專利名稱：反向差動驅(qū)動的磁力軸承的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及軸承領域，特別是涉及一種反向差動驅(qū)動的磁力軸承和將反向差動驅(qū)動方式 用于磁力軸承。
背景技術：
磁力軸承是利用電磁力將轉(zhuǎn)子懸浮于空間、使轉(zhuǎn)子和定子之間實現(xiàn)無接觸支承的一種新 型高性能軸承。磁力軸承與普通軸承相比，磁力軸承主要有高轉(zhuǎn)速、無接觸、無潤滑、可對 轉(zhuǎn)子位置進行控制等優(yōu)點。
控制系統(tǒng)是磁力軸承系統(tǒng)中很重要的一環(huán)，控制系統(tǒng)的好壞直接影響到整個系統(tǒng)的性能， 包括穩(wěn)定性、動剛度、抗干擾能力等。在常規(guī)的磁力軸承應用系統(tǒng)中，磁力軸承一般采用差 動激磁驅(qū)動。所謂的差動激磁驅(qū)動就是磁力軸承在某一個受約束的自由度方向上有兩個作用 力方向相反的磁鐵同時工作。這樣布局使得磁力軸承在該自由度方向上既能產(chǎn)生正向力，又 能產(chǎn)生反向力。
常規(guī)差動驅(qū)動控制的磁力軸承，其工作原理是如圖1中所示為磁力軸承轉(zhuǎn)子受外力作
用，偏離平衡位置向y軸負方向移動，磁力軸承的上面一個磁鐵以偏置電流i。與控制電流iy
之和(i。+i,)激磁，磁力軸承的下面一個磁鐵以偏置電流i。與控制電流iy之差(i。一iy)激
磁。磁力軸承在y軸方向上的電磁力變化克服磁懸浮轉(zhuǎn)子所受的外力，將其拉回到平衡位置。 常規(guī)磁力軸承定子中電磁鐵具有感性負載的特性，在同樣的激磁條件下，電感越大其電
磁力也越大，但電感越大其電磁力的變化率越小。而磁力軸承的工作條件要求磁力軸承既有
大的電磁力、又有快的電磁力變化率。
常規(guī)差動驅(qū)動控制的磁力軸承，主要由定子、轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器、功率放大器等組
成。其主要的缺陷是磁力軸承的電磁力變化較慢，磁力軸承的動態(tài)特性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對常規(guī)差動驅(qū)動控制的磁力軸承存在的缺陷，提供一 種反向差動驅(qū)動的磁力軸承，以一種能更好地滿足磁力軸承工作條件的驅(qū)動控制方法，改進 磁力軸承的動態(tài)特性。
本發(fā)明解決其技術問題采用以下的技術方案
本發(fā)明提供了以下兩種反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承
第一種反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承，包括定子、轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器、功率放大器。 在該磁力軸承約束的自由度方向上兩個位置相對的電磁鐵中，分別纏繞一組大匝數(shù)線圈和一 組小匝數(shù)線圈，兩組線圈纏繞方向相反；大匝數(shù)線圈分別與相對方向電磁鐵上的小匝數(shù)線圈 串聯(lián)，并且以同一功率放大器驅(qū)動；兩個相對的電磁鐵以大小相等方向相反的控制電流激磁。
第二種反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承，包括定子、轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器、功率放大器。在該磁力軸承約束的自由度方向上兩個位置相對的電磁鐵中，分別纏繞一組大匝數(shù)線圈和一組小匝數(shù)線圈，兩組線圈纏繞方向相反；大匝數(shù)線圈和小匝數(shù)線圈分別以兩個功率放大器驅(qū)動，兩個相對的電磁鐵的大匝數(shù)線圈以大小相等方向相反的控制電流激磁，兩個相對的電磁鐵的小匝數(shù)線圈分別以與大匝數(shù)線圈控制電流方向相反、大小任意的控制電流激磁。
本發(fā)明與常規(guī)差動驅(qū)動的磁力軸承相比，主要有以下的顯著效果反向差動驅(qū)動的磁力軸承在工作時，電磁力可以更迅速地變化，提高了磁力軸承的動態(tài)特性。反向差動驅(qū)動的磁力軸承在超調(diào)量、調(diào)整時間、穩(wěn)態(tài)誤差等方面均優(yōu)于常規(guī)差動驅(qū)動的磁力軸承。


圖1為常規(guī)差動驅(qū)動控制的磁力軸承原理圖。
圖2為單功率放大器反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承原理圖。圖3為雙功率放大器反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出了一種全新的用于主動磁力軸承的反向差動驅(qū)動方式。其主要特點是l.定子由多對電磁鐵組成，最常見為兩對，在每個電磁鐵中增加反向差動線圈；2.采用反向差動控制方法來驅(qū)動磁力軸承；3.具有反向差動線圈的磁力軸承，既可以采用單功率放大器也可以雙功率放大器來驅(qū)動。本發(fā)明提供了以下兩種反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承。
第一種為單功率放大器反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承，其包括定子、轉(zhuǎn)子5、傳感器6、
控制器和功率放大器l。在該磁力軸承約束的自由度方向上兩個位置相對的電磁鐵2中，分別纏繞一組大匝數(shù)線圈3和一組小匝數(shù)線圈4，兩組線圈纏繞方向相反。其中如圖2所示，每個電磁鐵的大匝數(shù)線圈分別與相對方向電磁鐵上的小匝數(shù)線圈串聯(lián)，每一個串聯(lián)回路以同一功率放大器驅(qū)動；兩個相對的電磁鐵以大小相等方向相反的控制電流激磁。
第二種為雙功率放大器反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承，其包括定子、轉(zhuǎn)子5、傳感器6、控制器和功率放大器l。在該磁力軸承約束的自由度方向上兩個位置相對的電磁鐵2中，分別纏繞一組大匝數(shù)線圈3和一組小匝數(shù)線圈4，兩組線圈纏繞方向相反。其中如圖3所示，各電磁鐵中的大匝數(shù)線圈和小匝數(shù)線圈分別以兩個功率放大器驅(qū)動，兩個相對的電磁鐵的大匝數(shù)線圈仍然以大小相等方向相反的控制電流激磁，而兩個相對的電磁鐵的小匝數(shù)線圈分別以與大匝數(shù)線圈控制電流方向相反、大小任意的控制電流激磁。
在上述兩種反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承中，其小線圈和大線圈的匝數(shù)比為1: 1 1: 6，或依據(jù)實際情況而定。所述大線圈和小線圈材料可采用銅線。銅線可采用縮醛漆包圓銅線。上述的兩種反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承，其控制原理和硬件組成上有差別。單功率放大器反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承，其控制原理如圖2所示被懸浮的轉(zhuǎn)子5
簡化為一個質(zhì)點，在該磁力軸承約束的y軸方向上兩個相對方向上電磁鐵中，分別纏繞一組大線圈L和一組小線圈1，兩組線圈纏繞方向相反；將每個電磁鐵的大線圈分別與相對方向上
電磁鐵的小線圈串聯(lián)，此串聯(lián)回路以同一功率放大器驅(qū)動，以大小相等、方向相反的控制電
流激磁，進行差動驅(qū)動控制。當磁懸浮轉(zhuǎn)子受外力作用，偏離平衡位置向y軸負方向位移，磁力軸承在上面一個電磁鐵大線圈中以偏置電流i0與控制電流iy之和(io+iy)激磁，同時在其相對方向上電磁鐵大線圈中以偏置電流i()與控制電流iy之差(i0 — iy)激磁。當磁懸浮轉(zhuǎn)子受外力作用，偏離平衡位置向坐標軸其它方向位移時，其控制原理與此相同。
單功率放大器反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承，其因為相對方向電磁鐵上的線圈反向串聯(lián)，上面一個磁鐵內(nèi)同時存在上下兩個激磁電流所產(chǎn)生的電磁場。該電磁場方向相同，使得上面磁鐵的電磁力更快地增大。而下面一個磁鐵內(nèi)的情況與此相反，使得下面磁鐵的電磁力更快
地減小。其綜合結果使得磁力軸承y軸在方向上的電磁力更迅速地變化，提高了磁力軸承的
動態(tài)特性。
雙功率放大器反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承，其控制原理原理圖如圖3所示被懸浮的
轉(zhuǎn)子5簡化為一個質(zhì)點，在該磁力軸承約束的y軸方向上兩個相對方向上電磁鐵中，分別纏繞一組大線圈L和一組小線圈1，兩組線圈纏繞方向相反；并且每個電磁鐵的大線圈L和小線圈1斷開，各電磁鐵中的大、小線圈分別以兩個功率放大器驅(qū)動，兩個相對的電磁鐵的大匝數(shù)線圈仍然以大小相等方向相反的控制電流激磁，而小匝數(shù)線圈分別以與大匝數(shù)線圈電流方向相反、大小任意的控制電流激磁。當磁懸浮轉(zhuǎn)子受外力作用，偏離平衡位置向y軸負方向位移，磁力軸承在上面一個電磁鐵中的大線圈以偏置電流io與控制電流iy之和(io+iy)激磁，同時下面電磁鐵的小線圈以控制電流k2iy激磁。同時，下面電磁鐵的大線圈以偏置電流io與控制電流iy之差(io—iy)激磁，上面電磁鐵的小線圈以控制電流-kliy激磁。即兩個相對的電磁鐵的大匝數(shù)線圈仍然以大小相等方向相反的控制電流激磁，而小匝數(shù)線圈分別以與大匝數(shù)線圈控制電流方向相反、大小任意的控制電流激磁；當磁懸浮轉(zhuǎn)子受外力作用，偏離平衡位置向坐標軸其它方向位移時，其控制原理與此相同。
雙功率放大器反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承，其因為各電磁鐵上的大、小線圈纏繞方向相反，上面一個磁鐵內(nèi)同時存在大、小線圈兩個激磁電流所產(chǎn)生的電磁場，該電磁場方向相同，使得上面磁鐵的電磁力更快地增大。而下面一個磁鐵內(nèi)的情況與此相反，使得下面磁鐵的電磁力更快地減小。其綜合結果使得磁力軸承y軸在方向上的電磁力更迅速地變化，提高了磁力軸承的動態(tài)特性。雙功率放大器反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承除具有與單功率放大器反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承的類似的特點外，因為小線圈由單獨功率放大器驅(qū)動，因此可以更靈活地選擇反向差動控制電流，獲得較單功率放大器反向差動更佳的控制效果。
上述兩種反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承，其相同點在于兩種軸承的繞線方式、大線圈和小線圈的匝數(shù)、大線圈和小線圈匝數(shù)比都相同。其不同點在于雙功率放大器反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承將每個電磁鐵的大線圈和小線圈斷開，各電磁鐵中的大、小線圈分別以兩個功率放大器驅(qū)動。正由于各個電磁鐵中的大線圈并不與相對方向上電磁鐵的小線圈相連，那么大、小線圈可以以不同的電流激磁。而單功率放大器反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承各個電磁鐵中的大線圈與相對方向上電磁鐵的小線圈串連，所以該串聯(lián)回路中的大、小線圈以相同的電流激磁。
本發(fā)明提供的磁力軸承，其制備方法與常規(guī)的磁力軸承制備方法類似，其不同點是磁力
5軸承定子加工時，常規(guī)差動驅(qū)動的磁力軸承定子的每一電磁鐵中僅纏繞一個線圈，而反向差動驅(qū)動的磁力軸承定子的每一電磁鐵中纏繞兩個線圈，即增加了反向差動線圈。
本發(fā)明的實施，可根據(jù)磁力軸承設計的基本知識定出磁力軸承的結構尺寸，確定磁力軸承定子中電磁鐵線圈的總匝數(shù)。在磁力軸承定子的加工過程中，要求在定子的每個電磁鐵中纏繞反向差動線圈。該反向差動電磁鐵中的小線圈和大線圈的匝數(shù)比為1: 1 1: 6。大線圈和小線圈材料可采用磁力軸承常用的銅線，如縮醛漆包圓銅線等。
權利要求
1. 一種反向差動驅(qū)動的磁力軸承，包括定子、轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器、功率放大器，其特征是在磁力軸承約束的自由度方向上兩個位置相對的電磁鐵中，分別纏繞一組大匝數(shù)線圈和一組小匝數(shù)線圈，兩組線圈纏繞方向相反；大匝數(shù)線圈分別與相對方向電磁鐵上的小匝數(shù)線圈串聯(lián)，并且以同一功率放大器驅(qū)動；兩個相對的電磁鐵以大小相等方向相反的控制電流激磁。
2. —種反向差動驅(qū)動的磁力軸承，包括定子、轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器、功率放大器， 其特征是在磁力軸承約束的自由度方向上兩個位置相對的電磁鐵中，分別纏繞一組大匝 數(shù)線圈和一組小匝數(shù)線圈，兩組線圈纏繞方向相反；大匝數(shù)線圈和小匝數(shù)線圈分別以兩個 功率放大器驅(qū)動，兩個相對的電磁鐵的大匝數(shù)線圈以大小相等方向相反的控制電流激磁， 兩個相對的電磁鐵的小匝數(shù)線圈分別以與大匝數(shù)線圈控制電流方向相反、大小任意的控制 電流激磁。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的反向差動驅(qū)動的磁力軸承，其特征是小線圈和大線圈 的匝數(shù)比為1: 1 1: 6。
4. 根據(jù)權利要求3所述的反向差動驅(qū)動的磁力軸承，其特征是大線圈和小線圈材料采用銅線。
5. 根據(jù)權利要求4所述的反向差動驅(qū)動的磁力軸承，其特征是銅線采用縮醛漆包圓 銅線。
全文摘要
本發(fā)明提供了兩種反向差動驅(qū)動控制的磁力軸承，均包括定子、轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器、功率放大器，在該磁力軸承約束的自由度方向上兩個位置相對的電磁鐵中，分別纏繞一組大匝數(shù)線圈和一組小匝數(shù)線圈，兩組線圈纏繞方向相反。其中第一種磁力軸承，其大匝數(shù)線圈分別與相對方向上電磁鐵上的小匝數(shù)線圈串聯(lián)，并以同一功率放大器驅(qū)動。兩個相對的電磁鐵以大小相等方向相反的控制電流激磁。第二種磁力軸承，其大、小匝數(shù)線圈分別以兩個功率放大器驅(qū)動，兩個相對的電磁鐵的大匝數(shù)線圈仍以大小相等方向相反的控制電流激磁，而小匝數(shù)線圈分別以與大匝數(shù)線圈控制電流方向相反、大小任意的控制電流激磁。本發(fā)明較常規(guī)差動驅(qū)動的磁力軸承有更好的動態(tài)特性。
文檔編號F16C32/04GK101476593SQ20091006060
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權日2009年1月20日
發(fā)明者吳華春, 王曉光, 胡業(yè)發(fā) 申請人:武漢理工大學