一种无接触式主被动混合控制的水平轴向定位装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种轴向定位装置，特别是一种无接触式主被动混合控制的水平轴向定位装置。
【背景技术】
[0002]在很多工业设备中，旋转主轴需要进行高速、长寿命运动，且可能存在较大的轴向冲击力，传统的轴向定位方式是采用接触式定位装置，如润滑旋转轴承，但其在高速转动和轴向冲击的作用下，易产生疲劳失效，难以满足长寿命、高精度的定位要求。
[0003]采用无接触式轴向定位装置可实现上述要求，现有结构使用驱动电机或电磁铁来进行轴向无接触式定位控制，但当旋转轴存在较大的轴向冲击时，上述结构会使得电机负载过大，一方面会使得驱动电机能耗升高，不利于节能降耗，另一方面会导致电机发热严重，影响环境温度，造成非接触式测量误差，进而降低轴向定位精度。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种无接触式主被动混合控制的水平轴向定位装置，解决采用现有结构，当旋转轴存在较大的轴向冲击时，上述结构会使得电机负载过大，一方面会使得驱动电机能耗升高，不利于节能降耗，另一方面会导致电机发热严重，影响环境温度，造成非接触式测量误差，进而降低轴向定位精度的问题。
[0005]—种无接触式主被动混合控制的水平轴向定位装置，包括:磁轴承单元和定位装置基座，其中磁轴承单元由定子和转子两部分组成，定子，包括:环形线圈绕组、空心圆柱永磁体和位置传感器，转子，包括:外圆环永磁体、内圆环永磁体、传感器反射板和隔磁材料板。
[0006]两个磁轴承单元对称安装在旋转轴的两端，且与旋转轴同轴；两个磁轴承单元定子上的空心圆柱永磁体均与定位装置基座固定连接，位置传感器安装在空心圆柱永磁体的中心，环形线圈绕组安装在定位装置基座上，空心圆柱永磁体、环形线圈绕组的中心轴线均与旋转轴的轴线重合。隔磁材料板固定连接在旋转轴的端面上，外圆环永磁体和内圆环永磁体固定连接在隔磁材料板上，隔磁材料板、外圆环永磁体和内圆环永磁体均与旋转轴同轴安装，传感器反射板固定连接在隔磁材料板的中心。
[0007]该定位装置采用永久磁体提供轴向偏置力，实现旋转轴的轴向被动控制。磁轴承单元定子上空心圆柱永磁体沿轴向充磁，靠近定位装置基座的面为N极，远离定位装置基座的面为S极；磁轴承单元转子上的外圆环永磁体和内圆环永磁体沿径向充磁，靠近中心的面为S极，远离中心的圆柱面为N极。磁轴承单元的定子与转子之间存在轴向斥力，当轴向无外部冲击作用时，两个磁轴承单元的斥力相同，作用在旋转轴上的合力为零，旋转轴处于平衡状态。当旋转轴受外部冲击产生轴向位移时，两个磁轴承单元的轴向合力将不为零，合力方向与旋转轴位移方向相反，推动旋转轴回到初始平衡状态。
[0008]该定位装置采用环形线圈绕组提供主动的轴向驱动力，实现旋转轴的轴向主动控制。位置传感器测量旋转轴相对于定位装置基座的轴向位移，并利用该位移产生控制信号，将该控制信号放大成相应幅值的控制电流，输入至环形线圈绕组，产生轴向洛仑兹力，实现旋转轴的轴向闭环反馈控制。
[0009]采用非接触式主被动混合控制的轴向定位装置可有效避免上述问题，采用永久磁体提供被动的轴向偏置力，克服较大的轴向扰动力，采用洛伦兹电机提供主动的轴向控制力，克服轴向漂移，两者相互配合可实现轴向长寿命、高精度、低能耗定位。
【附图说明】
[0010]图1 一种无接触式主被动混合控制的水平轴向定位装置中心剖面示意图；
图2 —种无接触式主被动混合控制的水平轴向定位装置主动控制原理框图。
[0011]1.旋转轴2.外圆环永磁体3.环形线圈绕组4.内圆环永磁体5.空心圆柱永磁体6.位置传感器7.定位装置基座8.传感器反射板9.隔磁材料板。
【具体实施方式】
[0012]—种无接触式主被动混合控制的水平轴向定位装置，包括:磁轴承单元和定位装置基座7，其中磁轴承单元由定子和转子两部分组成，定子，包括:环形线圈绕组3、空心圆柱永磁体5和位置传感器6，转子，包括:外圆环永磁体2、内圆环永磁体4、传感器反射板8和隔磁材料板9。
[0013]两个磁轴承单元对称安装在旋转轴1的两端，且与旋转轴1同轴；两个磁轴承单元定子上的空心圆柱永磁体5均与定位装置基座7固连，位置传感器6安装在空心圆柱永磁体5的中心，环形线圈绕组3安装在定位装置基座7上，空心圆柱永磁体5、环形线圈绕组3的中心轴线均与旋转轴1的轴线重合。隔磁材料板9固定连接在旋转轴1的端面上，外圆环永磁体2和内圆环永磁体4固定在隔磁材料板9上，隔磁材料板9、外圆环永磁体2和内圆环永磁体4均与旋转轴1同轴安装，传感器反射板8固定连接在隔磁材料板9的中心。
[0014]该定位装置采用永久磁体提供轴向偏置力，实现旋转轴1的轴向被动控制。磁轴承单元定子上空心圆柱永磁体5沿轴向充磁，靠近定位装置基座7的面为N极，远离定位装置基座7的面为S极；磁轴承单元转子上的外圆环永磁体2和内圆环永磁体4沿径向充磁，靠近中心的面为S极，远离中心的圆柱面为N极。磁轴承单元的定子与转子之间存在轴向斥力，当轴向无外部冲击作用时，两个磁轴承单元的斥力相同，作用在旋转轴1上的合力为零，旋转轴1处于平衡状态。当旋转轴1受外部冲击产生轴向位移时，两个磁轴承单元的轴向合力将不为零，合力方向与旋转轴1位移方向相反，推动旋转轴1回到初始平衡状态。
[0015]该定位装置采用环形线圈绕组3提供主动的轴向驱动力，实现旋转轴1的轴向主动控制。位置传感器6测量旋转轴1相对于定位装置基座7的轴向位移，并利用该位移产生控制信号，将该控制信号放大成相应幅值的控制电流，输入至环形线圈绕组3，产生轴向洛仑兹力，实现旋转轴1的轴向闭环反馈控制。
【主权项】
1.一种无接触式主被动混合控制的水平轴向定位装置，其特征在于包括:磁轴承单元和定位装置基座(7)，其中磁轴承单元由定子和转子两部分组成，定子，包括:环形线圈绕组(3)、空心圆柱永磁体(5)和位置传感器(6)，转子，包括:外圆环永磁体(2)、内圆环永磁体(4 )、传感器反射板(8 )和隔磁材料板(9 ); 两个磁轴承单元对称安装在旋转轴(1)的两端，且与旋转轴(1)同轴；两个磁轴承单元定子上的空心圆柱永磁体(5)均与定位装置基座(7)固定连接，位置传感器(6)安装在空心圆柱永磁体(5)的中心，环形线圈绕组(3)安装在定位装置基座(7)上，空心圆柱永磁体(5)、环形线圈绕组(3)的中心轴线均与旋转轴(1)的轴线重合；隔磁材料板(9)固定连接在旋转轴(1)的端面上，外圆环永磁体(2)和内圆环永磁体(4)固定连接在隔磁材料板(9)上，隔磁材料板(9 )、外圆环永磁体(2 )和内圆环永磁体(4)均与旋转轴(1)同轴安装，传感器反射板(8)固定连接在隔磁材料板(9)的中心； 该定位装置采用永久磁体提供轴向偏置力，实现旋转轴(1)的轴向被动控制；磁轴承单元定子上空心圆柱永磁体(5)沿轴向充磁，靠近定位装置基座(7)的面为N极，远离定位装置基座(7)的面为S极；磁轴承单元转子上的外圆环永磁体(2)和内圆环永磁体(4)沿径向充磁，靠近中心的面为S极，远离中心的圆柱面为N极；磁轴承单元的定子与转子之间存在轴向斥力，当轴向无外部冲击作用时，两个磁轴承单元的斥力相同，作用在旋转轴(1)上的合力为零，旋转轴(1)处于平衡状态；当旋转轴(1)受外部冲击产生轴向位移时，两个磁轴承单元的轴向合力将不为零，合力方向与旋转轴(1)位移方向相反，推动旋转轴(1)回到初始平衡状态； 该定位装置采用环形线圈绕组(3)提供主动的轴向驱动力，实现旋转轴(1)的轴向主动控制；位置传感器(6)测量旋转轴(1)相对于定位装置基座(7)的轴向位移，并利用该位移产生控制信号，将该控制信号放大成相应幅值的控制电流，输入至环形线圈绕组(3)，产生轴向洛仑兹力，实现旋转轴(1)的轴向闭环反馈控制。
【专利摘要】本发明公开了一种无接触式主被动混合控制的水平轴向定位装置，包括：磁轴承单元和定位装置基座，其中磁轴承单元由定子和转子两部分组成，定子，包括：环形线圈绕组、空心圆柱永磁体和位置传感器，转子，包括：外圆环永磁体、内圆环永磁体、传感器反射板和隔磁材料板。两个磁轴承单元对称安装在旋转轴的两端，且与旋转轴同轴；两个磁轴承单元定子上的空心圆柱永磁体均与定位装置基座固定连接，隔磁材料板固定连接在旋转轴的端面上，外圆环永磁体和内圆环永磁体固定连接在隔磁材料板上。本发明实现无接触轴向定位，具有轴向定位精度高、使用寿命长、轴向承载能力大和低功耗的优点。
【IPC分类】H02K7/09, H02K7/08
【公开号】CN105281490
【申请号】CN201510850827
【发明人】余东东, 马俊, 魏慧 , 张聪, 魏厚震
【申请人】北京机械设备研究所
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月30日