[實用新型]采用徑向磁力軸承的基于力控制磁懸浮系統

有效

• 申請號: 201220217601.4
• 申請日: 2012-05-12
• 公開（公告）號: CN202550934U
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 宋方臻;馮會民;宋波;吳長忠;鄧良;門秀花
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: H02N15/00
• 分類號: H02N15/00
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 王汝銀

技術領域

本實用新型涉及一種采用徑向磁力軸承的基于力控制磁懸浮系統，屬于磁懸浮技術領域。

背景技術

目前，在磁懸浮控制系統中主要通過控制轉子偏離其平衡位置的位移量，實現轉子無接觸狀態下的穩定懸浮，這種控制系統稱之為基于位移控制的磁懸浮系統。它的主要原理是通過傳感器檢測出轉子偏離參考點的位移后，控制器將檢測到的位移量變換成控制信號，然后功率放大器將這一控制信號轉換成控制電流，控制電流在執行電磁鐵中產生磁力從而驅動轉子返回到原來的平衡位置，維持其穩定懸浮位置不變。

目前基于位移控制的磁懸浮系統在各類高速旋轉機械中得到越來越廣泛的應用。它具有無直接接觸摩擦、無需潤滑和密封以及可以主動控制等優點，由于沒有機械摩擦和磨損，所以降低了工作能耗和噪聲，延長了軸承的使用壽命；動力損耗小，更適用于高速運轉場合；由于不需要潤滑系統，所以無污染，可應用于真空超凈，腐蝕性介質以及極端溫度和壓力等特殊工作環境。

然而，隨著精密轉子朝著高速度、高精度、自動化和智能化的方向發展，傳統基于位移控制的磁懸浮系統的性能已經不能滿足高速精密轉子的需求，因為基于位移控制的磁懸浮系統具有如下缺點：第一，基于位移控制的磁懸浮系統本質是不穩定系統，必須采取控制措施保證系統穩定，控制系統設計難度大；第二，基于位移控制的磁懸浮系統在發生掉電時，轉子的突然墜落對轉子和磁力軸承產生很大的沖擊，會對轉子和磁力軸承帶來致命的傷害。為了避免對磁懸浮系統造成傷害，必須提供附加保護軸承和掉電保護裝置，系統復雜、成本高；第三，基于位移控制的磁懸浮系統的位移傳感器不能直接安裝在磁力軸承位置上，因而不能直接測得磁力軸承處的位移，這不僅導致各傳感器信號之間的相互耦合，降低控制精度，而且，機械結構和控制系統也變得很復雜；第四，基于位移控制的磁懸浮系統的位移傳感器測量精度受制于轉軸表面的加工精度和轉軸的撓度；第五，由于基于位移控制的磁懸浮系統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，也難于實現高剛度；第六，基于位移控制的磁懸浮系統在磁懸浮轉子穩定懸浮之前，需要提供較大的起浮力用來克服重力，也就是需要給電磁鐵提供較大的起浮電流，才能使轉子達到穩定的懸浮位置，因此對控制系統要求較高。

由于基于位移控制的磁懸浮系統具有上述缺點，這在很大程度上限制了高速精密轉子的發展，因此，現有技術還有待于改進和發展。

實用新型內容

本實用新型為了克服以上技術的不足，針對現有磁懸浮控制系統中存在的性能與設計方面的不足，旨在提供一種采用徑向磁力軸承的基于力控制磁懸浮系統，該系統測量精度高，能夠保證控制精度，承載能力強，剛度高。

本實用新型解決其技術問題所采取的技術方案是：采用徑向磁力軸承的基于力控制磁懸浮系統，其特征是，包括機械裝置和控制系統，所述機械裝置包括電機、聯軸器、測力軸承、兩個徑向磁力軸承和轉子，所述控制系統包括電壓放大器、控制器和功率放大器；所述電機通過聯軸器與轉子一端連接，所述轉子的兩端分別設置有測力軸承，所述兩個徑向磁力軸承設置在兩個測力軸承之間且分別與之對應；所述電壓放大器的輸入端與測力軸承連接，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與徑向磁力軸承連接。

所述徑向磁力軸承4采用差動方式連接。

所述測力軸承用以測量轉子作用在測力軸承上的徑向力。

與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：該系統結構簡單，操作靈活，性能穩定，控制器設計簡單；轉子與測力軸承處于準懸浮狀態，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，同樣具有少無摩擦，能耗低的優點；可以直接測力，不受軸加工表面的精度和軸的撓度的影響，測量精度高，能夠保證控制精度；只需控制電流，無需偏置電流，電源簡單，成本低；可以取消輔助軸承，結構簡化，本身就具有掉電時的自我保護作用；測力軸承不僅具有測力功能，而且還起到支撐轉子的軸承的作用，承載能力強、剛度高。

附圖說明

圖1為本實用新型的控制原理框圖；

圖2為本實用新型的結構示意圖；

圖中：1主軸電機，2聯軸器，3測力軸承，4徑向磁力軸承，5轉子。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步的描述：