成，这样可以减少涡流。
[0030]采用的是异极型结构形式，具有容易加工，精度高，轴向尺寸小，轴承单位重量产生的悬浮力大等特点。永磁铁处于两边电磁铁中间的隔磁铝环上，有效减少了空间，减小轴承体积，便于安装和使用，采用的垫圈等都是铝材料，是的磁铁间互不影响。利用这种装配结构，突出了轴承的组装简便性。
[0031]由上下两片定子铁心组成，在工作时该磁悬浮轴承还可以对轴提供一定的轴向力。采用了三相交流逆变器进行控制，可以有效降低功放成本，减小功放体积，降低功率损耗。
[0032]永磁材料采用了 3块钕铁硼，钕铁硼是一种高性能稀土永磁材料，从软件仿真结果来看，除小部分磁漏外，大部分磁场作用于定子磁极与转子之间，在磁极处的分布是比较均匀的。电磁铁也是3边均匀分布，经过仿真，产生的磁场也呈对称分布，分布比较均匀。当两个磁场叠加，一个气隙的磁感应强度是由偏磁磁通和控制磁通叠加而成，磁极处磁感线明显加强。另外两个电磁铁的气隙磁感应强度是由偏磁磁通和控制磁通相抵消而成，可以看出在下面两个磁极处磁感线几乎“消失”，而磁极以外部分和只作用电磁时没有什么变化。
[0033]磁环采用异极型结构。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。上下两片定子铁芯中磁路完全相反，但对转子的磁吸力却完全相同。在一极处永磁与电磁相叠加，在另外两极处相互削弱。混合磁轴承在相同电流加载(耗能)下，大大提尚了磁轴承的承载能力；
[0034]3个线圈分别独立，在产生X或y方向时可根据控制磁场分别控制线圈电流大小来达到控制的目的。同时体现了磁轴承的控制灵活性，便于磁轴承达到动态控制的目的。
[0035]控制系统设计有16个按钮，可以对每一对PWM的脉宽进行调节，来控制各极对转子的磁场力，使转子静态悬浮。还能使磁悬浮控制系统把检测到的转子偏移信号根据相应的算法输出不同脉宽的PWM波，使转子悬浮。达到动态悬浮的效果。
[0036]气隙很小，在0.5_左右，采用了电涡流位移传感器作为无接触测量的传感器，具有结构简单、适用性强、不受油污等介质的影响等优点。具有较高的灵敏度、信噪比和线性度；很高的温度稳定性、抗干扰能力；较好的动态响应等特点。
[0037]参照图2，本实施例的混合三相磁轴承，在不受力的情况下，转子处于悬浮状态，当转子受到外力作用的时候会偏离轴心位置，偏离轴心的转子通过电涡流位移传感器产生一个信号，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；同时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。从而完成对磁轴承的控制。
[0038]图3为该混合三相磁轴承的磁路设计图，在该磁路图中看似采用了片六极式，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。永磁体由隔磁铝环固定，被夹在两片定子铁芯之间，其磁路为N极出发，经定子铁芯、工作气隙、转子、工作气隙、另一片定子铁芯回到S极。电磁磁路则在一片定子铁芯内形成闭合回路，一极发出后经过工作气隙、转子、工作气隙、其他两极、同一片定子铁芯回到出发磁极。上下两片定子铁芯中磁路完全相反，但对转子的磁吸力却完全相同。在一极处永磁与电磁相叠加，在另外两极处相互削弱。这样设计的磁路与同级型磁路想比较其优点是在通有相同的电流的情况下磁力轴承所能承受的最大负载大。
[0039]本实施例的控制过程采用是PID的控制算法。PID算法是目前工业应用最为广泛的控制算法，其具有以下几个主要优点:(1)PID控制算法简单、易于实现；(2)PID算法具有很强的鲁棒性；(3)参数整定简单；(4)容易编程实现。
[0040]本实施例的混合三相磁轴承实现位移传感的工作原理:当混合三相磁轴承的转子发生偏移时，也就时被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压(电流)变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压(电流)信号，通过对该信号的处理达到对磁轴承的控制。
【主权项】
1.一种混合三相磁轴承，包括定子铁芯和转子，所述转子位于定子铁芯的内孔，其特征在于: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。2.如权利要求1所述的混合三相磁轴承，其特征在于:所述定子铁芯与磁轴承端盖之间设有垫圈铝环。3.如权利要求1或2所述的混合三相磁轴承，其特征在于: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。4.如权利要求1或2所述的混合三相磁轴承，其特征在于:所述电磁铁的线圈分别与三相交流逆变器连接。5.如权利要求1或2所述的混合三相磁轴承，其特征在于:所述永磁体为钕铁硼永磁体。6.如权利要求1或2所述的混合三相磁轴承，其特征在于:磁环采用异极型结构，两片定子铁芯的磁路完全相反。7.如权利要求1或2所述的混合三相磁轴承，其特征在于: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。8.如权利要求7述的混合三相磁轴承，其特征在于: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。
【专利摘要】一种混合三相磁轴承，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。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。
【IPC分类】F16C32/04
【公开号】CN205064587
【申请号】CN201520804349
【发明人】胡雄心, 郎成业, 王鹏飞
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年10月16日