轴段10B3上从一端至另一端顺次套接有径向磁轴承转子10Q、JC隔套10R、第一转子永磁体10P(第一转子永磁体10P的外圆面上套接有第一护套10S)、J挡环10T。

J轴向导磁环10G与径向磁轴承定子10D之间是JB隔套10F，径向磁轴承定子10D与J电机定子10C之间是JA隔套10E。

第一转子永磁体10P与J电机定子10C之间是第一护套10S。

J探头支架10L与J机壳10A之间是J轴向导磁环10G。

参见图10所示，J轴向导磁环10G、JB隔套10F、径向磁轴承定子10D、JA隔套10E和J电机定子10C的外剖是J机壳10A。

参见图1、图11所示，第一驱动机构10的第一转轴10B初始定义为逆时针运动。

第二驱动机构11

参见图1、图1A所示，第二驱动机构11与第一驱动机构10是对称安装在底座4上的。第二驱动机构11的第二转轴11B的连接段安装在底座4的DC盲孔4G3中。在工作状态下，第二驱动机构11与第一驱动机构10是保持同时运动的。

参见图1、图11所示，第二驱动机构11的第二转轴11B初始定义为逆时针运动。

第三驱动机构12

参见图1、图1A所示，第三驱动机构12与第四驱动机构13是对称安装在驱动环14上的。第三驱动机构12的第三转轴12B的连接段安装在驱动环14的NA通孔14A中。

参见图1、图11所示，第三驱动机构12的第三转轴12B初始定义为逆时针运动。

第四驱动机构13

参见图1、图1A所示，第四驱动机构13与第三驱动机构12是对称安装在驱动环14上的。第四驱动机构13的第四转轴13B的连接段安装在驱动环14的NB通孔14B中。在工作状态下，第四驱动机构13与第三驱动机构12是保持同时运动的。

参见图1、图11所示，第四驱动机构13的第四转轴13B初始定义为逆时针运动。

驱动环14

参见图1、图1A所示，驱动环14上设有NA通孔14A、NB通孔14B、第一套筒15和第二套筒16。第一套筒15内安装有第一驱动机构10。第二套筒16内安装有第二驱动机构11。NA通孔14A用于固定安装第三驱动机构12的第三转轴12B。NB通孔14B用于固定安装第四驱动机构13的第四转轴13B。在本发明中，驱动环14用于实现径向悬浮运动、以及在径向悬浮后完成俯仰、偏摆运动。

十五自由度说明

参见图11所示的本发明设计的具有十五自由度的主动磁悬浮轴承支承的超稳超静转台的自由度简示图中，将磁悬浮转动平台1的坐标系记为O-XYZ，底座4的坐标系记为O_底座-X_底座Y_底座Z_底座，驱动环14的坐标系记为O_环-X_环Y_环Z_环。

第一自由度，A径向磁轴承定子6F和C径向磁轴承定子8F共同支承磁悬浮转动平台1，实现在坐标系O-XYZ的沿Y轴水平方向的悬浮运动。

第二自由度，B径向磁轴承定子7F和D径向磁轴承定子9F共同支承磁悬浮转动平台1，实现在坐标系O-XYZ的沿X轴水平方向的悬浮运动。

第三自由度，FA轴向磁轴承定子6G、FB轴向磁轴承定子6H、GA轴向磁轴承定子7G、GB轴向磁轴承定子7H、HA轴向磁轴承定子8G、HB轴向磁轴承定子8H、IA轴向磁轴承定子9G、IB轴向磁轴承定子9H共同支承磁悬浮转动平台1，实现在坐标系O-XYZ的沿Z轴竖直方向的悬浮运动。

第四自由度，FA轴向磁轴承定子6G、FB轴向磁轴承定子6H、HA轴向磁轴承定子8G、HB轴向磁轴承定子8H共同支承磁悬浮转动平台1，实现在坐标系O-XYZ的绕Z轴的俯仰悬浮运动。

第五自由度，GA轴向磁轴承定子7G、GB轴向磁轴承定子7H、IA轴向磁轴承定子9G、IB轴向磁轴承定子9H共同支承磁悬浮转动平台1，实现在坐标系O-XYZ的绕Z轴的偏摆悬浮运动。

第六自由度，J轴向导磁环10G和K轴向导磁环11G共同支承底座4，实现在坐标系O_底座-X_底座Y_底座Z_底座的沿Z_底座轴的轴向悬浮运动。

第七自由度，J径向磁轴承定子10D和K径向磁轴承定子11D的同向磁极，能够实现在坐标系O_底座-X_底座Y_底座Z_底座的沿X_底座轴方向的径向悬浮运动。

第八自由度，J径向磁轴承定子10D和K径向磁轴承定子11D的同向磁极，能够实现在坐标系O_底座-X_底座Y_底座Z_底座的沿Y_底座轴方向的径向悬浮运动。

第九自由度，J径向磁轴承定子10D和K径向磁轴承定子11D的异向磁极，能够实现在坐标系O_底座-X_底座Y_底座Z_底座的绕Z_底座轴的俯仰悬浮运动。

第十自由度，J径向磁轴承定子10D和K径向磁轴承定子11D的异向磁极，能够实现在坐标系O_底座-X_底座Y_底座Z_底座的绕Z_底座轴的偏摆悬浮运动。

第十一自由度，L轴向导磁环12G和M轴向导磁环13G共同支承底座4，实现在坐标系O_环-X_环Y_环Z_环的沿Z_环轴的轴向悬浮运动。

第十二自由度，L径向磁轴承定子12D和M径向磁轴承定子13D的同向磁极，能够实现在坐标系O_环-X_环Y_环Z_环的沿X_环轴方向的径向悬浮运动。

第十三自由度，L径向磁轴承定子12D和M径向磁轴承定子13D的同向磁极，能够实现在坐标系O_环-X_环Y_环Z_环的沿Y_环轴方向的径向悬浮运动。

第十四自由度，L径向磁轴承定子12D和M径向磁轴承定子13D的异向磁极，能够实现在坐标系O_环-X_环Y_环Z_环的绕Z_环轴的俯仰悬浮运动。

第十五自由度，L径向磁轴承定子12D和M径向磁轴承定子13D的异向磁极，能够实现在坐标系O_环-X_环Y_环Z_环的绕Z_环轴的偏摆悬浮运动。

参见图12所示，将本发明设计的具有十五自由度的主动磁悬浮轴承支承的超稳超静转台安装在舰艇减遥陀螺中，并替换下舰艇减遥陀螺中传统的多自由度转台，然后用测振仪测量，发现本发明的转台在采样时间里的振动参数只有+5微米至－5微米。这是因为传统多自由度转台中应用传统电机驱动，而传统电机的转速受限于机械轴承，本发明磁悬浮电机采用冗余驱动和磁轴承对称分布的设计方式，实现舰艇减遥陀螺在高速旋转条件下的基轴稳定。

本发明在底座4的外圆面上对称安装有驱动机构(10、11)。在驱动环14的外圆面上对称安装有驱动机构(12、13)。圆盘体3的圆周上设置有多个结构相同的径轴向磁轴承一体转子组件2，在磁悬浮转动平台1的外部圆周上对称分布着四个径轴向磁轴承一体定子组件(6、7、8、9)，在磁悬浮转动平台1的中心设置单轴转台驱动机构5。在通电条件下，径轴向磁轴承一体定子组件(6、7、8、9)先通电使径轴向磁轴承一体转子组件2悬浮，一方面再由单轴转台驱动机构5使径轴向磁轴承一体转子组件2转动，另一方面由驱动机构(10、11)驱动径轴向磁轴承一体转子组件2实现顺逆时针转动，第三方面由驱动机构(12、13)驱动驱动环14运动进而使径轴向磁轴承一体转子组件2实现顺逆时针转动，实现了完全悬浮转动。

Claims (2)

1.一种应用于半实物仿真平台的具有十五自由度的磁悬浮转台，半实物仿真平台为舰艇减遥陀螺中的多自由度转台；所述多自由度转台是检测和评价光纤惯组的主要设备，由机械台体和电气控制系统组成，有正弦摇摆、位置跟踪和速率跟踪的运行模式；其特征在于：用具有十五自由度的磁悬浮转台替换舰艇减遥陀螺中的多自由度转台；经振动测量，具有十五自由度的磁悬浮转台在采样时间里的振动参数只有+5微米至－5微米；

具有十五自由度的磁悬浮转台包括有第一驱动机构(10)、第二驱动机构(11)、第三驱动机构(12)、第四驱动机构(13)、A径轴向磁轴承一体定子组件(6)、B径轴向磁轴承一体定子组件(7)、C径轴向磁轴承一体定子组件(8)、D径轴向磁轴承一体定子组件(9)、径轴向磁轴承一体转子组件(2)、圆盘体(3)、底座(4)和单轴转台驱动机构(5)；圆盘体(3)与沿圆盘体(3)圆周分布有多个径轴向磁轴承一体转子组件(2)构成磁悬浮转动平台(1)；

第一驱动机构(10)、第二驱动机构(11)、第三驱动机构(12)和第四驱动机构(13)的结构相同；

A径轴向磁轴承一体定子组件(6)、B径轴向磁轴承一体定子组件(7)、C径轴向磁轴承一体定子组件(8)和D径轴向磁轴承一体定子组件(9)的结构相同；

径轴向磁轴承一体转子组件(2)由转子支架(2A)、转子叠层(2B)、转子上压板(2C)和转子下压板(2D)构成；

转子支架(2A)的一侧设有BA支臂(2A1)与BB支臂(2A2)，BA支臂(2A1)与BB支臂(2A2)之间是BA凹槽(2A3)；转子支架(2A)的另一侧设有BC支臂(2A4)与BD支臂(2A5)，BC支臂(2A4)与BD支臂(2A5)之间是BB凹槽(2A6)；所述BA凹槽(2A3)用于放置圆盘体(3)的外缘面(3B)，且通过螺钉将BA支臂(2A1)与BB支臂(2A2)固定在圆盘体(3)上；所述BB凹槽(2A6)用于放置转子叠层(2B)；所述BC支臂(2A4)上用螺钉固定有转子上压板(2C)；所述BD支臂(2A5)上用螺钉固定有转子下压板(2D)；

沿圆盘体(3)圆周分布有多个径轴向磁轴承一体转子组件(2)；

圆盘体(3)为平整圆环盘结构，圆盘体(3)的中心设有中心通孔(3A)，所述中心通孔(3A)用于单轴转台驱动机构(5)的转轴(5A)的一端穿过；圆盘体(3)的边缘为外缘面(3B)，在外缘面(3B)上安装有多个圆周分布的径轴向磁轴承一体转子组件(2)；

圆盘体(3)与沿圆盘体(3)圆周分布有多个径轴向磁轴承一体转子组件(2)构成磁悬浮转动平台(1)；磁悬浮转动平台(1)经单轴转台驱动机构(5)驱动实现转动；

底座(4)的中心设有DA通孔(4A)，DA通孔(4A)处的上方设有DA凸台(4B)，DA通孔(4A)处的下方设有DB凸台(4E)，DA通孔(4A)内设有DC凸台(4F)；底座(4)的上方设有沉头腔(4C)和外凸台(4D)，所述外凸台(4D)上均匀分布安装有四个磁悬浮轴承定子组件，即A径轴向磁轴承一体定子组件(6)、B径轴向磁轴承一体定子组件(7)、C径轴向磁轴承一体定子组件(8)、D径轴向磁轴承一体定子组件(9)；在安装有磁悬浮轴承定子组件处的底座(4)的外缘面(4H)上设有盲孔，即：

A径轴向磁轴承一体定子组件(6)处的底座(4)的外缘面(4H)上设有DA盲孔；DA盲孔用于安装第一驱动机构(10)的第一转轴(10B)的一端；

B径轴向磁轴承一体定子组件(7)处的底座(4)的外缘面(4H)上设有DB盲孔(4G2)；DB盲孔(4G2)用于安装第三驱动机构(12)的第三转轴(12B)的一端；

C径轴向磁轴承一体定子组件(8)处的底座(4)的外缘面(4H)上设有DC盲孔(4G3)；DC盲孔(4G3)用于安装第二驱动机构(11)的第二转轴(11B)的一端；

D径轴向磁轴承一体定子组件(9)处的底座(4)的外缘面(4H)上设有DD盲孔；DD盲孔用于安装第四驱动机构(13)的第四转轴(13B)的一端；

底座(4)设置在圆盘体(3)的下方；

单轴转台驱动机构(5)包括有转轴(5A)、电机定子(5B)、EA线圈(5C)、转子挡环(5E)、护套(5F)和永磁体(5G)；

转轴(5A)上设有EA轴段(5A1)、EB轴段(5A2)、EC轴段(5A3)、轴肩(5A4)；EA轴段(5A1)与EB轴段(5A2)之间是轴肩(5A4)；

EA轴段(5A1)用于穿过圆盘体(3)的中心通孔(3A)，且与圆盘体(3)固定安装；

EB轴段(5A2)上用于放置EA线圈(5C)的上端；

EC轴段(5A3)上套接有永磁体(5G)，永磁体(5G)的外部套接有护套(5F)，永磁体(5G)与护套(5F)的上端顶紧在EB轴段(5A2)的下端面上，永磁体(5G)与护套(5F)的下端安装有转子挡环(5E)；护套(5F)的外部套接有电机定子(5B)；

电机定子(5B)的内部圆周上均匀分布有线圈骨架(5D)，相邻线圈骨架(5D)之间是线圈沟槽(5D1)，线圈沟槽(5D1)内放置有EA线圈(5C)；

电机定子(5B)固定安装在底座(4)的DA通孔(4A)中；

A径轴向磁轴承一体定子组件(6)包括有FA磁轴承支架(6A)、FB磁轴承支架(6B)、FA径向探头支架(6C)、FB径向探头支架(6D)、A径向磁轴承定子线圈(6E)、A径向磁轴承定子(6F)、FA轴向磁轴承定子(6G)、FB轴向磁轴承定子(6H)、FA轴向磁轴承定子线圈(6I)、FB轴向磁轴承定子线圈(6J)、FA轴向探头(6K)、FB轴向探头(6L)、FC轴向探头(6M)、FD轴向探头(6N)、FA径向探头(6O)和FB径向探头(6P)；

FA磁轴承支架(6A)与FB磁轴承支架(6B)的结构相同；FA磁轴承支架(6A)上设有FA支臂(6A1)和FB支臂(6A2)；FB支臂(6A2)固定在FA径向探头支架(6C)的上端板面(6C1)上；FB磁轴承支架(6B)上设有FC支臂(6B1)和FD支臂(6B2)；FD支臂(6B2)固定在FB径向探头支架(6D)的下端板面上；

FA径向探头支架(6C)与FB径向探头支架(6D)的结构相同；FA径向探头支架(6C)的侧板面(6C2)上设有FA通孔(6C4)和FA开口凹槽(6C3)；FA径向探头支架(6C)的上端板面(6C1)与FA磁轴承支架(6A)的FB支臂(6A2)固定；FA径向探头支架(6C)的下端板面与FB径向探头支架(6D)的上端板面(6D1)固定；FA通孔(6C4)用于安装FB径向探头(6P)；FB径向探头支架(6D)的侧板面(6D2)上设有FB通孔(6D4)和FB开口凹槽(6D3)；FB径向探头支架(6D)的下端板面与FB磁轴承支架(6B)的FD支臂(6B2)固定；FB通孔(6D4)用于安装FA径向探头(6O)；FA开口凹槽(6C3)与FB开口凹槽(6D3)共形为一个矩形凹槽，所述矩形凹槽用于固定A径向磁轴承定子(6F)，A径向磁轴承定子(6F)上缠绕有A径向磁轴承定子线圈(6E)；

FA轴向磁轴承定子(6G)与FB轴向磁轴承定子(6H)的结构相同；FA轴向磁轴承定子(6G)的左右两端分别设有FC通孔(6G1)和FD通孔(6G2)；FA轴向磁轴承定子(6G)的一板面为平整板面；FA轴向磁轴承定子(6G)的另一板面上设有FA轴磁线圈骨架(6G3)和FA轴磁线圈凹槽(6G4)；FC通孔(6G1)用于安装FB轴向探头(6L)；FD通孔(6G2)用于安装FA轴向探头(6K)；FA轴磁线圈骨架(6G3)上缠绕有FA轴向磁轴承定子线圈(6I)，且FA轴向磁轴承定子线圈(6I)置于FA轴磁线圈凹槽(6G4)内；FB轴向磁轴承定子(6H)的左右两端分别设有FE通孔(6H1)和FF通孔(6H2)；FB轴向磁轴承定子(6H)的一板面为平整板面；FB轴向磁轴承定子(6H)的另一板面上设有FB轴磁线圈骨架(6H3)和FB轴磁线圈凹槽(6H4)；FE通孔(6H1)用于安装FD轴向探头6N；FF通孔(6H2)用于安装FC轴向探头(6M)；FB轴磁线圈骨架(6H3)上缠绕有FB轴向磁轴承定子线圈(6J)，且FB轴向磁轴承定子线圈(6J)置于FB轴磁线圈凹槽(6H4)内；

B径轴向磁轴承一体定子组件(7)包括有GA轴承支架(7A)、GB轴承支架(7B)、GA径向探头支架(7C)、GB径向探头支架(7D)、B径向磁轴承定子线圈(7E)、B径向磁轴承定子(7F)、GA轴向磁轴承定子(7G)、GB轴向磁轴承定子(7H)、GA轴向磁轴承定子线圈(7I)、GB轴向磁轴承定子线圈(7J)、GA轴向探头(7K)、GB轴向探头(7L)、GC轴向探头(7M)、GD轴向探头(7N)、GA径向探头(7O)和GB径向探头(7P)；

GA轴承支架(7A)与GB轴承支架(7B)的结构相同；GA轴承支架(7A)上设有GA支臂(7A1)和GB支臂(7A2)；GB支臂(7A2)固定在GA径向探头支架(7C)的上端板面(7C1)上；GB轴承支架(7B)上设有GC支臂(7B1)和GD支臂(7B2)；GD支臂(7B2)固定在GB径向探头支架(7D)的下端板面上；

GA径向探头支架(7C)与GB径向探头支架(7D)的结构相同；GA径向探头支架(7C)的侧板面(7C2)上设有GA通孔(7C4)和GA开口凹槽(7C3)；GA径向探头支架(7C)的上端板面(7C1)与GA轴承支架(7A)的GB支臂(7A2)固定；GA径向探头支架(7C)的下端板面与GB径向探头支架(7D)的上端板面(7D1)固定；GA通孔(7C4)用于安装GB径向探头(7P)；GB径向探头支架(7D)的侧板面(7D2)上设有GB通孔(7D4)和GB开口凹槽(7D3)；GB径向探头支架(7D)的下端板面与GB轴承支架(7B)的GD支臂(7B2)固定；GB通孔(7D4)用于安装GA径向探头(7O)；GA开口凹槽(7C3)与GB开口凹槽(7D3)共形为一个矩形凹槽，所述矩形凹槽用于固定B径向磁轴承定子(7F)，B径向磁轴承定子(7F)上缠绕有B径向磁轴承定子线圈(7E)；

GA轴向磁轴承定子(7G)与GB轴向磁轴承定子(7H)的结构相同；GA轴向磁轴承定子(7G)的左右两端分别设有GC通孔(7G1)和GD通孔(7G2)；GA轴向磁轴承定子(7G)的一板面为平整板面；GA轴向磁轴承定子(7G)的另一板面上设有GA轴磁线圈骨架(7G3)和GA轴磁线圈凹槽(7G4)；GC通孔(7G1)用于安装GB轴向探头(7L)；GD通孔(7G2)用于安装GA轴向探头(7K)；GA轴磁线圈骨架(7G3)上缠绕有GA轴向磁轴承定子线圈(7I)，且GA轴向磁轴承定子线圈(7I)置于GA轴磁线圈凹槽(7G4)内；GB轴向磁轴承定子(7H)的左右两端分别设有GE通孔(7H1)和GF通孔(7H2)；GB轴向磁轴承定子(7H)的一板面为平整板面；GB轴向磁轴承定子(7H)的另一板面上设有GB轴磁线圈骨架(7H3)和GB轴磁线圈凹槽(7H4)；GE通孔(7H1)用于安装GD轴向探头(7N)；GF通孔(7H2)用于安装GC轴向探头(7M)；GB轴磁线圈骨架(7H3)上缠绕有GB轴向磁轴承定子线圈(7J)，且GB轴向磁轴承定子线圈(7J)置于GB轴磁线圈凹槽(7H4)内；

C径轴向磁轴承一体定子组件(8)包括有HA轴承支架(8A)、HB轴承支架(8B)、HA径向探头支架(8C)、HB径向探头支架(8D)、C径向磁轴承定子线圈(8E)、C径向磁轴承定子(8F)、HA轴向磁轴承定子(8G)、HB轴向磁轴承定子(8H)、HA轴向磁轴承定子线圈(8I)、HB轴向磁轴承定子线圈(8J)、HA轴向探头(8K)、HB轴向探头(8L)、HC轴向探头(8M)、HD轴向探头(8N)、HA径向探头(8O)和HB径向探头(8P)；

HA轴承支架(8A)与HB轴承支架(8B)的结构相同；HA轴承支架(8A)上设有HA支臂(8A1)和HB支臂(8A2)；HB支臂(8A2)固定在HA径向探头支架(8C)的上端板面(8C1)上；HB轴承支架(8B)上设有HC支臂(8B1)和HD支臂(8B2)；HD支臂(8B2)固定在HB径向探头支架(8D)的下端板面上；

HA径向探头支架(8C)与HB径向探头支架(8D)的结构相同；HA径向探头支架(8C)的侧板面(8C2)上设有HA通孔(8C4)和HA开口凹槽(8C3)；HA径向探头支架(8C)的上端板面(8C1)与HA轴承支架(8A)的HB支臂(8A2)固定；HA径向探头支架8C的下端板面与HB径向探头支架8D的上端板面8D1固定；HA通孔(8C4)用于安装HB径向探头(8P)；HB径向探头支架(8D)的侧板面(8D2)上设有HB通孔(8D4)和HB开口凹槽(8D3)；HB径向探头支架(8D)的下端板面与HB轴承支架(8B)的HD支臂(8B2)固定；HB通孔(8D4)用于安装HA径向探头(8O)；HA开口凹槽(8C3)与HB开口凹槽(8D3)共形为一个矩形凹槽，所述矩形凹槽用于固定C径向磁轴承定子(8F)，C径向磁轴承定子(8F)上缠绕有C径向磁轴承定子线圈(8E)；

HA轴向磁轴承定子(8G)与HB轴向磁轴承定子(8H)的结构相同；HA轴向磁轴承定子(8G)的左右两端分别设有HC通孔(8G1)和HD通孔(8G2)；HA轴向磁轴承定子(8G)的一板面为平整板面；HA轴向磁轴承定子(8G)的另一板面上设有HA轴磁线圈骨架(8G3)和HA轴磁线圈凹槽(8G4)；HC通孔(8G1)用于安装HB轴向探头(8L)；HD通孔(8G2)用于安装HA轴向探头(8K)；HA轴磁线圈骨架(8G3)上缠绕有HA轴向磁轴承定子线圈(8I)，且HA轴向磁轴承定子线圈(8I)置于HA轴磁线圈凹槽(8G4)内；HB轴向磁轴承定子(8H)的左右两端分别设有HE通孔(8H1)和HF通孔(8H2)；HB轴向磁轴承定子(8H)的一板面为平整板面；HB轴向磁轴承定子(8H)的另一板面上设有HB轴磁线圈骨架(8H3)和HB轴磁线圈凹槽(8H4)；HE通孔(8H1)用于安装HD轴向探头(8N)；HF通孔(8H2)用于安装HC轴向探头(8M)；HB轴磁线圈骨架(8H3)上缠绕有HB轴向磁轴承定子线圈(8J)，且HB轴向磁轴承定子线圈(8J)置于HB轴磁线圈凹槽(8H4)内；

D径轴向磁轴承一体定子组件(9)包括有IA轴承支架(9A)、IB轴承支架(9B)、IA径向探头支架(9C)、IB径向探头支架(9D)、D径向磁轴承定子线圈(9E)、D径向磁轴承定子(9F)、IA轴向磁轴承定子(9G)、IB轴向磁轴承定子(9H)、IA轴向磁轴承定子线圈(9I)、IB轴向磁轴承定子线圈(9J)、IA轴向探头(9K)、IB轴向探头(9L)、IC轴向探头(9M)、ID轴向探头(9N)、IA径向探头(9O)和IB径向探头(9P)；

IA轴承支架(9A)与IB轴承支架(9B)的结构相同；IA轴承支架(9A)上设有IA支臂(9A1)和IB支臂(9A2)；IB支臂(9A2)固定在IA径向探头支架(9C)的上端板面(9C1)上；IB轴承支架(9B)上设有IC支臂(9B1)和ID支臂(9B2)；ID支臂(9B2)固定在IB径向探头支架(9D)的下端板面上；

IA径向探头支架(9C)与IB径向探头支架(9D)的结构相同；IA径向探头支架(9C)的侧板面(9C2)上设有IA通孔(9C4)和IA开口凹槽(9C3)；IA径向探头支架(9C)的上端板面(9C1)与IA轴承支架(9A)的IB支臂(9A2)固定；IA径向探头支架(9C)的下端板面与IB径向探头支架(9D)的上端板面(9D1)固定；IA通孔(9C4)用于安装IB径向探头(9P)；IB径向探头支架(9D)的侧板面(9D2)上设有IB通孔(9D4)和IB开口凹槽(9D3)；IB径向探头支架(9D)的下端板面与IB轴承支架(9B)的ID支臂(9B2)固定；IB通孔(9D4)用于安装IA径向探头(9O)；IA开口凹槽(9C3)与IB开口凹槽(9D3)共形为一个矩形凹槽，所述矩形凹槽用于固定D径向磁轴承定子(9F)，D径向磁轴承定子(9F)上缠绕有D径向磁轴承定子线圈(9E)；

IA轴向磁轴承定子(9G)与IB轴向磁轴承定子(9H)的结构相同；IA轴向磁轴承定子(9G)的左右两端分别设有IC通孔(9G1)和ID通孔(9G2)；IA轴向磁轴承定子(9G)的一板面为平整板面；IA轴向磁轴承定子(9G)的另一板面上设有IA轴磁线圈骨架(9G3)和IA轴磁线圈凹槽(9G4)；IC通孔(9G1)用于安装IB轴向探头(9L)；ID通孔(9G2)用于安装IA轴向探头(9K)；IA轴磁线圈骨架(9G3)上缠绕有IA轴向磁轴承定子线圈(9I)，且IA轴向磁轴承定子线圈(9I)置于IA轴磁线圈凹槽(9G4)内；IB轴向磁轴承定子(9H)的左右两端分别设有IE通孔(9H1)和IF通孔(9H2)；IB轴向磁轴承定子(9H)的一板面为平整板面；IB轴向磁轴承定子(9H)的另一板面上设有IB轴磁线圈骨架(9H3)和IB轴磁线圈凹槽(9H4)；IE通孔(9H1)用于安装ID轴向探头(9N)；IF通孔(9H2)用于安装IC轴向探头(9M)；IB轴磁线圈骨架(9H3)上缠绕有IB轴向磁轴承定子线圈(9J)，且IB轴向磁轴承定子线圈(9J)置于IB轴磁线圈凹槽(9H4)内；

第一驱动机构(10)包括有J机壳(10A)、第一转轴(10B)、第一转子永磁体(10P)、径向磁轴承转子(10Q)、J电机定子(10C)、J线圈(10J)、径向磁轴承定子(10D)、径向磁轴承线圈(10M)、J轴向导磁环(10G)、J导磁环线圈(10K)、J推力盘(10H)、J探头群(10N)、J探头支架(10L)、第一护套(10S)、J挡环(10T)；

J探头群(10N)包括有2个轴向探头和4个径向探头，所述2个轴向探头是指JA轴向探头(10N1)、JB轴向探头(10N2)，所述4个径向探头是指JA径向探头(10N3)、JB径向探头(10N4)、JC径向探头(10N5)、JD径向探头(10N6)；J探头群(10N)中的探头分别安装在J探头支架(10L)上；J探头支架(10L)的轴向对称设有2个通孔，一个通孔内安装有JA轴向探头(10N1)，另一个通孔内安装有JB轴向探头(10N2)；在J探头支架(10L)的径向均匀设有4个通孔，第一个通孔用于安装JA径向探头(10N3)，第二个通孔用于安装JB径向探头(10N4)，第三个通孔用于安装JC径向探头(10N5)，第四个通孔用于安装JD径向探头(10N6)；J探头群(10N)用于探测第一转轴(10B)运动后的位置；

J轴向导磁环(10G)的轴向设有一凹槽，凹槽内安装有J导磁环线圈(10K)；

J电机定子(10C)的内部圆周上均匀分布有JA线圈骨架(10C1)，相邻JA线圈骨架(10C1)之间是JA线圈沟槽(10C2)，JA线圈沟槽(10C2)内放置有J线圈(10J)；

径向磁轴承定子(10D)的内部圆周上均匀分布有JB线圈骨架(10D1)，相邻JB线圈骨架(10D1)之间是JB线圈沟槽(10D2)，JB线圈沟槽(10D2)内放置有径向磁轴承线圈(10M)；

第一转轴(10B)从一端至另一端顺次是连接段(10B1)、轴肩(10B4)、短轴段(10B2)和长轴段(10B3)；第一转轴(10B)的连接段(10B1)安装在底座(4)的DA盲孔中；第一转轴(10B)的短轴段(10B2)上套接有J推力盘(10H)、J探头支架(10L)，J探头支架(10L)的外圆面上套接有J轴向导磁环(10G)；

第一转轴(10B)的长轴段(10B3)上从一端至另一端顺次套接有径向磁轴承转子(10Q)、JC隔套(10R)、第一转子永磁体(10P)，第一转子永磁体(10P)的外圆面上套接有第一护套(10S)、J挡环(10T)；

J轴向导磁环(10G)与径向磁轴承定子(10D)之间是JB隔套(10F)，径向磁轴承定子(10D)与J电机定子(10C)之间是JA隔套(10E)；

第一转子永磁体(10P)与J电机定子(10C)之间是第一护套(10S)；

J探头支架(10L)与J机壳(10A)之间是J轴向导磁环(10G)；

J轴向导磁环(10G)、JB隔套(10F)、径向磁轴承定子(10D)、JA隔套(10E)和J电机定子(10C)的外剖是J机壳(10A)；

第一驱动机构(10)的第一转轴(10B)定义为逆时针运动；

第二驱动机构(11)与第一驱动机构(10)是对称安装在底座(4)上的；第二驱动机构(11)的第二转轴(11B)的连接段安装在底座(4)的DC盲孔(4G3)中；

第二驱动机构(11)的第二转轴(11B)定义为顺时针运动；

第三驱动机构(12)与第四驱动机构(13)是对称安装在驱动环(14)上的；第三驱动机构(12)的第三转轴(12B)的连接段安装在驱动环(14)的NA通孔(14A)中；

第二驱动机构(11)的第二转轴(11B)定义为顺时针运动；

第四驱动机构(13)与第三驱动机构(12)是对称安装在驱动环(14)上的；第四驱动机构(13)的第四转轴(13B)的连接段安装在驱动环(14)的NB通孔(14B)中；

第二驱动机构(11)的第二转轴(11B)定义为顺时针运动；

驱动环(14)上设有NA通孔(14A)、NB通孔(14B)、第一套筒(15)和第二套筒(16)；

第一套筒(15)内安装有第一驱动机构(10)；

第二套筒(16)内安装有第二驱动机构(11)；

NA通孔(14A)用于固定安装第三驱动机构(12)的第三转轴(12B)；

NB通孔(14B)用于固定安装第四驱动机构(13)的第四转轴(13B)；

将磁悬浮转动平台(1)的坐标系记为O-XYZ，底座(4)的坐标系记为O_底座-X_底座Y_底座Z_底座，驱动环(14)的坐标系记为O_环-X_环Y_环Z_环，通过三个坐标系来描述这十五个自由度：

第一自由度，A径向磁轴承定子(6F)和C径向磁轴承定子(8F)共同支承磁悬浮转动平台(1)，实现在坐标系O-XYZ的沿Y轴水平方向的悬浮运动；

第二自由度，B径向磁轴承定子(7F)和D径向磁轴承定子(9F)共同支承磁悬浮转动平台(1)，实现在坐标系O-XYZ的沿X轴水平方向的悬浮运动；

第三自由度，FA轴向磁轴承定子(6G)、FB轴向磁轴承定子(6H)、GA轴向磁轴承定子(7G)、GB轴向磁轴承定子(7H)、HA轴向磁轴承定子(8G)、HB轴向磁轴承定子(8H)、IA轴向磁轴承定子(9G)、IB轴向磁轴承定子(9H)共同支承磁悬浮转动平台(1)，实现在坐标系O-XYZ的沿Z轴竖直方向的悬浮运动；

第四自由度，FA轴向磁轴承定子(6G)、FB轴向磁轴承定子(6H)、HA轴向磁轴承定子(8G)、HB轴向磁轴承定子(8H)共同支承磁悬浮转动平台(1)，实现在坐标系O-XYZ的绕Z轴的俯仰悬浮运动；

第五自由度，GA轴向磁轴承定子(7G)、GB轴向磁轴承定子(7H)、IA轴向磁轴承定子(9G)、IB轴向磁轴承定子(9H)共同支承磁悬浮转动平台(1)，实现在坐标系O-XYZ的绕Z轴的偏摆悬浮运动；

第六自由度，J轴向导磁环(10G)和K轴向导磁环(11G)共同支承底座(4)，实现在坐标系O_底座-X_底座Y_底座Z_底座的沿Z_底座轴的轴向悬浮运动；

第七自由度，J径向磁轴承定子(10D)和K径向磁轴承定子(11D)的同向磁极，能够实现在坐标系O_底座-X_底座Y_底座Z_底座的沿X_底座轴方向的径向悬浮运动；

第八自由度，J径向磁轴承定子(10D)和K径向磁轴承定子(11D)的同向磁极，能够实现在坐标系O_底座-X_底座Y_底座Z_底座的沿Y_底座轴方向的径向悬浮运动；

第九自由度，J径向磁轴承定子(10D)和K径向磁轴承定子(11D)的异向磁极，能够实现在坐标系O_底座-X_底座Y_底座Z_底座的绕Z_底座轴的俯仰悬浮运动；

第十自由度，J径向磁轴承定子(10D)和K径向磁轴承定子(11D)的异向磁极，能够实现在坐标系O_底座-X_底座Y_底座Z_底座的绕Z_底座轴的偏摆悬浮运动；

第十一自由度，L轴向导磁环(12G)和M轴向导磁环(13G)共同支承底座(4)，实现在坐标系O_环-X_环Y_环Z_环的沿Z_环轴的轴向悬浮运动；

第十二自由度，L径向磁轴承定子(12D)和M径向磁轴承定子(13D)的同向磁极，能够实现在坐标系O_环-X_环Y_环Z_环的沿X_环轴方向的径向悬浮运动；

第十三自由度，L径向磁轴承定子(12D)和M径向磁轴承定子(13D)的同向磁极，能够实现在坐标系O_环-X_环Y_环Z_环的沿Y_环轴方向的径向悬浮运动；

第十四自由度，L径向磁轴承定子(12D)和M径向磁轴承定子(13D)的异向磁极，能够实现在坐标系O_环-X_环Y_环Z_环的绕Z_环轴的俯仰悬浮运动；

第十五自由度，L径向磁轴承定子(12D)和M径向磁轴承定子(13D)的异向磁极，能够实现在坐标系O_环-X_环Y_环Z_环的绕Z_环轴的偏摆悬浮运动。

2.根据权利要求1所述的应用于半实物仿真平台的具有十五自由度的磁悬浮转台，其特征在于：为了使结构相同的A径轴向磁轴承一体定子组件(6)、B径轴向磁轴承一体定子组件(7)、C径轴向磁轴承一体定子组件(8)和D径轴向磁轴承一体定子组件(9)沿磁悬浮转动平台(1)对称布局，故将A径轴向磁轴承一体定子组件(6)、B径轴向磁轴承一体定子组件(7)、C径轴向磁轴承一体定子组件(8)和D径轴向磁轴承一体定子组件(9)设计为弧形结构。