[實(shí)用新型]采用徑向和軸向磁力軸承的基于力控制磁懸浮系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220213144.1
• 申請(qǐng)日: 2012-05-12
• 公開（公告）號(hào): CN202550931U
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋方臻;馮會(huì)民;吳長(zhǎng)忠;宋波;鄧良;門秀花
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N15/00
• 分類號(hào): H02N15/00
• 代理公司: 濟(jì)南誠(chéng)智商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司 37105
• 代理人: 王汝銀

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種采用徑向磁力軸承和軸向磁力軸承的基于力控制磁懸浮系統(tǒng)，屬于磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，在磁懸浮控制系統(tǒng)中主要通過(guò)控制轉(zhuǎn)子偏離其平衡位置的位移量，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子無(wú)接觸狀態(tài)下的穩(wěn)定懸浮，這種控制系統(tǒng)稱之為基于位移控制的磁懸浮系統(tǒng)。它的主要原理是通過(guò)傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的位移后，控制器將檢測(cè)到的位移量變換成控制信號(hào)，然后功率放大器將這一控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制電流，控制電流在執(zhí)行電磁鐵中產(chǎn)生磁力從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子返回到原來(lái)的平衡位置，維持其穩(wěn)定懸浮位置不變。

目前基于位移控制的磁懸浮系統(tǒng)在各類高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。它具有無(wú)直接接觸摩擦、無(wú)需潤(rùn)滑和密封以及可以主動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，由于沒有機(jī)械摩擦和磨損，所以降低了工作能耗和噪聲，延長(zhǎng)了軸承的使用壽命；動(dòng)力損耗小，更適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)合；由于不需要潤(rùn)滑系統(tǒng)，所以無(wú)污染，可應(yīng)用于真空超凈，腐蝕性介質(zhì)以及極端溫度和壓力等特殊工作環(huán)境。

然而，隨著精密轉(zhuǎn)子朝著高速度、高精度、自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)基于位移控制的磁懸浮系統(tǒng)的性能已經(jīng)不能滿足高速精密轉(zhuǎn)子的需求，因?yàn)榛谖灰瓶刂频拇艖腋∠到y(tǒng)具有如下缺點(diǎn)：第一，基于位移控制的磁懸浮系統(tǒng)本質(zhì)是不穩(wěn)定系統(tǒng)，必須采取控制措施保證系統(tǒng)穩(wěn)定，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度大；第二，基于位移控制的磁懸浮系統(tǒng)在發(fā)生掉電時(shí)，轉(zhuǎn)子的突然墜落對(duì)轉(zhuǎn)子和磁力軸承產(chǎn)生很大的沖擊，會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子和磁力軸承帶來(lái)致命的傷害。為了避免對(duì)磁懸浮系統(tǒng)造成傷害，必須提供附加保護(hù)軸承和掉電保護(hù)裝置，系統(tǒng)復(fù)雜、成本高；第三，基于位移控制的磁懸浮系統(tǒng)的位移傳感器不能直接安裝在磁力軸承位置上，因而不能直接測(cè)得磁力軸承處的位移，這不僅導(dǎo)致各傳感器信號(hào)之間的相互耦合，降低控制精度，而且，機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)也變得很復(fù)雜；第四，基于位移控制的磁懸浮系統(tǒng)的位移傳感器測(cè)量精度受制于轉(zhuǎn)軸表面的加工精度和轉(zhuǎn)軸的撓度；第五，由于基于位移控制的磁懸浮系統(tǒng)的磁力軸承的承載力僅由磁力軸承提供，因此很難獲得很高的承載能力，也難于實(shí)現(xiàn)高剛度；第六，基于位移控制的磁懸浮系統(tǒng)在磁懸浮轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮之前，需要提供較大的起浮力用來(lái)克服重力，也就是需要給電磁鐵提供較大的起浮電流，才能使轉(zhuǎn)子達(dá)到穩(wěn)定的懸浮位置，因此對(duì)控制系統(tǒng)要求較高。

由于基于位移控制的磁懸浮系統(tǒng)具有上述缺點(diǎn)，這在很大程度上限制了高速精密轉(zhuǎn)子的發(fā)展，因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型為了克服以上技術(shù)的不足，針對(duì)現(xiàn)有磁懸浮控制系統(tǒng)中存在的性能與設(shè)計(jì)方面的不足，旨在提供一種采用徑向和軸向磁力軸承的基于力控制磁懸浮系統(tǒng)，該系統(tǒng)測(cè)量精度高，能夠保證控制精度，承載能力強(qiáng)，剛度高。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：采用徑向和軸向磁力軸承的基于力控制磁懸浮系統(tǒng)，其特征是，包括機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)，所述機(jī)械裝置包括電機(jī)、聯(lián)軸器、測(cè)力軸承、兩個(gè)徑向磁力軸承、轉(zhuǎn)子和軸向磁力軸承，所述控制系統(tǒng)包括電壓放大器、控制器和功率放大器；所述電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)子一端連接，所述轉(zhuǎn)子的兩端分別設(shè)置有測(cè)力軸承，所述兩個(gè)徑向磁力軸承設(shè)置在兩個(gè)測(cè)力軸承之間且分別與之對(duì)應(yīng)，所述軸向磁力軸承對(duì)應(yīng)設(shè)置在兩個(gè)徑向磁力軸承之間；所述電壓放大器的輸入端與測(cè)力軸承連接，輸出端與控制器的輸入端連接，所述控制器的輸出端與功率放大器的輸入端連接，所述功率放大器的輸出端分別與徑向磁力軸承和軸向磁力軸承連接。

所述徑向磁力軸承采用差動(dòng)方式連接。

所述軸向磁力軸承采用差動(dòng)方式連接，包括兩個(gè)軸向定子和推力盤，所述推力盤固定在轉(zhuǎn)子上，所述兩個(gè)軸向定子設(shè)置在推力盤兩側(cè)。

所述測(cè)力軸承用以測(cè)量轉(zhuǎn)子作用在測(cè)力軸承上的徑向力和軸向力。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作靈活，性能穩(wěn)定，控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；轉(zhuǎn)子與測(cè)力軸承處于準(zhǔn)懸浮狀態(tài)，減摩能力可與位移控制磁懸浮軸承媲美，減摩降阻性能可與位移控制磁懸浮軸承媲美，同樣具有少無(wú)摩擦，能耗低的優(yōu)點(diǎn)；可以直接測(cè)力，不受軸加工表面的精度和軸的撓度的影響，測(cè)量精度高，能夠保證控制精度；只需控制電流，無(wú)需偏置電流，電源簡(jiǎn)單，成本低；可以取消輔助軸承，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，本身就具有掉電時(shí)的自我保護(hù)作用；測(cè)力軸承不僅具有測(cè)力功能，而且還起到支撐轉(zhuǎn)子的軸承的作用，承載能力強(qiáng)、剛度高。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的控制原理框圖；

圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1電機(jī)，2聯(lián)軸器，3測(cè)力軸承，4徑向磁力軸承，5轉(zhuǎn)子，6軸向定子，7推力盤。