專利名稱：采用徑向磁力軸承的基于力控制磁懸浮系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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(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)中主要通過控制轉(zhuǎn)子偏離其平衡位置的位移量，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子無接觸狀態(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)械中得到越來越廣泛的應(yīng)用。它具有無直接接觸摩擦、無需潤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；由于不需要潤滑系統(tǒng)，所以無污染，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。[0007]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)徑向磁力軸承和轉(zhuǎn)子，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與徑向磁力軸承連接。所述徑向磁力軸承4采用差動(dòng)方式連接。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。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)簡單，操作靈活，性能穩(wěn)定，控制器設(shè)計(jì)簡單；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，無需偏置電流，電源簡單，成本低；可以取消輔助軸承，結(jié)構(gòu)簡化，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。

圖I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I主軸電機(jī)，2聯(lián)軸器，3測(cè)力軸承，4徑向磁力軸承，5轉(zhuǎn)子。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述如圖I和圖2所示，一種采用徑向磁力軸承的基于力控制磁懸浮系統(tǒng)，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)I、聯(lián)軸器2、測(cè)力軸承3、兩個(gè)徑向磁力軸承4和轉(zhuǎn)子5，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)I通過聯(lián)軸器2與轉(zhuǎn)子5 —端連接，所述轉(zhuǎn)子5的兩端分別設(shè)置有測(cè)力軸承3，所述兩個(gè)徑向磁力軸承4設(shè)置在兩個(gè)測(cè)力軸承3之間且分別與之對(duì)應(yīng)；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與徑向磁力軸承4連接。其中，所述徑向磁力軸承4采用差動(dòng)方式連接。一方面，所述測(cè)力軸承3只測(cè)量轉(zhuǎn)子5作用在測(cè)力軸承3上的徑向力。另一方面，所述測(cè)力軸承3能夠取代傳統(tǒng)保護(hù)軸承，起到支承轉(zhuǎn)子5的軸承的作用，并且與將力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的電壓放大器連接。為了保護(hù)轉(zhuǎn)子5和徑向磁力軸承4，所述測(cè)力軸承3是由滑動(dòng)軸承改制而成。本實(shí)用新型的工作原理該種采用徑向磁力軸承的基于力控制磁懸浮系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上，取消輔助軸承，采用同時(shí)具備測(cè)力和支承功能的測(cè)力軸承3，在實(shí)現(xiàn)方法上，通過平衡電磁力和轉(zhuǎn)子5作用在測(cè)力軸承3上的力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子5準(zhǔn)懸浮的目的，其工作原理如下所述測(cè)力軸承3用以檢測(cè)轉(zhuǎn)子5作用在其上力的大小和方向，并將檢測(cè)到的力信號(hào)發(fā)送給電壓放大器，所述電壓放大器將接收到的力信號(hào)進(jìn)行放大變換為電壓信號(hào)后發(fā)送給控制器，所述控制器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)后發(fā)送給功率放大器，所述功率放大器將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制電流信號(hào)并發(fā)送給電磁力發(fā)生裝置差動(dòng)徑向磁力軸承4，徑向磁力軸承4產(chǎn)生作用在轉(zhuǎn)子5上的磁控制力，且該控制力與轉(zhuǎn)子5作用在測(cè)力軸承3上的力的方向相反、大小相等，從而使得轉(zhuǎn)子5作用在測(cè)力軸承3上的力接近于零，根據(jù)公式F= μ N (F表示轉(zhuǎn)子與力傳感器之間的摩擦力，μ表示摩擦系數(shù)，N表示轉(zhuǎn)子作用在力傳感器上的壓力)，得到轉(zhuǎn)子5與測(cè)力軸承3之間的摩擦力接近為零，獲得轉(zhuǎn)子5與測(cè)力軸承3之間幾乎無摩擦的效果，維持轉(zhuǎn)子5與測(cè)力軸承3之間似接觸非接觸的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子5的準(zhǔn)懸浮。以上所述，只是用圖解說明本實(shí)用新型的一些原理，本說明書并非是要將本實(shí)用新型局限在所示所述的具體結(jié)構(gòu)和適用范圍內(nèi)，故凡是所有可能被利用的相應(yīng)修改以及等同物，均屬于本實(shí)用新型所申請(qǐng)的專利范圍。 除說明書所述技術(shù)特征外，其余技術(shù)特征均為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知技術(shù)。
權(quán)利要求1.采用徑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)徑向磁力軸承和轉(zhuǎn)子，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與徑向磁力軸承連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用徑向磁力軸承的基于力控制磁懸浮系統(tǒng)，其特征是，所述徑向磁力軸承4采用差動(dòng)方式連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用徑向磁力軸承的基于力控制磁懸浮系統(tǒng)，其特征是，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。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種采用徑向磁力軸承的基于力控制磁懸浮系統(tǒng)，它的機(jī)械裝置包括電機(jī)、聯(lián)軸器、測(cè)力軸承、兩個(gè)徑向磁力軸承和轉(zhuǎn)子，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與徑向磁力軸承連接。本實(shí)用新型采用力控制方法代替位移控制方法，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子的準(zhǔn)懸浮，減少了電路系統(tǒng)的復(fù)雜性，結(jié)構(gòu)簡單，操作靈活，實(shí)施方便，適宜推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)H02N15/00GK202550934SQ20122021760
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月12日
發(fā)明者馮會(huì)民, 吳長忠, 宋方臻, 宋波, 鄧良, 門秀花 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)