專利名稱：五自由度磁懸浮單片dlp色輪驅動系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數字光處理技術領域的單片DLP(Digital Light Procession，即數字光處理)色輪驅動系統，具體是一種五自由度磁懸浮單片DLP色輪驅動系統。
背景技術：
色輪是單片DLP投影機中獨有的重要設備，它的作用就是將光源產生的白光分解為RGB三原色，提供給成像器件用于圖像顯示輸出。作為單片DLP投影機中唯一的高速旋轉設備，色輪對支承軸承的承受轉速、精確性和穩(wěn)定性都有著極高的要求。傳統的機械軸承由于定子與轉子之間存在機械接觸，在轉速較高時存在著高能耗、高噪音的缺點，并且需要潤滑和冷卻。而投影機由于高壓汞燈或氙燈光源的存在，本身就是一個巨大熱源，支承軸承的工作環(huán)境相當惡劣，投影機設計生產時必須完善軸承的冷卻、維護、更換等條件，增加了單片DLP投影機小型化的難度。磁軸承技術的基本原理是利用定子鐵心與轉子鐵心之間的磁場力來實現轉軸的無接觸支承。由于定、轉子之間沒有機械接觸，磁軸承能承受的轉速上限極高，只受制于轉子材料本身剛性限制，在相同軸頸下，磁軸承能承受的轉速比滾珠軸承大約高5倍，比流體動壓滑動軸承高2. 5倍；磁軸承功耗低，實驗表明同等負載條件下，磁軸承的功耗是流體動壓滑動軸承功耗的109Γ20% ；磁軸承精度高，其動態(tài)和靜態(tài)性能均能實時可控，其回轉精度可以達到0. 1 μ m或更高；磁軸承適用工況范圍廣，對于極端高溫和低溫都有良好的適應性。由于磁軸承的以上特點，如果能夠將磁軸承應用于單片DLP投影機的色輪驅動， 則具有普通軸承不可比擬的優(yōu)勢，值得進一步技術開發(fā)。根據懸浮力是否可控，磁軸承可分為被動型和主動型兩種類型。被動型磁軸承主要利用磁性材料之間固有的斥力或吸力(如永磁材料之間，永磁材料與軟磁材料之間)來實現轉軸的懸浮，其結構簡單，功率損耗少。主動型磁軸承主要是通過主動控制定、轉子之間的磁場力來實現轉軸的穩(wěn)定懸浮，具有剛度大、懸浮精度高的優(yōu)點。根據Earnshaw的理論，單純采用被動型磁軸承是無法實現轉子五個自由度的全部懸浮，因此若要實現色輪轉子的五自由度懸浮，則所采用的支承系統同中必須有主動型磁軸承的存在，但是，若在多個自由度采用主動型磁軸承，則會增加控制系統的規(guī)模，導致磁軸承系統的使用和運行成本較高。因此如何設計出一種結構簡單的利用磁懸浮技術的色輪驅動系統成為一大難點。

發(fā)明內容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種五自由度磁懸浮單片DLP色輪驅動系統。為了解決上述技術問題，本發(fā)明公開了一種五自由度磁懸浮單片DLP色輪驅動系統，包括色輪和穿過色輪的主軸，位于色輪的一側主軸上還依次設置有被動型徑向磁軸承A轉子、驅動電機轉子、被動型徑向磁軸承B轉子、主動型軸向磁軸承定子B以及主動型軸向磁軸承轉子，所述主動型軸向磁軸承轉子的另一側設置有主動型軸向磁軸承定子A ； 所述被動型徑向磁軸承A轉子外圈設置有被動型徑向磁軸承A定子； 所述驅動電機轉子外圈設有驅動電機定子；
所述被動型徑向磁軸承B轉子外圈設置有被動型徑向磁軸承B定子。本發(fā)明中，所述被動型徑向磁軸承A轉子外端面與被動型徑向磁軸承A定子內端面之間留有氣隙。本發(fā)明中，所述驅動電機轉子外端面與驅動電機定子內端面之間留有氣隙。本發(fā)明中，所述被動型徑向磁軸承B轉子外端面與被動型徑向磁軸承B定子內端面之間留有氣隙。本發(fā)明中，所述主動型軸向磁軸承轉子兩側面與主動型軸向磁軸承定子A和主動型軸向磁軸承定子B之間留有氣隙。本發(fā)明中，所述氣隙的寬度在0.3 1. 5mm之間，上述氣隙的作用主要是作為磁場能量存儲的介質?；谏鲜鼋Y構，本發(fā)明的磁懸浮風力發(fā)電機具有以下優(yōu)點本發(fā)明利用兩個被動型徑向磁軸承實現轉子在四個徑向自由度上的懸浮，利用一個主動型軸向磁軸承實現轉子在軸向自由度的懸浮，不但實現了轉子的全懸浮，減少了維護成本、摩擦損耗，而且簡化了磁軸承系統的結構，降低了磁軸承系統的能量損耗。相對于傳統的單片DLP色輪驅動系統， 本發(fā)明具有噪音小、系統結構簡單以及使用與運行成本低等眾多優(yōu)點，具有廣闊的市場應用前景。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做更進一步的具體說明，本發(fā)明的上述和 /或其他方面的優(yōu)點將會變得更加清楚。圖1是本發(fā)明結構示意圖。圖2為本發(fā)明中主動型軸向磁軸承的參數示意圖。
具體實施例方式圖1中標號名稱1、色輪。2、被動型徑向磁軸承A定子。3、驅動電機定子。4、被動型徑向磁軸承B定子。5、主軸。6、主動型軸向磁軸承定子A。7、主動型軸向磁軸承轉子。 8、主動型軸向磁軸承定子B。9、被動型徑向磁軸承B轉子。10、驅動電機轉子。11、被動型徑向磁軸承A轉子。如圖1所示，驅動電機定子3位于被動型徑向磁軸承A定子2、被動型徑向磁軸承 B定子4之間。主動型軸向磁軸承轉子7、被動型徑向磁軸承B轉子9、驅動電機轉子10、被動型徑向磁軸承A轉子11均套裝在主軸5外部，其內端面均與主軸5的外端面接觸。其中， 被動型徑向磁軸承A轉子11位于被動型徑向磁軸承A定子2內端面形成的軸孔中，且被動型徑向磁軸承A轉子11外端面與被動型徑向磁軸承A定子2內端面之間存在微小氣隙；驅動電機轉子10位于驅動電機定子3內端面形成的軸孔中，且驅動電機轉子10外端面與驅動電機定子3內端面之間存在微小氣隙；被動型徑向磁軸承B轉子9位于被動型徑向磁軸承B定子4內端面形成的軸孔中，且被動型徑向磁軸承B轉子9外端面與被動型徑向磁軸承B定子4內端面之間存在微小氣隙；主動型軸向磁軸承轉子7位于主動型軸向磁軸承定子A6和主動型軸向磁軸承定子B8之間，且主動型軸向磁軸承轉子7右側面與主動型軸向磁軸承定子A6左側面與之間、主動型軸向磁軸承轉子7左側面與主動型軸向磁軸承定子B8 右側面與之間均存在微小氣隙；色輪1安裝在主軸5的最左端。本發(fā)明利用被動型徑向磁軸承A定子2與被動型徑向磁軸承A轉子11之間的相互作用、被動型徑向磁軸承B定子4與被動型徑向磁軸承B轉子9之間的相互作用實現主軸5在徑向四個自由度上的被動懸浮，利用主動型軸向磁軸承轉子7與主動型軸向磁軸承定子A6、主動型軸向磁軸承定子B8之間的相互作用實現主軸5軸向自由度的主動懸浮。
實施例本實施例取色輪實際應用產品中的較大尺寸和質量作為負載，即直徑100mm，總質量20g，速度要求為8倍速，即^800rpm。被動型磁軸承由套在一起的兩個釹鐵硼磁體 NdFeB制成的永磁環(huán)組成，兩個磁環(huán)之間的氣隙長度為0. 2mm，徑向充磁，永磁材料剩余磁通密度Br=L 2T，矯頑力H。=900kA/m。定子磁環(huán)外徑11. 4mm,內徑7. 4mm,轉子磁環(huán)外徑7mm， 內徑3mm，軸向長度均為2mm，利用有限元分析軟件對其位移剛度進行計算可得軸向位移剛度Ka -1. 2X 103N/m，徑向位移剛度& 0. 6X 103N/m。主動型軸向磁軸承的參數如圖2 所示。根據有限元仿真結果，主動型軸向磁軸承的軸向最大承載力為12. 7N。與采用普通的機械軸承相比，采用磁懸浮軸承沒有任何機械摩擦，其功耗僅是機械軸承的20%，并且可在額定轉速下運行上萬小時。本發(fā)明提供了一種五自由度磁懸浮單片DLP色輪驅動系統的思路及方法，具體實現該技術方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現有技術加以實現。
權利要求
1.一種五自由度磁懸浮單片DLP色輪驅動系統，包括色輪(1)和穿過色輪(1)的主軸 (5)，其特征在于位于色輪(1)的一側主軸(5)上還依次設置有被動型徑向磁軸承A轉子 (11)、驅動電機轉子(10)、被動型徑向磁軸承B轉子(9)、主動型軸向磁軸承定子B (8)以及主動型軸向磁軸承轉子(7)，所述主動型軸向磁軸承轉子(7)的另一側設置有主動型軸向磁軸承定子A (6)；所述被動型徑向磁軸承A轉子(11)外圈設置有被動型徑向磁軸承A定子(2)；所述驅動電機轉子(10)外圈設有驅動電機定子(3)；所述被動型徑向磁軸承B轉子(9)外圈設置有被動型徑向磁軸承B定子(4)。
2.如權利要求1所述的五自由度磁懸浮單片DLP色輪驅動系統，其特征在于所述被動型徑向磁軸承A轉子(11)外端面與被動型徑向磁軸承A定子(2)內端面之間留有氣隙。
3.如權利要求1所述的五自由度磁懸浮單片DLP色輪驅動系統，其特征在于所述驅動電機轉子(10)外端面與驅動電機定子(3)內端面之間留有氣隙。
4.如權利要求1所述的五自由度磁懸浮單片DLP色輪驅動系統，其特征在于所述被動型徑向磁軸承B轉子(9)外端面與被動型徑向磁軸承B定子(4)內端面之間留有氣隙。
5.如權利要求1所述的五自由度磁懸浮單片DLP色輪驅動系統，其特征在于所述主動型軸向磁軸承轉子(7)兩側面與主動型軸向磁軸承定子A (6)和主動型軸向磁軸承定子 B (8)之間留有氣隙。
6.如權利要求2至5中任意一項所述的五自由度磁懸浮單片DLP色輪驅動系統，其特征在于所述氣隙的寬度在0. 3^1. 5mm之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了五自由度磁懸浮單片DLP色輪驅動系統，包括色輪和穿過色輪的主軸，位于色輪的一側主軸上還依次設置有被動型徑向磁軸承A轉子、驅動電機轉子、被動型徑向磁軸承B轉子、主動型軸向磁軸承定子B以及主動型軸向磁軸承轉子，所述主動型軸向磁軸承轉子的另一側設置有主動型軸向磁軸承定子A；所述被動型徑向磁軸承A轉子外圈設置有被動型徑向磁軸承A定子；所述驅動電機轉子外圈設有驅動電機定子；所述被動型徑向磁軸承B轉子外圈設置有被動型徑向磁軸承B定子。本發(fā)明實現了轉子的全懸浮，降低了系統運行的噪音，簡化了磁軸承系統的結構，降低了使用成本。
文檔編號H02N15/00GK102360109SQ20111025030
公開日2012年2月22日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權日2011年8月29日
發(fā)明者余思琛, 李曉杰, 章振生 申請人:中國電子科技集團公司第二十八研究所