【摘要】： 磁懸浮軸承具有無摩擦、無磨損、無需潤(rùn)滑和密封、高轉(zhuǎn)速、高精度、壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)良品質(zhì)，從根本上改變了傳統(tǒng)的支承形式。本文研究了一種新穎的交直流三自由度混合磁軸承，軸向懸浮力控制采用直流驅(qū)動(dòng)、徑向懸浮力控制采用三相逆變器提供電流驅(qū)動(dòng)，由一塊永磁體同時(shí)提供軸向、徑向偏置磁通，集交流驅(qū)動(dòng)、永磁偏置及徑向-軸向聯(lián)合控制等優(yōu)點(diǎn)于一體。目的是研制出一種結(jié)構(gòu)緊湊，制造與運(yùn)行成本較低并可實(shí)際應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的新型磁軸承。 首先，在分析各類磁軸承結(jié)構(gòu)與磁路的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出了交直流三自由度混合磁軸承這種新型結(jié)構(gòu)。該磁軸承由軸向定子、軸向控制線圈、徑向定子、徑向控制線圈、轉(zhuǎn)子、徑向充磁永磁體等構(gòu)成。徑向控制線圈設(shè)計(jì)為空間三相對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，因而可采用工業(yè)上廣泛應(yīng)用的體積較小，成本較低并易于采用高性能數(shù)字信號(hào)處理器DSP控制的三相逆變器來控制其徑向兩自由度。 其次，采用等效磁路法對(duì)該磁軸承的磁路進(jìn)行了推算，，導(dǎo)出了其軸向、徑向磁懸浮力計(jì)算公式及數(shù)學(xué)模型，對(duì)懸浮力計(jì)算公式從理論上進(jìn)行了非線性分析及交叉耦合性分析；依據(jù)系統(tǒng)線性化數(shù)學(xué)模型，建立了控制系統(tǒng)；再依據(jù)懸浮力計(jì)算公式及數(shù)學(xué)模型給出了機(jī)械與電氣參數(shù)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出一臺(tái)試驗(yàn)樣機(jī)及機(jī)械試驗(yàn)平臺(tái)。采用通用有限元分析軟件ANSYS8.0對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的磁路進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論研究的合理性并對(duì)樣機(jī)參數(shù)做了進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。 最后，設(shè)計(jì)了交直流三自由度混合磁軸承基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的軟件系統(tǒng)及硬件電路PCB板，給出了主程序及各中斷程序流程圖；軸向采用線性功放，徑向采用基于CRPWM的三相逆變器功放電路，構(gòu)建了完整的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；提出了詳細(xì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方案，為進(jìn)一步開展各項(xiàng)參數(shù)調(diào)試與功能測(cè)試奠定了基礎(chǔ)。 理論研究與仿真試驗(yàn)結(jié)果表明：交直流三自由度混合磁軸承結(jié)構(gòu)合理緊湊、承載力大、效率高、成本低，在超高速超精密數(shù)控機(jī)床、磁懸浮電機(jī)、高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)、人造衛(wèi)星等懸浮支撐系統(tǒng)領(lǐng)域具有廣泛潛在應(yīng)用前景。
【圖文】：

而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從而導(dǎo)致磁軸承的價(jià)格很高，難以大面積推廣應(yīng)用。(3)磁軸承的主要工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合目前，磁軸承己經(jīng)在空間技術(shù)、物理學(xué)研究、機(jī)器人、機(jī)械加工等工業(yè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用�？臻g技術(shù)方面應(yīng)用主要是用于衛(wèi)星飛輪和衛(wèi)星天線的定向，以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的支承等。其優(yōu)點(diǎn)是噪聲低、功耗小、壽命長(zhǎng)、定位精度高。磁軸承在物理學(xué)研究領(lǐng)域中主要應(yīng)用于粒子束分選器、渦流分子泵、高速離心機(jī)、X射線管及高真空計(jì)等，其優(yōu)點(diǎn)能適應(yīng)于高真空、高溫、高壓等極端條件應(yīng)用磁軸承的智能機(jī)械手，由于定位準(zhǔn)確，便于解決一些需要精確操作的安裝對(duì)中問題。而在超凈工作間使用裝有磁軸承的機(jī)器人，就可以避免普通軸承因磨損而造成的灰塵污染問題。磁軸承在機(jī)械加工領(lǐng)域中主要應(yīng)用于磨床、銑床和鉆床的電主軸中。應(yīng)用磁軸承的電主軸具有以下優(yōu)點(diǎn):高轉(zhuǎn)速，金屬切削速度高:無磨損，可靠性高:振

.2.4幾種典型磁軸承結(jié)構(gòu)(l)單自由度磁軸承圖1.5為單自由度主動(dòng)磁軸承結(jié)構(gòu)和磁路示意圖。磁軸承由定子鐵心、線圈繞組、轉(zhuǎn)子和吸力盤等組成。磁通分別從兩邊的定子鐵心與吸力盤及氣隙構(gòu)成閉合回路。繞組通電時(shí)，調(diào)節(jié)控制電流使電磁鐵產(chǎn)生磁通，可調(diào)整吸力盤左面或右面磁場(chǎng)吸力的大小，吸力盤在左右兩面磁吸力作用下懸浮于中間平衡位置〔”’。圖1.6是單自由度混合磁軸承結(jié)構(gòu)和磁路示意圖。靜態(tài)偏置磁通由永磁體提供，吸力盤在平衡位置時(shí)不需要控制電流，僅靠永磁體產(chǎn)生的偏置磁通作用下轉(zhuǎn)子懸浮于平衡位置，因而電磁鐵的安匝數(shù)大大減少，降低了功率放大器功耗，縮小了磁軸承體積，減輕了磁軸承重量。宿宿 宿宿性夕 夕匕匕二井井井困…七 七不 不不不二幾聲 ...!!!!一 一一 .(((1111一 一一}l一 一國(guó)國(guó) 國(guó)國(guó)奇 奇不 不不不二勺 勺阿阿 {{{【【_」 」仁仁‘一』』「「，門 門 F191.5SingleDOFAMB圖1.5單自由度主動(dòng)磁軸承 Figl.6SingleDOFHMB圖1.6單自由度混合磁軸承(2)徑向二自由度磁軸承徑向磁軸承需要三個(gè)或三個(gè)以上的磁極構(gòu)成碰路來控制兩個(gè)自由度。據(jù)1.2.3節(jié)所述，可將徑向兩自由度磁懸浮軸承按結(jié)構(gòu)組成分類如表1.1所
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TH133.3

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 何曉鳳;鄔清海;;磁懸浮軸承磁路結(jié)構(gòu)分析與數(shù)學(xué)模型建立方法[J];軸承;2011年12期

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1 陳艷;吳熙;王亦紅;陸靜;朱q

本文編號(hào)：2591469