一种小型电磁轴承—转子系统设计与实验研究

发布时间：2021-08-01 23:03

　　电磁轴承以其无摩擦、无须润滑等优点,能够满足许多应用场合的特殊工况需求。为了尽可能缩小轴承尺寸,适应人工心脏、磁悬浮硬盘、陀螺仪等小型应用场合,探索小型电磁轴承的设计方法和过程,设计了一种新型结构的小型电磁轴承并进行了实验研究。传统电磁轴承一般要做五个自由度的主动控制,需要五组轴承和传感器,轴承尺寸很难缩小。为了利于缩小轴承尺寸,对轴承和传感器数量进行了精简。仅采用一个平面内的两组轴承作为支承,对该平面上的两个自由度进行主动控制,称该平面为主控平面。其余三个自由度实现被动的悬浮,其约束力由主控平面内两组轴承产生的电磁力的分力提供。采用基于ANSYS的有限元电磁场分析方法对轴向承载力进行了计算,证明了这种结构的可行性。为使磁滞损耗尽可能小,定子与传感器磁极均沿转子轴线布置。转子采用一体的导磁材料,有利于降低加工难度和提高结构强度。设计了差动电感式传感器,对传感器原理进行了理论分析,并对电感进行了实验测量,在此基础上设计了传感器电路;传感器铁芯与磁极铁芯间隔布置,通过对传感器信号的处理,可得到转子在主控平面内的坐标以及垂直主控平面的位移。设计制作了线性功率放大器,调试中对自激振荡进行了有效... 

【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

五自由度电磁悬浮轴承工作原理

要实现五个自由度的完全主动控制，需要两个径向轴承和一个轴向轴承，使得轴向尺寸很难缩小；其次，在每个自由度上都要有一个位置传感器测量转子的位置，为了提高测量精度电磁轴承中普遍采用差动传感器，这样使得传感器的数量加倍，这也为小型化带来了困难。2.2 精简设计的电磁轴承-转子系统2.2.1 结构简介图 2.2 是本文设计的小型电磁轴承-转子系统结构图，定子固定在底座上，转子与保护轴固定由压顶限制其位置，实验中为了观察和测试方便可拆掉保护轴和压顶；定子采用 15 号钢加工，转子采用纯铁加工，这两种材料都是导磁良好的硬磁材料；底座下方留有走线槽，便于电磁铁和传感器的电缆线引出实验台架。

表2.1 轴承参数表量 值径 39mm径 38mm度 10mm量 m 27.3g积 Al30.5mm2匝数 n 80线匝数 210绍可知，要想缩小轴承尺寸，必须对轴承数量进装问题。如图 2.3 所示，本设计只采用一个径向轴大大缩小轴承的轴向尺寸，精简轴承结构。由于轴个系统的功率，减轻电控系统的负担。

【参考文献】：
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本文编号：3316402