[发明专利]反向差动驱动的磁力轴承

说明书

技术领域

本发明涉及轴承领域，特别是涉及一种反向差动驱动的磁力轴承和将反向差动驱动方式用于磁力轴承。

背景技术

磁力轴承是利用电磁力将转子悬浮于空间、使转子和定子之间实现无接触支承的一种新型高性能轴承。磁力轴承与普通轴承相比，磁力轴承主要有高转速、无接触、无润滑、可对转子位置进行控制等优点。

控制系统是磁力轴承系统中很重要的一环，控制系统的好坏直接影响到整个系统的性能，包括稳定性、动刚度、抗干扰能力等。在常规的磁力轴承应用系统中，磁力轴承一般采用差动激磁驱动。所谓的差动激磁驱动就是磁力轴承在某一个受约束的自由度方向上有两个作用力方向相反的磁铁同时工作。这样布局使得磁力轴承在该自由度方向上既能产生正向力，又能产生反向力。

常规差动驱动控制的磁力轴承，其工作原理是：如图1中所示为磁力轴承转子受外力作用，偏离平衡位置向y轴负方向移动，磁力轴承的上面一个磁铁以偏置电流i₀与控制电流i_y之和(i₀+i_y)激磁，磁力轴承的下面一个磁铁以偏置电流i₀与控制电流i_y之差(i₀-i_y)激磁。磁力轴承在y轴方向上的电磁力变化克服磁悬浮转子所受的外力，将其拉回到平衡位置。

常规磁力轴承定子中电磁铁具有感性负载的特性，在同样的激磁条件下，电感越大其电磁力也越大，但电感越大其电磁力的变化率越小。而磁力轴承的工作条件要求磁力轴承既有大的电磁力、又有快的电磁力变化率。

常规差动驱动控制的磁力轴承，主要由定子、转子、传感器、控制器、功率放大器等组成。其主要的缺陷是：磁力轴承的电磁力变化较慢，磁力轴承的动态特性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对常规差动驱动控制的磁力轴承存在的缺陷，提供一种反向差动驱动的磁力轴承，以一种能更好地满足磁力轴承工作条件的驱动控制方法，改进磁力轴承的动态特性。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供了以下两种反向差动驱动控制的磁力轴承：

第一种反向差动驱动控制的磁力轴承，包括定子、转子、传感器、控制器、功率放大器。在该磁力轴承约束的自由度方向上两个位置相对的电磁铁中，分别缠绕一组大匝数线圈和一组小匝数线圈，同一电磁铁中的大匝数线圈和小匝数线圈缠绕方向相反；大匝数线圈分别与相对方向电磁铁上的小匝数线圈串联，并且以同一功率放大器驱动；两个相对的电磁铁以大小相等方向相反的控制电流激磁。

第二种反向差动驱动控制的磁力轴承，包括定子、转子、传感器、控制器、功率放大器。在该磁力轴承约束的自由度方向上两个位置相对的电磁铁中，分别缠绕一组大匝数线圈和一组小匝数线圈，同一电磁铁中的大匝数线圈和小匝数线圈缠绕方向相反；两个位置相对的电磁铁中的大匝数线圈分别以两个功率放大器驱动，两个位置相对的电磁铁中的小匝数线圈分别以两个功率放大器驱动；两个相对的电磁铁的大匝数线圈以大小相等方向相反的控制电流激磁，两个相对的电磁铁的小匝数线圈分别以与大匝数线圈控制电流方向相反、大小任意的控制电流激磁。

本发明与常规差动驱动的磁力轴承相比，主要有以下的显著效果：反向差动驱动的磁力轴承在工作时，电磁力可以更迅速地变化，提高了磁力轴承的动态特性。反向差动驱动的磁力轴承在超调量、调整时间、稳态误差等方面均优于常规差动驱动的磁力轴承。

附图说明

图1为常规差动驱动控制的磁力轴承原理图。

图2为单功率放大器反向差动驱动控制的磁力轴承原理图。

图3为双功率放大器反向差动驱动控制的磁力轴承原理图。

具体实施方式

本发明提出了一种全新的用于主动磁力轴承的反向差动驱动方式。其主要特点是：1.定子由多对电磁铁组成，最常见为两对，在每个电磁铁中增加反向差动线圈；2.采用反向差动控制方法来驱动磁力轴承；3.具有反向差动线圈的磁力轴承，既可以采用单功率放大器也可以双功率放大器来驱动。本发明提供了以下两种反向差动驱动控制的磁力轴承。