混合三相磁軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及磁軸承領(lǐng)域，尤其是一種混合三相磁軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]磁懸浮軸承由于機械磨損小，機械與電氣保護(hù)容易，維護(hù)、檢修和更換方便，適用于惡劣環(huán)境、及其潔凈無污染環(huán)境和特殊需要的領(lǐng)域等優(yōu)點越來越受到科技工作者的重視；目前已有應(yīng)用于高精度的機床主軸、數(shù)控機床主軸、高壓真空栗、渦輪機、壓縮機、水輪發(fā)電機、衛(wèi)星導(dǎo)航等裝備應(yīng)用。磁軸承從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方式上分，可以分為直流磁軸承和交流磁軸承。目前直流式磁軸承功率放大器造價高，一個徑向磁軸承需要用二路雙極性功放，成本高、體積大。而交流式磁軸承用三相功率逆變器來提供控制電流，一個三相功率逆變器就可以控制徑向二個自由度，且其應(yīng)用技術(shù)成熟、價格便宜、體積小。另外，混合型磁軸承利用永磁提供偏置磁通、電磁提供控制磁通，大大降低了功率損耗，減小了磁軸承體積；而異極型磁軸承較同極型可以提供更大的懸浮力。因此開展對異極型三相交流磁懸浮磁軸承的結(jié)構(gòu)及懸浮控制系統(tǒng)設(shè)計具有重大的研究背景和現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服已有磁軸承的體積較大、渦流較大、加工復(fù)雜的不足，本實用新型提供一種減少體積、降低渦流、簡化加工的混合三相磁軸承。
[0004]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]—種混合三相磁軸承，包括定子鐵芯和轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子位于定子鐵芯的內(nèi)孔，所述混合三相磁軸承還包括隔磁鋁環(huán)，所述隔磁鋁環(huán)上等圓弧間隔布置三個永磁體，所述隔磁鋁環(huán)的兩側(cè)分別布置定子鐵芯，所述定子鐵芯上等圓弧間隔布置3個繞線圈組成的電磁鐵，所述電磁鐵與所述永磁體錯位布置，兩個定子鐵芯的外側(cè)固定安裝磁軸承端蓋。
[0006]進(jìn)一步，所述定子鐵芯與磁軸承端蓋之間設(shè)有墊圈鋁環(huán)。
[0007]再進(jìn)一步，所述磁軸承端蓋的內(nèi)孔安裝保護(hù)軸承，所述轉(zhuǎn)子與所述保護(hù)軸承的動圈連接，所述保護(hù)軸承外側(cè)安裝保護(hù)軸承蓋板。
[0008]所述電磁鐵的線圈分別與三相交流逆變器連接。
[0009]所述永磁體為釹鐵硼永磁體。
[0010]磁環(huán)采用異極型結(jié)構(gòu)，兩片定子鐵芯的磁路完全相反。
[0011]所述轉(zhuǎn)子上安裝電渦流傳感器，所述電渦流傳感器與第一調(diào)理電路連接，所述第一調(diào)理電路與控制器連接，所述控制器與電平轉(zhuǎn)換電路連接、電平轉(zhuǎn)換電路與功率放大電路連接，所述功率放大電路與電流傳感器連接，所述電流傳感器通過第二調(diào)理電路與控制器連接，所述電源模塊分別與電磁鐵、電路傳感器和功率放大電路連接。
[0012]所述功率放大電路與溫度調(diào)理電路、錯誤信號電路連接，所述溫度調(diào)理電路、錯誤信號電路分別與控制器連接。
[0013]本實用新型的技術(shù)構(gòu)思為:六個電磁鐵與三個永磁體組合形成磁環(huán)，在該磁軸承組合中永磁體由隔磁鋁環(huán)固定，被夾在兩片定子鐵芯之間，在各個平面中電磁鐵、永磁體相間均勻分布。由于控制磁通不經(jīng)過永磁體，與靜態(tài)偏磁磁通互不影響。該磁軸承看似采用了雙片六極式，其實不然，同一項的線圈繞線是連在一起繞制而成，只是上下的繞指方向相反，這樣其實還是對三個線圈的控制。這樣設(shè)計可以減少控制線圈數(shù)，使其設(shè)計變得相對簡單。在同一平面里電磁鐵的磁極不全部相同，有一個磁極與另兩個磁極相反。這樣設(shè)計在線圈中通有相同的電流時，所產(chǎn)生的電磁力比同級型大，可以提高磁軸承的承載能力，減小磁軸承的體積。
[0014]采用有限元分析軟件ANSYS，對用磁路方法計算出的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行仿真校核。對磁軸承的磁路進(jìn)行了仿真驗證，給出了所設(shè)加載下的磁場分布，得出了所設(shè)加載下的懸浮力。得到混合磁軸承在相同電流加載(耗能)下，大大提高了磁軸承的承載能力；磁軸承在結(jié)構(gòu)上是比較合理的；磁路也是比較合理的。在該磁軸承中安裝有位移傳感器，當(dāng)軸承中的轉(zhuǎn)子發(fā)生偏移時，位移傳感器會產(chǎn)生一個信號，并將該信號傳送給控制器，作為控制器進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的參考信號。功放根據(jù)控制輸出的控制信號來調(diào)整對電磁鐵的控制，從而使電磁鐵產(chǎn)生期望的電磁力；達(dá)到對轉(zhuǎn)子位置的控制，本設(shè)計中的功放芯片會輸出溫度信號，傳給控制器，使得系統(tǒng)能夠?qū)π酒臏囟冗M(jìn)行實時監(jiān)控；功放的短路保護(hù)及對電壓、短路進(jìn)行錯誤報警。
[0015]本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:減少體積、降低渦流、簡化加工。
【附圖說明】
[0016]圖1是混合三相磁軸承的示意圖。
[0017]圖2是混合三相磁軸承的控制原理框圖。
[0018]圖3是磁路的示意圖，其中(a)為軸向磁路分布圖，(b)為左片定子鐵心磁路分布圖，(c)為右片定子鐵心磁路分布圖。
[0019]圖4是混合三相磁軸承的控制圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述。
[0021]參照圖1?圖4，一種混合三相磁軸承，包括定子鐵芯3和轉(zhuǎn)子2，所述轉(zhuǎn)子2位于定子鐵芯3的內(nèi)孔，所述混合三相磁軸承還包括隔磁鋁環(huán)1，所述隔磁鋁環(huán)1上等圓弧間隔布置三個永磁體5，所述隔磁鋁環(huán)1的兩側(cè)分別布置定子鐵芯3，所述定子鐵芯3上等圓弧間隔布置3個繞線圈組成的電磁鐵4，所述電磁鐵4與所述永磁體5錯位布置，兩個定子鐵芯3的外側(cè)固定安裝磁軸承端蓋6。
[0022]進(jìn)一步，所述定子鐵芯3與磁軸承端蓋6之間設(shè)有墊圈鋁環(huán)7。
[0023]再進(jìn)一步，所述磁軸承端蓋6的內(nèi)孔安裝保護(hù)軸承8，所述轉(zhuǎn)子2與所述保護(hù)軸承8的動圈連接，所述保護(hù)軸承8外側(cè)安裝保護(hù)軸承蓋板9。
[0024]所述電磁鐵4的線圈分別與三相交流逆變器連接。
[0025]所述永磁體5為釹鐵硼永磁體。
[0026]磁環(huán)采用異極型結(jié)構(gòu)，兩片定子鐵芯的磁路完全相反。
[0027]所述轉(zhuǎn)子2上安裝電渦流傳感器，所述電渦流傳感器與第一調(diào)理電路連接，所述第一調(diào)理電路與控制器連接，所述控制器與電平轉(zhuǎn)換電路連接、電平轉(zhuǎn)換電路與功率放大電路連接，所述功率放大電路與電流傳感器連接，所述電流傳感器通過第二調(diào)理電路與控制器連接，所述電源模塊分別與電磁鐵、電路傳感器和功率放大電路連接。
[0028]所述功率放大電路與溫度調(diào)理電路、錯誤信號電路連接，所述溫度調(diào)理電路、錯誤信號電路分別與控制器連接。
[0029]本實施例的混合三相磁軸承，由3個永磁鐵和6個電磁鐵裝配成，永磁鐵裝配在隔磁鋁環(huán)中，隔磁鋁環(huán)兩邊分別裝配一個定子鐵芯，在定子鐵芯上繞線圈組成電磁鐵。其中永磁鐵用來為磁軸承提供偏置磁通，這樣可以減小電磁部分的負(fù)載，從而減少所需線圈的匝數(shù)，達(dá)到減小磁軸承體積的目的；電磁鐵則通過閉環(huán)控制電流的大小來達(dá)到對轉(zhuǎn)子偏移的調(diào)節(jié)。徑向軸承的定子和轉(zhuǎn)子的電磁鐵鐵芯用導(dǎo)磁性能優(yōu)良的硅鋼片疊