混合三相磁轴承的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及磁轴承领域，尤其是一种混合三相磁轴承。
【背景技术】
[0002]磁悬浮轴承由于机械磨损小，机械与电气保护容易，维护、检修和更换方便，适用于恶劣环境、及其洁净无污染环境和特殊需要的领域等优点越来越受到科技工作者的重视；目前已有应用于高精度的机床主轴、数控机床主轴、高压真空栗、涡轮机、压缩机、水轮发电机、卫星导航等装备应用。磁轴承从系统结构和控制方式上分，可以分为直流磁轴承和交流磁轴承。目前直流式磁轴承功率放大器造价高，一个径向磁轴承需要用二路双极性功放，成本高、体积大。而交流式磁轴承用三相功率逆变器来提供控制电流，一个三相功率逆变器就可以控制径向二个自由度，且其应用技术成熟、价格便宜、体积小。另外，混合型磁轴承利用永磁提供偏置磁通、电磁提供控制磁通，大大降低了功率损耗，减小了磁轴承体积；而异极型磁轴承较同极型可以提供更大的悬浮力。因此开展对异极型三相交流磁悬浮磁轴承的结构及悬浮控制系统设计具有重大的研究背景和现实意义。
【发明内容】
[0003]为了克服已有磁轴承的体积较大、涡流较大、加工复杂的不足，本实用新型提供一种减少体积、降低涡流、简化加工的混合三相磁轴承。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]—种混合三相磁轴承，包括定子铁芯和转子，所述转子位于定子铁芯的内孔，所述混合三相磁轴承还包括隔磁铝环，所述隔磁铝环上等圆弧间隔布置三个永磁体，所述隔磁铝环的两侧分别布置定子铁芯，所述定子铁芯上等圆弧间隔布置3个绕线圈组成的电磁铁，所述电磁铁与所述永磁体错位布置，两个定子铁芯的外侧固定安装磁轴承端盖。
[0006]进一步，所述定子铁芯与磁轴承端盖之间设有垫圈铝环。
[0007]再进一步，所述磁轴承端盖的内孔安装保护轴承，所述转子与所述保护轴承的动圈连接，所述保护轴承外侧安装保护轴承盖板。
[0008]所述电磁铁的线圈分别与三相交流逆变器连接。
[0009]所述永磁体为钕铁硼永磁体。
[0010]磁环采用异极型结构，两片定子铁芯的磁路完全相反。
[0011]所述转子上安装电涡流传感器，所述电涡流传感器与第一调理电路连接，所述第一调理电路与控制器连接，所述控制器与电平转换电路连接、电平转换电路与功率放大电路连接，所述功率放大电路与电流传感器连接，所述电流传感器通过第二调理电路与控制器连接，所述电源模块分别与电磁铁、电路传感器和功率放大电路连接。
[0012]所述功率放大电路与温度调理电路、错误信号电路连接，所述温度调理电路、错误信号电路分别与控制器连接。
[0013]本实用新型的技术构思为:六个电磁铁与三个永磁体组合形成磁环，在该磁轴承组合中永磁体由隔磁铝环固定，被夹在两片定子铁芯之间，在各个平面中电磁铁、永磁体相间均匀分布。由于控制磁通不经过永磁体，与静态偏磁磁通互不影响。该磁轴承看似采用了双片六极式，其实不然，同一项的线圈绕线是连在一起绕制而成，只是上下的绕指方向相反，这样其实还是对三个线圈的控制。这样设计可以减少控制线圈数，使其设计变得相对简单。在同一平面里电磁铁的磁极不全部相同，有一个磁极与另两个磁极相反。这样设计在线圈中通有相同的电流时，所产生的电磁力比同级型大，可以提高磁轴承的承载能力，减小磁轴承的体积。
[0014]采用有限元分析软件ANSYS，对用磁路方法计算出的结构尺寸进行仿真校核。对磁轴承的磁路进行了仿真验证，给出了所设加载下的磁场分布，得出了所设加载下的悬浮力。得到混合磁轴承在相同电流加载(耗能)下，大大提高了磁轴承的承载能力；磁轴承在结构上是比较合理的；磁路也是比较合理的。在该磁轴承中安装有位移传感器，当轴承中的转子发生偏移时，位移传感器会产生一个信号，并将该信号传送给控制器，作为控制器进行控制和调节的参考信号。功放根据控制输出的控制信号来调整对电磁铁的控制，从而使电磁铁产生期望的电磁力；达到对转子位置的控制，本设计中的功放芯片会输出温度信号，传给控制器，使得系统能够对芯片的温度进行实时监控；功放的短路保护及对电压、短路进行错误报警。
[0015]本实用新型的有益效果主要表现在:减少体积、降低涡流、简化加工。
【附图说明】
[0016]图1是混合三相磁轴承的示意图。
[0017]图2是混合三相磁轴承的控制原理框图。
[0018]图3是磁路的示意图，其中(a)为轴向磁路分布图，(b)为左片定子铁心磁路分布图，(c)为右片定子铁心磁路分布图。
[0019]图4是混合三相磁轴承的控制图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
[0021]参照图1?图4，一种混合三相磁轴承，包括定子铁芯3和转子2，所述转子2位于定子铁芯3的内孔，所述混合三相磁轴承还包括隔磁铝环1，所述隔磁铝环1上等圆弧间隔布置三个永磁体5，所述隔磁铝环1的两侧分别布置定子铁芯3，所述定子铁芯3上等圆弧间隔布置3个绕线圈组成的电磁铁4，所述电磁铁4与所述永磁体5错位布置，两个定子铁芯3的外侧固定安装磁轴承端盖6。
[0022]进一步，所述定子铁芯3与磁轴承端盖6之间设有垫圈铝环7。
[0023]再进一步，所述磁轴承端盖6的内孔安装保护轴承8，所述转子2与所述保护轴承8的动圈连接，所述保护轴承8外侧安装保护轴承盖板9。
[0024]所述电磁铁4的线圈分别与三相交流逆变器连接。
[0025]所述永磁体5为钕铁硼永磁体。
[0026]磁环采用异极型结构，两片定子铁芯的磁路完全相反。
[0027]所述转子2上安装电涡流传感器，所述电涡流传感器与第一调理电路连接，所述第一调理电路与控制器连接，所述控制器与电平转换电路连接、电平转换电路与功率放大电路连接，所述功率放大电路与电流传感器连接，所述电流传感器通过第二调理电路与控制器连接，所述电源模块分别与电磁铁、电路传感器和功率放大电路连接。
[0028]所述功率放大电路与温度调理电路、错误信号电路连接，所述温度调理电路、错误信号电路分别与控制器连接。
[0029]本实施例的混合三相磁轴承，由3个永磁铁和6个电磁铁装配成，永磁铁装配在隔磁铝环中，隔磁铝环两边分别装配一个定子铁芯，在定子铁芯上绕线圈组成电磁铁。其中永磁铁用来为磁轴承提供偏置磁通，这样可以减小电磁部分的负载，从而减少所需线圈的匝数，达到减小磁轴承体积的目的；电磁铁则通过闭环控制电流的大小来达到对转子偏移的调节。径向轴承的定子和转子的电磁铁铁芯用导磁性能优良的硅钢片叠