[發(fā)明專利]反向差動驅(qū)動的磁力軸承

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910060606.3
• 申請日: 2009-01-20
• 公開（公告）號: CN101476593A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王曉光;胡業(yè)發(fā);吳華春
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 王守仁

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及軸承領(lǐng)域，特別是涉及一種反向差動驅(qū)動的磁力軸承和將反向差動驅(qū)動方式用于磁力軸承。

背景技術(shù)

磁力軸承是利用電磁力將轉(zhuǎn)子懸浮于空間、使轉(zhuǎn)子和定子之間實(shí)現(xiàn)無接觸支承的一種新型高性能軸承。磁力軸承與普通軸承相比，磁力軸承主要有高轉(zhuǎn)速、無接觸、無潤滑、可對轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行控制等優(yōu)點(diǎn)。

控制系統(tǒng)是磁力軸承系統(tǒng)中很重要的一環(huán)，控制系統(tǒng)的好壞直接影響到整個系統(tǒng)的性能，包括穩(wěn)定性、動剛度、抗干擾能力等。在常規(guī)的磁力軸承應(yīng)用系統(tǒng)中，磁力軸承一般采用差動激磁驅(qū)動。所謂的差動激磁驅(qū)動就是磁力軸承在某一個受約束的自由度方向上有兩個作用力方向相反的磁鐵同時工作。這樣布局使得磁力軸承在該自由度方向上既能產(chǎn)生正向力，又能產(chǎn)生反向力。

常規(guī)差動驅(qū)動控制的磁力軸承，其工作原理是：如圖1中所示為磁力軸承轉(zhuǎn)子受外力作用，偏離平衡位置向y軸負(fù)方向移動，磁力軸承的上面一個磁鐵以偏置電流i₀與控制電流i_y之和(i₀+i_y)激磁，磁力軸承的下面一個磁鐵以偏置電流i₀與控制電流i_y之差(i₀-i_y)激磁。磁力軸承在y軸方向上的電磁力變化克服磁懸浮轉(zhuǎn)子所受的外力，將其拉回到平衡位置。

常規(guī)磁力軸承定子中電磁鐵具有感性負(fù)載的特性，在同樣的激磁條件下，電感越大其電磁力也越大，但電感越大其電磁力的變化率越小。而磁力軸承的工作條件要求磁力軸承既有大的電磁力、又有快的電磁力變化率。

常規(guī)差動驅(qū)動控制的磁力軸承，主要由定子、轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器、功率放大器等組成。其主要的缺陷是：磁力軸承的電磁力變化較慢，磁力軸承的動態(tài)特性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對常規(guī)差動驅(qū)動控制的磁力軸承存在的缺陷，提供一種反向差動驅(qū)動的磁力軸承，以一種能更好地滿足磁力軸承工作條件的驅(qū)動控制方法，改進(jìn)磁力軸承的動態(tài)特性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了以下兩種反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承：

第一種反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承，包括定子、轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器、功率放大器。在該磁力軸承約束的自由度方向上兩個位置相對的電磁鐵中，分別纏繞一組大匝數(shù)線圈和一組小匝數(shù)線圈，同一電磁鐵中的大匝數(shù)線圈和小匝數(shù)線圈纏繞方向相反；大匝數(shù)線圈分別與相對方向電磁鐵上的小匝數(shù)線圈串聯(lián)，并且以同一功率放大器驅(qū)動；兩個相對的電磁鐵以大小相等方向相反的控制電流激磁。

第二種反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承，包括定子、轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器、功率放大器。在該磁力軸承約束的自由度方向上兩個位置相對的電磁鐵中，分別纏繞一組大匝數(shù)線圈和一組小匝數(shù)線圈，同一電磁鐵中的大匝數(shù)線圈和小匝數(shù)線圈纏繞方向相反；兩個位置相對的電磁鐵中的大匝數(shù)線圈分別以兩個功率放大器驅(qū)動，兩個位置相對的電磁鐵中的小匝數(shù)線圈分別以兩個功率放大器驅(qū)動；兩個相對的電磁鐵的大匝數(shù)線圈以大小相等方向相反的控制電流激磁，兩個相對的電磁鐵的小匝數(shù)線圈分別以與大匝數(shù)線圈控制電流方向相反、大小任意的控制電流激磁。

本發(fā)明與常規(guī)差動驅(qū)動的磁力軸承相比，主要有以下的顯著效果：反向差動驅(qū)動的磁力軸承在工作時，電磁力可以更迅速地變化，提高了磁力軸承的動態(tài)特性。反向差動驅(qū)動的磁力軸承在超調(diào)量、調(diào)整時間、穩(wěn)態(tài)誤差等方面均優(yōu)于常規(guī)差動驅(qū)動的磁力軸承。

附圖說明

圖1為常規(guī)差動驅(qū)動控制的磁力軸承原理圖。

圖2為單功率放大器反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承原理圖。

圖3為雙功率放大器反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承原理圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出了一種全新的用于主動磁力軸承的反向差動驅(qū)動方式。其主要特點(diǎn)是：1.定子由多對電磁鐵組成，最常見為兩對，在每個電磁鐵中增加反向差動線圈；2.采用反向差動控制方法來驅(qū)動磁力軸承；3.具有反向差動線圈的磁力軸承，既可以采用單功率放大器也可以雙功率放大器來驅(qū)動。本發(fā)明提供了以下兩種反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承。