专利名称：五自由度磁悬浮单片dlp色轮驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字光处理技术领域的单片DLP(Digital Light Procession，即数字光处理)色轮驱动系统，具体是一种五自由度磁悬浮单片DLP色轮驱动系统。
背景技术：
色轮是单片DLP投影机中独有的重要设备，它的作用就是将光源产生的白光分解为RGB三原色，提供给成像器件用于图像显示输出。作为单片DLP投影机中唯一的高速旋转设备，色轮对支承轴承的承受转速、精确性和稳定性都有着极高的要求。传统的机械轴承由于定子与转子之间存在机械接触，在转速较高时存在着高能耗、高噪音的缺点，并且需要润滑和冷却。而投影机由于高压汞灯或氙灯光源的存在，本身就是一个巨大热源，支承轴承的工作环境相当恶劣，投影机设计生产时必须完善轴承的冷却、维护、更换等条件，增加了单片DLP投影机小型化的难度。磁轴承技术的基本原理是利用定子铁心与转子铁心之间的磁场力来实现转轴的无接触支承。由于定、转子之间没有机械接触，磁轴承能承受的转速上限极高，只受制于转子材料本身刚性限制，在相同轴颈下，磁轴承能承受的转速比滚珠轴承大约高5倍，比流体动压滑动轴承高2. 5倍；磁轴承功耗低，实验表明同等负载条件下，磁轴承的功耗是流体动压滑动轴承功耗的109Γ20% ；磁轴承精度高，其动态和静态性能均能实时可控，其回转精度可以达到0. 1 μ m或更高；磁轴承适用工况范围广，对于极端高温和低温都有良好的适应性。由于磁轴承的以上特点，如果能够将磁轴承应用于单片DLP投影机的色轮驱动， 则具有普通轴承不可比拟的优势，值得进一步技术开发。根据悬浮力是否可控，磁轴承可分为被动型和主动型两种类型。被动型磁轴承主要利用磁性材料之间固有的斥力或吸力(如永磁材料之间，永磁材料与软磁材料之间)来实现转轴的悬浮，其结构简单，功率损耗少。主动型磁轴承主要是通过主动控制定、转子之间的磁场力来实现转轴的稳定悬浮，具有刚度大、悬浮精度高的优点。根据Earnshaw的理论，单纯采用被动型磁轴承是无法实现转子五个自由度的全部悬浮，因此若要实现色轮转子的五自由度悬浮，则所采用的支承系统同中必须有主动型磁轴承的存在，但是，若在多个自由度采用主动型磁轴承，则会增加控制系统的规模，导致磁轴承系统的使用和运行成本较高。因此如何设计出一种结构简单的利用磁悬浮技术的色轮驱动系统成为一大难点。
发明内容
发明目的本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种五自由度磁悬浮单片DLP色轮驱动系统。为了解决上述技术问题，本发明公开了一种五自由度磁悬浮单片DLP色轮驱动系统，包括色轮和穿过色轮的主轴，位于色轮的一侧主轴上还依次设置有被动型径向磁轴承A转子、驱动电机转子、被动型径向磁轴承B转子、主动型轴向磁轴承定子B以及主动型轴向磁轴承转子，所述主动型轴向磁轴承转子的另一侧设置有主动型轴向磁轴承定子A ； 所述被动型径向磁轴承A转子外圈设置有被动型径向磁轴承A定子； 所述驱动电机转子外圈设有驱动电机定子；
所述被动型径向磁轴承B转子外圈设置有被动型径向磁轴承B定子。本发明中，所述被动型径向磁轴承A转子外端面与被动型径向磁轴承A定子内端面之间留有气隙。本发明中，所述驱动电机转子外端面与驱动电机定子内端面之间留有气隙。本发明中，所述被动型径向磁轴承B转子外端面与被动型径向磁轴承B定子内端面之间留有气隙。本发明中，所述主动型轴向磁轴承转子两侧面与主动型轴向磁轴承定子A和主动型轴向磁轴承定子B之间留有气隙。本发明中，所述气隙的宽度在0.3 1. 5mm之间，上述气隙的作用主要是作为磁场能量存储的介质。基于上述结构，本发明的磁悬浮风力发电机具有以下优点本发明利用两个被动型径向磁轴承实现转子在四个径向自由度上的悬浮，利用一个主动型轴向磁轴承实现转子在轴向自由度的悬浮，不但实现了转子的全悬浮，减少了维护成本、摩擦损耗，而且简化了磁轴承系统的结构，降低了磁轴承系统的能量损耗。相对于传统的单片DLP色轮驱动系统， 本发明具有噪音小、系统结构简单以及使用与运行成本低等众多优点，具有广阔的市场应用前景。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和 /或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1是本发明结构示意图。图2为本发明中主动型轴向磁轴承的参数示意图。
具体实施例方式图1中标号名称1、色轮。2、被动型径向磁轴承A定子。3、驱动电机定子。4、被动型径向磁轴承B定子。5、主轴。6、主动型轴向磁轴承定子A。7、主动型轴向磁轴承转子。 8、主动型轴向磁轴承定子B。9、被动型径向磁轴承B转子。10、驱动电机转子。11、被动型径向磁轴承A转子。如图1所示，驱动电机定子3位于被动型径向磁轴承A定子2、被动型径向磁轴承 B定子4之间。主动型轴向磁轴承转子7、被动型径向磁轴承B转子9、驱动电机转子10、被动型径向磁轴承A转子11均套装在主轴5外部，其内端面均与主轴5的外端面接触。其中， 被动型径向磁轴承A转子11位于被动型径向磁轴承A定子2内端面形成的轴孔中，且被动型径向磁轴承A转子11外端面与被动型径向磁轴承A定子2内端面之间存在微小气隙；驱动电机转子10位于驱动电机定子3内端面形成的轴孔中，且驱动电机转子10外端面与驱动电机定子3内端面之间存在微小气隙；被动型径向磁轴承B转子9位于被动型径向磁轴承B定子4内端面形成的轴孔中，且被动型径向磁轴承B转子9外端面与被动型径向磁轴承B定子4内端面之间存在微小气隙；主动型轴向磁轴承转子7位于主动型轴向磁轴承定子A6和主动型轴向磁轴承定子B8之间，且主动型轴向磁轴承转子7右侧面与主动型轴向磁轴承定子A6左侧面与之间、主动型轴向磁轴承转子7左侧面与主动型轴向磁轴承定子B8 右侧面与之间均存在微小气隙；色轮1安装在主轴5的最左端。本发明利用被动型径向磁轴承A定子2与被动型径向磁轴承A转子11之间的相互作用、被动型径向磁轴承B定子4与被动型径向磁轴承B转子9之间的相互作用实现主轴5在径向四个自由度上的被动悬浮，利用主动型轴向磁轴承转子7与主动型轴向磁轴承定子A6、主动型轴向磁轴承定子B8之间的相互作用实现主轴5轴向自由度的主动悬浮。
实施例本实施例取色轮实际应用产品中的较大尺寸和质量作为负载，即直径100mm，总质量20g，速度要求为8倍速，即^800rpm。被动型磁轴承由套在一起的两个钕铁硼磁体 NdFeB制成的永磁环组成，两个磁环之间的气隙长度为0. 2mm，径向充磁，永磁材料剩余磁通密度Br=L 2T，矫顽力H。=900kA/m。定子磁环外径11. 4mm,内径7. 4mm,转子磁环外径7mm， 内径3mm，轴向长度均为2mm，利用有限元分析软件对其位移刚度进行计算可得轴向位移刚度Ka -1. 2X 103N/m，径向位移刚度& 0. 6X 103N/m。主动型轴向磁轴承的参数如图2 所示。根据有限元仿真结果，主动型轴向磁轴承的轴向最大承载力为12. 7N。与采用普通的机械轴承相比，采用磁悬浮轴承没有任何机械摩擦，其功耗仅是机械轴承的20%，并且可在额定转速下运行上万小时。本发明提供了一种五自由度磁悬浮单片DLP色轮驱动系统的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
权利要求
1.一种五自由度磁悬浮单片DLP色轮驱动系统，包括色轮(1)和穿过色轮(1)的主轴 (5)，其特征在于位于色轮(1)的一侧主轴(5)上还依次设置有被动型径向磁轴承A转子 (11)、驱动电机转子(10)、被动型径向磁轴承B转子(9)、主动型轴向磁轴承定子B (8)以及主动型轴向磁轴承转子(7)，所述主动型轴向磁轴承转子(7)的另一侧设置有主动型轴向磁轴承定子A (6)；所述被动型径向磁轴承A转子(11)外圈设置有被动型径向磁轴承A定子(2)；所述驱动电机转子(10)外圈设有驱动电机定子(3)；所述被动型径向磁轴承B转子(9)外圈设置有被动型径向磁轴承B定子(4)。
2.如权利要求1所述的五自由度磁悬浮单片DLP色轮驱动系统，其特征在于所述被动型径向磁轴承A转子(11)外端面与被动型径向磁轴承A定子(2)内端面之间留有气隙。
3.如权利要求1所述的五自由度磁悬浮单片DLP色轮驱动系统，其特征在于所述驱动电机转子(10)外端面与驱动电机定子(3)内端面之间留有气隙。
4.如权利要求1所述的五自由度磁悬浮单片DLP色轮驱动系统，其特征在于所述被动型径向磁轴承B转子(9)外端面与被动型径向磁轴承B定子(4)内端面之间留有气隙。
5.如权利要求1所述的五自由度磁悬浮单片DLP色轮驱动系统，其特征在于所述主动型轴向磁轴承转子(7)两侧面与主动型轴向磁轴承定子A (6)和主动型轴向磁轴承定子 B (8)之间留有气隙。
6.如权利要求2至5中任意一项所述的五自由度磁悬浮单片DLP色轮驱动系统，其特征在于所述气隙的宽度在0. 3^1. 5mm之间。
全文摘要
本发明公开了五自由度磁悬浮单片DLP色轮驱动系统，包括色轮和穿过色轮的主轴，位于色轮的一侧主轴上还依次设置有被动型径向磁轴承A转子、驱动电机转子、被动型径向磁轴承B转子、主动型轴向磁轴承定子B以及主动型轴向磁轴承转子，所述主动型轴向磁轴承转子的另一侧设置有主动型轴向磁轴承定子A；所述被动型径向磁轴承A转子外圈设置有被动型径向磁轴承A定子；所述驱动电机转子外圈设有驱动电机定子；所述被动型径向磁轴承B转子外圈设置有被动型径向磁轴承B定子。本发明实现了转子的全悬浮，降低了系统运行的噪音，简化了磁轴承系统的结构，降低了使用成本。
文档编号H02N15/00GK102360109SQ20111025030
公开日2012年2月22日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者余思琛, 李晓杰, 章振生 申请人:中国电子科技集团公司第二十八研究所