[發明專利]恒流源偏置磁懸浮軸承

無效

• 申請號: 200710190144.8
• 申請日: 2007-11-19
• 公開（公告）號: CN101311571A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發明（設計）人: 徐龍祥;張艷花;金超武
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于一種磁懸浮軸承，特別是一種利用恒流源來提供偏置磁場的主動磁懸浮軸承。

背景技術

磁懸浮軸承是利用磁場力將轉軸懸浮在空中并無機械摩擦無需潤滑地高速旋轉的一種新型高性能軸承，它由轉子和定子組成，轉子的旋轉由變頻電機驅動，其位置由傳感器檢測，位置偏移信號經控制器和功率放大器(簡稱為功放)后轉變為電流信號反饋給定子電磁鐵，改變電磁吸力，從而使轉子保持在平衡位置附近。由于磁懸浮軸承具有一系列的優良品質，它從根本上改變了傳統的支承形式，在航空航天、能源交通、機械工程、機器人等高新技術領域具有廣泛的應用前景。

按照磁力的提供方式，磁懸浮軸承可分為混合磁懸浮軸承(永磁偏置磁懸浮軸承)、有源磁懸浮軸承(主動磁懸浮軸承)和無源磁懸浮軸承(被動磁懸浮軸承)。永磁偏置磁懸浮軸承由于采用永磁鐵產生靜態偏置磁場，由電磁鐵來產生控制磁場，結構中只有控制繞組，在差動控制下一個自由度上的控制繞組需要一個功放來提供控制電流，五個自由度需要五個功放，對于航空、航天等功耗要求較高的場合有很好的應用前景。但不足之處是結構復雜和偏置磁場不可控。

主動磁懸浮軸承其機械結構不含永磁鐵，偏置磁場和控制磁場都是由電磁鐵產生的，偏置電流產生偏置磁場，控制電流產生控制磁場，故而其結構簡單，可控性好。傳統的主動磁懸浮軸承，其繞組是電流疊加式的，即同一個繞組中既有偏置電流又有控制電流，這樣，一個自由度上的兩組繞組需要兩個功放來分別提供不同的電流，五個自由度就需要十個功放。相比永磁偏置磁懸浮軸承，其五個自由度上需要的功放個數增加了一倍，功耗也相應增加。

恒流源偏置磁懸浮軸承是結合傳統的主動磁懸浮軸承磁場可控和永磁偏置磁懸浮軸承功耗低的特點提出的一種新型的主動磁懸浮軸承。它由一個獨立可控的功放來提供偏置磁場，取代了永磁偏置磁懸浮軸承中的永磁鐵，而它的控制繞組和永磁偏置磁懸浮軸承相同，差動控制下一個自由度上由一個功放來提供控制電流。

發明內容

本發明的目的在于提供一種功耗低且接線簡單的主動磁懸浮軸承。

本發明的目的可以通過以下措施來達到：

一種恒流源偏置磁懸浮軸承，包括轉子和定子，其特征在于：在每個定子磁極上套裝兩套獨立的匝數相同的繞組，一套為偏置繞組，另一套為控制繞組，八個定子磁極上的偏置繞組依次串聯，使得磁極極性按照S極、N極、N極、S極、S極、N極、N極、S極分布，將偏置繞組的輸入端和輸出端連接至恒流源功放電路，產生偏置磁場；定子磁極的單自由度上的控制繞組用串聯或者并聯方式連接起來，將控制繞組的輸入端和輸出端連接至控制系統功放電路，產生控制磁場，使得在轉子兩側磁極的極性相反。五個自由度上的控制繞組就需要五個功放。這樣五自由度的磁懸浮軸承一共就需要六個功放。

其次，一個自由度上的兩組控制繞組即四個接頭通過串聯或者并聯的接線方式連接，最終只有一個輸入接頭，一個輸出接頭，那么五個自由度的控制繞組一共有十個接頭，而五個自由度的偏置繞組即十個接頭通過串連的方式連接起來，最終一個輸入接頭，一個輸出接頭，則整個電路中共有十二個接頭。

本發明的積極效果是：

本發明減少了功放的個數，降低了功耗和簡化了磁懸浮軸承的接線。

附圖說明

圖1為本發明的原理圖；

圖2為本發明的徑向磁懸浮軸承定子硅鋼疊片剖面圖；

圖3為本發明徑向磁懸浮軸承磁通分布圖；

圖4為本發明的偏置繞組的接線示意圖；

圖5為本發明的控制繞組接線示意圖；其中圖(a)為控制繞組串聯方式接線；圖(b)為控制繞組并聯方式接線。

圖2中：1轉子，2線圈骨架，3磁極，4偏置繞組，5控制繞組，6連接壓板的孔；

圖3中：實線為偏置繞組產生的磁通方向，虛線為控制繞組產生的磁通方向；

圖5中：7根據y方向控制信號產生的控制電流，8根據x方向控制信號產生的控制電流。

具體實施方式

傳統的主動磁懸浮軸承，其線圈的繞制是電流疊加式，即偏置磁場和控制磁場是由偏置電流和控制電流在同一個繞組中疊加后產生的，而恒流源偏置磁懸浮軸承，其線圈的繞制是磁場疊加式，即偏置電流和控制電流分別通過不同的繞組，產生的偏置磁場和控制磁場疊加在一起。