一种基于力反馈控制的磁力轴承的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轴承技术领域，具体的涉及一种基于力反馈控制的磁力轴承。
【背景技术】
[0002] 机构的圆周旋转运动极为普通，轴承得到广泛应用。应用最为普遍的是机械接触 式轴承，包括向心球轴承、角接触轴承、滑动轴承等，此类轴承最大特点是有机械直接接触， 接触时相互间有径向压力，从而会有一定的摩擦力，因此会导致较大的发热与机械磨损，需 经常润滑保养等。在高速运动场合，为了减少磨损，常常用到油膜轴承。油膜轴承是一种以 润滑油作为介质的径向滑动轴承，其工作原理是:在旋转过程中，旋转的轴颈把有粘度的润 滑油从发散区带入收敛区，形成一种油楔，使润滑油内产生压力，使得油膜轴承与轴颈完全 被润滑油隔开，形成全流体润滑。油膜轴承技术复杂，易烧瓦损坏，需要复杂的油路系统和 保护系统。磁浮轴承是一种新式轴承，这种轴承的定转子之间通过电磁力来传力，因此，定 转子之间没有机械接触，可以做到完全无磨损。
[0003] 电磁式主动控制轴承(简称电磁轴承)是一种重要的磁浮轴承。这种轴承的电磁力 是由电磁铁产生的，该力的大小和稳定性由悬浮控制器来控制。其工作原理是，悬浮控制器 不断采集旋转轴的径向间隙数据，根据径向间隙，按照反馈控制原理，动态调整各方向的电 磁力大小，从而将转轴稳定地悬浮在轴向圆周的中心位置。为了在非工作状态下，实现对转 子的支撑，同时也为了防止在使用过程中磁浮轴承失效，在这种轴承中通常还要安装辅助 轴承。在工作状态下，转子与辅助轴承之间保有间隙而不接触。在悬浮控制器的作用下，电 磁轴承的定转子之间相当于是通过无形的电磁弹簧来连接的，而电磁弹簧的刚度不能无限 提高，使得转轴在其径向有较大的活动自由度，在受到扰动时会出现较大的轴跳，这将引起 一系列问题，严重制约了电磁轴承的使用范围。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种基于力反馈控制的磁力轴承，该发明解决了现有技术 中磁浮轴承的转子在径向有较大的运动自由度，导致使用时易出现轴跳的技术问题。
[0005] 本发明提供一种基于力反馈控制的磁力轴承，包括依序套设于转轴一端上的辅助 支承测力组件和电磁支承组件，辅助支承测力组件中容纳设有辅助轴承和设置于辅助轴承 外周的多个测力传感器;辅助轴承套设于转轴上;辅助支承测力组件用于测量转轴作用于 辅助轴承上的沿辅助轴承径向的力，该力被辅助支承测力组件分解为正交的X向力和Y向 力；电磁支撑组件，用于产生作用于转轴的电磁力；依据转轴受力平衡原则，采用积分控制 得到的公式(6)，以对X向力或Y向力进行控制：
[0006]
[0007]其中，Fs为辅助轴承外圈对转轴的支承力，Fd为未知干扰力，S为拉普拉斯算子，
，y〇是真空中的磁导率，A是磁极面积，N是线圈0?数，δ为电磁铁磁极和吸力盘 之间的气隙的长度，ic= = iu+id，iu为上电磁铁电流，id为下电磁铁电流，i。为一个保持不变的 常值;据公式(6)控制Κα，使电磁支承组件产生一个与Fs方向相反的力，作用于转轴上，使X 向力或Y向力近似为0。
[0008] 进一步地，辅助支承测力组件还包括套设于辅助轴承外壁上的滑动传力块、用于 测量滑动传力块横向力的X传力框、外座和用于测量滑动传力块纵向力的Y传力框，X传力框 和Y传力框容纳于外座内，X传力框和Y传力框并排套设于滑动传力块的外壁上。
[0009] 进一步地，X传力框的横向上设置有多个与外座和X传力框测力连接的测力传感 器;Y传力框的纵向上设置多个与外座和Y传力框测力连接的测力传感器。
[0010] 进一步地，X传力框的内壁与滑动传力块之间在其纵向上设有间隙;γ传力框的内 壁与滑动传力块之间在其横向上设有间隙。
[0011] 进一步地，电磁支承组件包括套设于转轴上的吸力盘、与吸力盘正对设置的电磁 铁定子铁芯和绕设于电磁铁定子铁芯外壁上的电磁线圈，吸力盘与电磁铁定子铁芯间隔设 置。
[0012] 进一步地，还包括用于驱动转轴的电机组件，电机组件包括套设于转轴上的电机 转子和与电机转子正对设置的电机定子组件，电机定子组件带动电机转子转动。
[0013] 本发明的另一方面还提供了一种如上述基于力反馈控制的磁力轴承的辅助轴承 支撑力控制方法，包括以下步骤：
[0014] 步骤S100:测量磁力轴承的辅助轴承所受沿其径向的力；
[0015] 步骤S200:依据转轴受力平衡原则，将转轴作用于辅助轴承上的沿辅助轴承径向 的力正交分解为X向力和Y向力，采用积分控制得到的公式(6 )，对X向力或Y向力进行控制：
[0016]
[0017]其中，Fs为辅助轴承外圈对转轴的支承力，Fd为未知干扰力，s为拉普拉斯算子，
I真空中的磁导率，A是磁极面积，N是线圈匝数，δ为电磁铁磁极和吸力盘 之间的气隙的长度，ic^ = iu+id，iu为上电磁铁电流，id下电磁铁电流，i。为一个保持不变的常 值；
[0018] 步骤S300:据公式(6)控制KCI，使电磁支承组件产生一个与Fs方向相反的力，作用 于转轴上，使X向力或Y向力近似为0。
[0019] 本发明的技术效果：
[0020] 本发明提供基于力反馈控制的磁力轴承通过具有压力检测功能的辅助支撑测力 组件检测出转轴对辅助轴承施加的径向压力值，根据该压力值的方向和大小，控制电磁结 构对转轴产生反向力，从而使得辅助轴承与转轴之间没有径向压力，从而减少了磁力轴承 使用过程中的轴跳问题。
[0021] 具体请参考根据本发明的基于力反馈控制的磁力轴承提出的各种实施例的如下 描述，将使得本发明的上述和其他方面显而易见。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明提供的基于力反馈控制的磁力轴承主视剖视示意图；
[0023] 图2是本发明提供的辅助支承测力组件的分解爆炸示意图；
[0024] 图3是本发明提供的辅助支承测力组件的X向传感器组装立体示意图；
[0025] 图4是本发明提供的辅助支承测力组件的X向传感器示意图；
[0026]图5是本发明提供的辅助支承测力组件的X向传力示意图；
[0027] 图6是本发明提供的辅助支承测力组件的Y向传感器组装立体示意图；
[0028] 图7是本发明提供的辅助支承测力组件的Y向传感器示意图；
[0029]图8是本发明提供的辅助支承测力组件的Y向传力示意图；
[0030] 图9是本发明提供的电磁支承组件的定转子结构示意图；
[0031] 图10是由运算放大器构成的积分器的结构示意图。
[0032]图例说明：
[0033] 1、辅助支承测力组件；11、辅助轴承；12、滑动传力块；13、X传力框；131、第一 X向力 传感器；132、第二X向力传感器；133、第三X向力传感器；134、第四X向力传感器；14、Y传力 框；141、第一 Υ向力传感器；142、第二Υ向力传感器；143、第三Υ向力传感器；144、第四Υ向力 传感器；15、外座;2、电磁支承组件;21、吸力盘;22、电磁铁定子铁芯;23、电磁线圈；24、电磁 控制器;3、转轴;4、电机组件;41、电机转子;42、电机定子组件。
【具体实施方式】
[0034]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0035]参见图1，本发明提供的基于力反馈控制的磁力轴承套设于转轴3上，包括用于支 撑转轴3并测量转轴3所受力的辅助支承测力组件1、电磁支承组件2和用于驱动转轴3的电 机组件4。转轴3的两相对端分别对称地设置了两组辅助支承测力组件1和两组电磁支承组 件2。从而实现对转轴3平衡地测力。当然如果需要对转轴3进行轴向力检测和平衡时，仅需 在转轴3的两相对端面上设置相应的辅助支承测力组件1和电磁支承组件2即可。以下描述 为简便，仅以径向测力结构的一侧装置进行说明。电机组件4包括套设于转轴3上的电机转 子41和与电机转子41正对设置的电机定子组件42。该结构可以为常规结构。
[0036]参见图2,辅助支承测力组件1包括套设于转轴3外壁上的辅助轴承11、套设于辅助 轴承11外壁上的滑动传力块12、依序套设于滑动传力外壁上的X传力框13以及Υ传力框14、Χ 传力框13以及Υ传力框14容