本發(fā)明涉及永磁調速器領域，具體涉及一種磁懸浮永磁調速器及其調速方法。

背景技術：

1、永磁調速器的發(fā)展現狀表現出積極的趨勢，其應用領域廣泛。磁懸浮永磁調速器廣泛應用于電力系統(tǒng)、石油化工、礦石開采、水泥加工等領域。與采用控制器驅動的變頻調速系統(tǒng)相比，永磁調速器組成的調速系統(tǒng)調速范圍廣，0r/min～0.99nn，抗電磁干擾性能優(yōu)異，能夠實現深度調速，在低速時也能保證很高的傳動效率，節(jié)約電能效果明顯，因此，永磁調速器能有效降低電能損耗，可用于電廠風機、泵等機械系統(tǒng)；在石油化工領域，由于其安全性好，不會產生火花或靜電，可用于高濃度粉塵化工廠中。

2、現有的永磁調速器常采用齒輪齒條或者蝸桿等機械結構進行傳動，調速機構體積龐大復雜，常因為摩擦導致?lián)p壞，并且調速精度較低，減少使用壽命。

技術實現思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明針對現有磁懸浮永磁調速器的不足，提供一種磁懸浮永磁調速器及其調速方法，采用圓筒式直線電機與磁懸浮軸承的傳動方案，利用圓筒式直線電機精準控制的特性，使磁懸浮永磁調速器可以做到精準調速，減少軸承間的摩擦，增加電機壽命。

2、技術方案：本發(fā)明公開一種磁懸浮永磁調速器，包括圓筒式直線電機、筒式混合磁軸承、導體盤與永磁盤；筒式混合磁軸承由兩個徑向兩自由度混合磁軸承、一個軸向單自由度混合磁軸承共同構成；筒式混合磁軸承位于圓筒式直線電機內部，導體盤與永磁盤位于圓筒式直線電機的一側；

3、圓筒式直線電機包括的圓筒式直線電機定子，內部設有圓筒式直線電機動子，其上設置有永磁體；圓筒式直線電機定子內部開有定子槽，槽中嵌入直線電機繞組，圓筒式直線電機定子與圓柱式外殼固定在一起，圓筒式直線電機動子固定在鋁合金板上；

4、軸向單自由度混合磁軸承左右各放置一個徑向兩自由度混合磁軸承，兩個徑向兩自由度混合磁軸承和軸向單自由度混合磁軸承的定子鐵心均固定于鋁合金板內側上；并在鋁合金板上設置多個傳感器安裝支架，傳感器安裝支架上安裝徑向位移傳感器和軸向位移傳感器；

5、轉軸連接兩個徑向兩自由度混合磁軸承和軸向單自由度混合磁軸承的轉子鐵心與左右兩個檢測環(huán)，徑向位移傳感器和軸向位移傳感器正對所述檢測環(huán)；所述轉軸與所述導體盤連接，所述導體盤與永磁盤位置正對，且其相對的一側外圓周均分別設置永磁體；所述永磁盤由滾珠軸承伸出右側端蓋，并與負載軸連接。

6、進一步地，所述軸向單自由度混合磁軸承的軸向氣隙為0.6mm。

7、進一步地，永磁盤與導體盤之間的氣隙在之間。

8、進一步地，調速方法如下：

9、步驟(1)：起始狀態(tài)時，三個磁軸承即軸向單自由度混合磁軸承、兩個徑向兩自由度混合磁軸承控制轉軸穩(wěn)定懸浮，軸向單自由度混合磁軸承的轉子鐵心處于軸向單自由度混合磁軸承的定子的中心位置；

10、步驟(2)：當圓筒式直線電機檢測到外部的負載變化時，驅動圓筒式直線電機動子與三個磁軸承定子做軸向運動，軸向運動量小于軸向單自由度混合磁軸承氣隙長度0.6mm，并通過軸向位移傳感器實時檢測轉子位移量；

11、步驟(3)：圓筒式直線電機軸向運動時，兩個徑向兩自由度混合磁軸承不受軸向移動的影響，但軸向單自由度混合磁軸承的轉子鐵心會偏離軸向單自由度混合磁軸承的定子的中心位置；

12、步驟(4)：在圓筒式直線電機動子軸向運動時，軸向位移傳感器對軸向偏移位置進行實時檢測，計算出偏移量；通過向軸向單自由度混合磁軸承的線圈中通入電流，控制電流改變軸向單自由度混合磁軸承的氣隙磁密，產生軸向懸浮力，使軸向單自由度混合磁軸承的轉子鐵心回到軸向單自由度混合磁軸承的定子的中心位置；

13、步驟(5)：軸向單自由度混合磁軸承的轉子鐵心帶動導體盤遠離或靠近永磁盤，進而改變最終的輸出轉矩。

14、進一步地，當圓筒式直線電機檢測到外部的負載變化時，圓筒式直線電機動子軸向運動，導體盤左右移動，與永磁盤之間的間距氣隙改變，當間距氣隙越大時，氣隙磁密越小，輸出轉矩越??；當間距氣隙越小時，氣隙磁密越大，輸出轉矩越大；目標電機轉軸與負載軸相連，負載軸輸出高轉矩時，電機高速運轉；負載軸輸出低轉矩時，電機低速運轉。

15、進一步地，調速時，軸向單自由度混合磁軸承所需推動力計算方法為：

16、當轉軸帶動軸向單自由度混合磁軸承的轉子鐵心與導體盤軸向運動時，其軸向單自由度混合磁軸承所受的最大軸向推動力fh＝fm-f盤，其中，fm為圓筒式直線電機的推動力，f盤為導體盤和永磁盤上兩個永磁體之間的軸向相互作用力；

17、導體盤和永磁盤上的永磁體之間的吸引力通過磁偶極模型計算，每個永磁體都被視為一個磁偶極子，磁偶極子的磁偶極矩等于永磁體產生的磁場強度和永磁體面積的乘積；

18、設定導體盤永磁體磁偶極矩為永磁盤上永磁體磁偶極矩為受到的力表示為：

19、

20、其中，γ為梯度算子，為由磁偶極距產生的磁場；

21、對于兩個永磁體之間的軸向相互作用力f盤為：

22、

23、其中，μ0為真空磁導率，其值約4π×10-7t·m/a，r為兩個磁偶極矩之間的距離。

24、進一步地，所述磁懸浮永磁調速器還與產生動力的電機配合使用，以實現轉矩傳遞。

25、有益效果：

26、本發(fā)明在現有磁懸浮永磁調速器的基礎上引入圓筒式直線電機，在性能方面，圓筒式直線電機有控制精度高、響應速度快等優(yōu)點，傳動機構采用磁懸浮技術，無摩擦磨損，結構簡單，無摩擦磨損，壽命長。

技術特征：

1.一種磁懸浮永磁調速器，其特征在于，包括圓筒式直線電機(2)、筒式混合磁軸承(4)、導體盤(19)與永磁盤(20)；筒式混合磁軸承(4)由兩個徑向兩自由度混合磁軸承(3)、一個軸向單自由度混合磁軸承(5)共同構成；筒式混合磁軸承(4)位于圓筒式直線電機(2)內部，導體盤(19)與永磁盤(20)位于圓筒式直線電機的一側；

2.根據權利要求1所述的磁懸浮永磁調速器，其特征在于，所述軸向單自由度混合磁軸承(5)的軸向氣隙為0.6mm。

3.根據權利要求1所述的磁懸浮永磁調速器，其特征在于，永磁盤(20)與導體盤(19)之間的氣隙在(0mm,5mm)之間。

4.根據權利要求1-3任一所述的磁懸浮永磁調速器，其特征在于，調速方法如下：

5.根據權利要求4所述的磁懸浮永磁調速器，其特征在于，當圓筒式直線電機(2)檢測到外部的負載變化時，圓筒式直線電機動子(10)軸向運動，導體盤(19)左右移動，與永磁盤(20)之間的間距氣隙改變，當間距氣隙越大時，氣隙磁密越小，輸出轉矩越??；當間距氣隙越小時，氣隙磁密越大，輸出轉矩越大；目標電機轉軸與負載軸相連，負載軸輸出高轉矩時，電機高速運轉；負載軸輸出低轉矩時，電機低速運轉。

6.根據權利要求4所述的磁懸浮永磁調速器，其特征在于，調速時，軸向單自由度混合磁軸承(5)所需推動力計算方法為：

7.根據權利要求1-6任一所述的磁懸浮永磁調速器，其特征在于，所述磁懸浮永磁調速器還與產生動力的電機配合使用，以實現轉矩傳遞。

技術總結
本發(fā)明公開了一種磁懸浮永磁調速器及其調速方法，包括圓筒式直線電機、兩個徑向兩自由度混合磁軸承、一個軸向單自由度混合磁軸承、兩個傳感器檢測環(huán)、盤式永磁調節(jié)器。圓筒式直線電機根據負載信號變化，驅動動子帶動三個磁軸承定子做軸向直線運動；同時，軸向單自由混合磁軸承根據檢測到的轉子軸向位移變化，向軸向單自由度混合磁軸承的線圈中通入電流，控制轉子重新回到中心位置，軸承混合磁軸承控制轉子跟隨圓筒式直線電機的動子一起運動，調節(jié)導體盤與永磁盤間的氣隙大小，進而改變輸出轉矩。與現有技術相比，本發(fā)明相較于傳統(tǒng)永磁調速器，其控制精度更高、壽命更長、結構簡單。

技術研發(fā)人員：張濤,張慰聰,張秋虎,姚俊勇,葉小婷,魯慶,武莎莎,莫麗紅,張晨
受保護的技術使用者：淮陰工學院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6