CN100392768C - 磁悬浮硬盘单自由度性能实验台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实验台。磁悬浮硬盘单自由度性能实验台，涉及检测机械部分，其特征是：检测机械部分包括底板(1)、支撑轴(2)、下托盘(3)、隔套(4)、上托盘(5)、螺母(6)、直线轴承(15)、磁装置，上托盘(5)上固定一直线轴承(15)，下托盘(3)上固定一直线轴承，中心轴(9)的上、下端部分别套在上托盘(5)上的直线轴承(15)、下托盘(3)上的直线轴承内；上托盘(5)设有直线轴承(15)处的下部设有磁装置腔，下托盘(3)设有直线轴承处的上部设有磁装置腔，磁装置位于上托盘(5)、下托盘(3)的磁装置腔之间。本发明可以做不同的轴向悬浮实验，测量转子静止条件下的特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验台，具体地讲涉及一种磁悬浮硬盘单自由度性能实验测试装置。
背景技术
探讨微型机电系统，磁悬浮光盘转子的机械性能、力学特性和尺寸效应，并实际研究磁悬浮光盘转子系统不仅具有较高的理论意义，而且具有较大的实用价值。将磁悬浮技术应用于硬盘光盘的支承，完全消除轴承与硬盘光盘转子的机械接触，不仅可以大幅度提高硬盘光盘转速，彻底解决硬盘光盘技术发展的瓶颈，还使得硬盘光盘驱动器具有精度高、发热少、功耗低、无噪声等其它轴承支承的硬盘和光盘驱动器无法比拟的特点。
从机械原理的角度来考察磁悬浮转子系统，要支承一个旋转主轴需要限制其5个自由度，但微小磁悬浮转子系统中由于紧凑狭小的空间结构特性不可避免地带来机械、电磁场、温度场错综复杂的耦合情况，给研究工作带来困难，为了解决这一问题，在分析现有的实际加工装配和控制能力的基础上，我们首先提出采取分布研究的方法，即先设计单自由度硬盘实验台，分析其机电耦合情况，在充分了解单自由度磁悬浮转子的基础上再进行多自由度控制磁悬浮硬盘的设计和耦合分析。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中心轴不旋转只能上下运动(转子静止)，通过主动控制达到轴向悬浮状态的磁悬浮硬盘单自由度性能实验台。通过选用不同的零件组合成不同的结构，可以在同一个实验台上做不同的轴向悬浮实验，测量转子静止条件下的特性。
本发明的技术方案是：磁悬浮硬盘单自由度性能实验台，涉及检测机械部分，其特征是：检测机械部分包括底板1、支撑轴2、下托盘3、隔套4、上托盘5、螺母6、直线轴承15、磁装置，底板1开有两个通孔，两个支撑轴2底部分别与底板1上的两个通孔紧配合安装，两个支撑轴2为台阶轴结构，上托盘5、下托盘3固定在支撑轴2上，上托盘5、下托盘3之间的支撑轴2上套有隔套4，上托盘5上面由螺母6紧定；上托盘5上固定一直线轴承15，下托盘3上固定一直线轴承，上托盘5上的直线轴承15与下托盘3上的直线轴承同中心轴线，中心轴9的上、下端部分别套在上托盘5上的直线轴承15、下托盘3上的直线轴承内，承重托盘7由螺钉与中心轴9的上端固定连接；上托盘5设有直线轴承15处的下部设有磁装置腔，下托盘3设有直线轴承处的上部设有磁装置腔，磁装置位于上托盘5、下托盘3的磁装置腔之间。
所述的磁装置包括轴向轴承定子10、永磁环13、隔磁铜套14，隔磁铜套14固定在上托盘5的磁装置腔内，隔磁铜套14内粘接有永磁环13，中心轴9的中部设有一凹槽，凹槽内粘接一永磁环，隔磁铜套14内的永磁环13位于中心轴9的凹槽内的永磁环的上方，隔磁铜套14内的永磁环13与中心轴9的凹槽内的永磁环的位置相对应；轴向推力盘12与中心轴9相套并固定连接，轴向轴承定子10位于轴向推力盘12的下方，轴向轴承定子10固定在下托盘3的磁装置腔内，轴向轴承定子10内缠绕有线圈11。
所述的磁装置包括永磁环13、隔磁铜套14，中心轴9的中部设有上、下凹槽，上、下凹槽内分别粘接永磁环13，上托盘5的磁装置腔、下托盘3的磁装置腔内分别固定有隔磁铜套14，隔磁铜套14内粘接有永磁环13，中心轴9的上凹槽内的永磁环13与上托盘5的磁装置腔内的隔磁铜套14内的永磁环13位于同一个平面上，并呈内外径向布置结构，中心轴9的下凹槽内的永磁环13与下托盘3的磁装置腔内的隔磁铜套14内的永磁环13位于同一个平面上，并呈内外径向布置结构。
所述的磁装置包括永磁环13、隔磁铜套14，中心轴9的中部设有上、下凹槽，上、下凹槽内分别粘接永磁环13，上托盘5的磁装置腔、下托盘3的磁装置腔内分别固定有隔磁铜套14，隔磁铜套14内粘接有永磁环13，中心轴9的上凹槽内的永磁环13位于上托盘5的磁装置腔内的隔磁铜套14内的永磁环13下方，并且位置相对应，中心轴9的下凹槽内的永磁环13位于下托盘3的磁装置腔内的隔磁铜套14内的永磁环13的上方，并且位置相对应。
所述的磁装置包括轴向轴承定子10，上托盘5的磁装置腔、下托盘3的磁装置腔内分别固定有轴向轴承定子10，轴向轴承定子10内缠绕有线圈11；轴向推力盘12与中心轴9相套并固定连接，上托盘5的磁装置腔内的轴向轴承定子10位于轴向推力盘12的上方，下托盘3的磁装置腔内的轴向轴承定子10位于轴向推力盘12的下方。
本发明能够充分有效地研究单自由度磁悬浮转子在不同参数条件下机械动态特性，不同磁场屏蔽条件下的磁场分布及温度场的分布情况，还可以模拟出在电磁、永磁、永磁电磁混合三种不同条件下磁悬浮转子的不同控制和机械动态特性。通过选用不同的零件组合成不同的结构，可以在同一个实验台上做不同的轴向悬浮实验，测量转子静止条件下的特性。通过该实验台可以全面地对单自由度磁悬浮转子进行分析和研究，在此基础上便于今后对五自由度磁悬浮硬盘转子的研究。
附图说明
图1是本发明的三维结构示意图
图2是本发明的总装配工程图
图3是图2局部放大图(永磁电磁混合控制结构图)
图4是转子三维示意图
图5是全永磁控制(内外径向永磁环)的结构示意图
图6是全永磁控制(径向永磁环相同)的结构示意图
图7是全电磁控制结构图
其中1-底板、2-支撑轴、3-下托盘、4-隔套、5-上托盘、6-螺母、7-承重托盘、8-间隙隔套、9-中心轴、10-轴向轴承定子、11-线圈、12-轴向推力盘、13-永磁环、14-隔磁铜套、15-直线轴承、16-螺钉、17-密封隔套。
具体实施方式
实例1：永磁电磁混合控制结构，如图1、图2、图3、图4所示，
磁悬浮硬盘单自由度性能实验台，由控制部分、检测机械部分组成，控制部分由位移传感器、A/D、DSP(数字信息处理器)、D/A及功率放大器构成，检测机械部分包括底板1、支撑轴2、下托盘3、隔套4、上托盘5、螺母6、直线轴承15、磁装置、螺钉16、密封隔套17，轴向推力盘12、承重托盘7、中心轴9构成转子，承重托盘7由螺钉与中心轴9的上端固定连接，轴向推力盘12与中心轴9相套并固定连接。底板1由4个螺栓固定在带有T型槽的支架上，底板1开有两个通孔，两个支撑轴2底部分别与底板1上的两个通孔紧配合安装，两个支撑轴2为台阶轴结构，上托盘5、下托盘3固定在支撑轴2上，上托盘5、下托盘3之间的支撑轴2上套有隔套4，上托盘5上面由螺母6紧定；上托盘5上由螺钉16固定一直线轴承15，下托盘3上由螺钉固定一直线轴承，上托盘5上的直线轴承15与下托盘3上的直线轴承同中心轴线，中心轴9的上、下端部分别套在上托盘5上的直线轴承15、下托盘3上的直线轴承内；上托盘5设有直线轴承15处的下部设有磁装置腔，下托盘3设有直线轴承处的上部设有磁装置腔，磁装置位于上托盘5、下托盘3的磁装置腔之间。密封隔套17内为空腔，密封隔套17位于上托盘5、下托盘3之间，磁装置位于密封隔套17的空腔内。
如图3所示，所述的磁装置包括轴向轴承定子10、永磁环13、隔磁铜套14，隔磁铜套14由螺钉16固定在上托盘5的磁装置腔内，隔磁铜套14内粘接有永磁环13，中心轴9的中部设有一凹槽，凹槽内粘接一永磁环，隔磁铜套14内的永磁环13位于中心轴9的凹槽内的永磁环的上方，隔磁铜套14内的永磁环13与中心轴9的凹槽内的永磁环的位置相对应；轴向轴承定子10位于轴向推力盘12的下方，轴向轴承定子10由螺钉固定在下托盘3的磁装置腔内，轴向轴承定子10内缠绕有线圈11。
本发明的永磁电磁混合控制结构的工作原理：如图3所示，直线轴承为法兰式结构，分别通过4个螺钉固定；中心轴9为台阶轴形式，上下端分别由安装在上、下托盘的法兰式直线轴承支承，限制其径向位移，在轴向方向可以灵活地上下运动，中心轴9与轴向推力盘12采用不同的材料紧配合在一起，在轴向轴承定子10的线圈11不通电的条件下，上托盘5的磁装置腔内的隔磁铜套14内的永磁环13与中心轴9的中部凹槽内的永磁环由于有吸力，使中心轴9与隔磁铜套14的端面贴合在一起，当线圈11通额定电流后产生一个电磁场，这个电磁场会对轴向推力盘12产生向下的拉力，通过调整电磁力的大小，当电磁力与永磁环产生的吸力相当时，转子就会处于悬浮状态。
为了能够实现一个实验台完成多种组合控制方式的实验工作，实验台的上、下托盘设计成可自由拆换配对使用的形式。上托盘5上面由螺母6紧定，拆卸和装配都很简单，便于更换上、下托盘，另外这种结构敞开性好，利于进行各种实验的测量。
实例2：全永磁控制(内外径向永磁环)的结构，如图1、图5所示，
磁悬浮硬盘单自由度性能实验台，由控制部分、检测机械部分组成，控制部分由位移传感器、A/D、DSP(数字信息处理器)、D/A及功率放大器构成，检测机械部分包括底板1、支撑轴2、下托盘3、隔套4、上托盘5、螺母6、间隙隔套8、直线轴承15、磁装置、螺钉16，承重托盘7、中心轴9构成转子，承重托盘7由螺钉与中心轴9的上端固定连接。底板1由4个螺栓固定在带有T型槽的支架上，底板1开有两个通孔，两个支撑轴2底部分别与底板1上的两个通孔紧配合安装，两个支撑轴2为台阶轴结构，上托盘5、下托盘3固定在支撑轴2上，上托盘5、下托盘3之间的支撑轴2上套有隔套4，上托盘5上面由螺母6紧定；上托盘5上由螺钉16固定一直线轴承15，下托盘3上由螺钉固定一直线轴承，上托盘5上的直线轴承15与下托盘3上的直线轴承同中心轴线，中心轴9的上、下端部分别套在上托盘5上的直线轴承15、下托盘3上的直线轴承内；上托盘5设有直线轴承15处的下部设有磁装置腔，下托盘3设有直线轴承处的上部设有磁装置腔，磁装置位于上托盘5、下托盘3的磁装置腔之间。间隙隔套8内为空腔，间隙隔套8位于上托盘5、下托盘3之间，磁装置位于间隙隔套8的空腔内。
如图5所示，所述的磁装置包括永磁环13、隔磁铜套14，中心轴9的中部设有上、下凹槽，上、下凹槽内分别粘接永磁环13，上托盘5的磁装置腔、下托盘3的磁装置腔内分别固定有隔磁铜套14，隔磁铜套14内粘接有永磁环13，中心轴9的上凹槽内的永磁环13与上托盘5的磁装置腔内的隔磁铜套14内的永磁环13位于同一个平面上，并呈内外径向布置结构，中心轴9的下凹槽内的永磁环13与下托盘3的磁装置腔内的隔磁铜套14内的永磁环13位于同一个平面上，并呈内外径向布置结构。
全永磁结构的工作原理：中心轴上的永磁环与上托盘5上隔磁铜套14内的永磁环13处于上下相吸的位置。对相同的永磁环都两两产生吸力，控制适当的间隙，可以使中心轴达到悬浮状态。在这种结构中，永磁环还可以采用大环与小环在同一个平面的形式。
实例3：全永磁控制(径向永磁环相同)的结构，如图1、图6所示，
磁悬浮硬盘单自由度性能实验台，由控制部分、检测机械部分组成，控制部分由位移传感器、A/D、DSP(数字信息处理器)、D/A及功率放大器构成，检测机械部分包括底板1、支撑轴2、下托盘3、隔套4、上托盘5、螺母6、间隙隔套8、直线轴承15、磁装置、螺钉16，承重托盘7、中心轴9构成转子，承重托盘7由螺钉与中心轴9的上端固定连接。底板1由4个螺栓固定在带有T型槽的支架上，底板1开有两个通孔，两个支撑轴2底部分别与底板1上的两个通孔紧配合安装，两个支撑轴2为台阶轴结构，上托盘5、下托盘3固定在支撑轴2上，上托盘5、下托盘3之间的支撑轴2上套有隔套4，上托盘5上面由螺母6紧定；上托盘5上由螺钉16固定一直线轴承15，下托盘3上由螺钉固定一直线轴承，上托盘5上的直线轴承15与下托盘3上的直线轴承同中心轴线，中心轴9的上、下端部分别套在上托盘5上的直线轴承15、下托盘3上的直线轴承内；上托盘5设有直线轴承15处的下部设有磁装置腔，下托盘3设有直线轴承处的上部设有磁装置腔，磁装置位于上托盘5、下托盘3的磁装置腔之间。间隙隔套8内为空腔，间隙隔套8位于上托盘5、下托盘3之间，磁装置位于间隙隔套8的空腔内。
如图6所示，所述的磁装置包括永磁环13、隔磁铜套14，中心轴9的中部设有上、下凹槽，上、下凹槽内分别粘接永磁环13，上托盘5的磁装置腔、下托盘3的磁装置腔内分别固定有隔磁铜套14，隔磁铜套14内粘接有永磁环13，中心轴9的上凹槽内的永磁环13位于上托盘5的磁装置腔内的隔磁铜套14内的永磁环13下方，并且位置相对应，中心轴9的下凹槽内的永磁环13位于下托盘3的磁装置腔内的隔磁铜套14内的永磁环13的上方，并且位置相对应。
工作原理：中心轴上的永磁环与上托盘5上隔磁铜套14内的永磁环13处于上下相吸的位置。对相同的永磁环都两两产生吸力，当控制适当的间隙，可以使中心轴达到悬浮状态。在这种结构中，永磁环还可以采用大环与小环在同一个平面的形式。
实例4：全电磁控制结构，如图1、图7所示，
磁悬浮硬盘单自由度性能实验台，由控制部分、检测机械部分组成，控制部分由位移传感器、A/D、DSP(数字信息处理器)、D/A及功率放大器构成，检测机械部分包括底板1、支撑轴2、下托盘3、隔套4、上托盘5、螺母6、间隙隔套8、直线轴承15、磁装置、螺钉16，轴向推力盘12、承重托盘7、中心轴9构成转子，承重托盘7由螺钉与中心轴9的上端固定连接，轴向推力盘12与中心轴9相套并固定连接。底板1由4个螺栓固定在带有T型槽的支架上，底板1开有两个通孔，两个支撑轴2底部分别与底板1上的两个通孔紧配合安装，两个支撑轴2为台阶轴结构，上托盘5、下托盘3固定在支撑轴2上，上托盘5、下托盘3之间的支撑轴2上套有隔套4，上托盘5上面由螺母6紧定；上托盘5上由螺钉16固定一直线轴承15，下托盘3上由螺钉固定一直线轴承，上托盘5上的直线轴承15与下托盘3上的直线轴承同中心轴线，中心轴9的上、下端部分别套在上托盘5上的直线轴承15、下托盘3上的直线轴承内；上托盘5设有直线轴承15处的下部设有磁装置腔，下托盘3设有直线轴承处的上部设有磁装置腔，磁装置位于上托盘5、下托盘3的磁装置腔之间。间隙隔套8内为空腔，间隙隔套8位于上托盘5、下托盘3之间，磁装置位于间隙隔套8的空腔内。
如图7所示，所述的磁装置包括轴向轴承定子10，上托盘5的磁装置腔、下托盘3的磁装置腔内分别固定有轴向轴承定子10，轴向轴承定子10内缠绕有线圈11；上托盘5的磁装置腔内的轴向轴承定子10位于轴向推力盘12的上方，下托盘3的磁装置腔内的轴向轴承定子10位于轴向推力盘12的下方。
工作原理：上下轴向轴承定子10内的线圈11通额定电流后均产生电磁场，电磁场会对轴向推力盘12产生拉力，通过调整电磁力的大小，当上下电磁力相当时，转子就会处于悬浮状态。间隙靠更换不同高度的隔套8来实现。
Claims (5)
1.磁悬浮硬盘单自由度性能实验台，涉及检测机械部分，其特征是：检测机械部分包括底板(1)、支撑轴(2)、下托盘(3)、隔套(4)、上托盘(5)、螺母(6)、直线轴承(15)、磁装置，底板(1)开有两个通孔，两个支撑轴(2)底部分别与底板(1)上的两个通孔紧配合安装，两个支撑轴(2)为台阶轴结构，上托盘(5)、下托盘(3)固定在支撑轴(2)上，上托盘(5)、下托盘(3)之间的支撑轴(2)上套有隔套(4)，上托盘(5)上面由螺母(6)紧定；上托盘(5)上固定一直线轴承(15)，下托盘(3)上固定一直线轴承，上托盘(5)上的直线轴承(15)与下托盘(3)上的直线轴承同中心轴线，中心轴(9)的上、下端部分别套在上托盘(5)上的直线轴承(15)、下托盘(3)上的直线轴承内，承重托盘(7)由螺钉与中心轴(9)的上端固定连接；上托盘(5)设有直线轴承(15)处的下部设有磁装置腔，下托盘(3)设有直线轴承处的上部设有磁装置腔，磁装置位于上托盘(5)、下托盘(3)的磁装置腔之间。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮硬盘单自由度性能实验台，其特征是所述的磁装置包括轴向轴承定子(10)、永磁环(13)、隔磁铜套(14)，隔磁铜套(14)固定在上托盘(5)的磁装置腔内，隔磁铜套(14)内粘接有永磁环(13)，中心轴(9)的中部设有一凹槽，凹槽内粘接一永磁环，隔磁铜套(14)内的永磁环(13)位于中心轴(9)的凹槽内的永磁环的上方，隔磁铜套(14)内的永磁环(13)与中心轴(9)的凹槽内的永磁环的位置相对应；轴向推力盘(12)与中心轴(9)相套并固定连接，轴向轴承定子(10)位于轴向推力盘(12)的下方，轴向轴承定子(10)固定在下托盘(3)的磁装置腔内，轴向轴承定子(10)内缠绕有线圈(11)。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮硬盘单自由度性能实验台，其特征是所述的磁装置包括永磁环(13)、隔磁铜套(14)，中心轴(9)的中部设有上、下凹槽，上、下凹槽内分别粘接永磁环(13)，上托盘(5)的磁装置腔、下托盘(3)的磁装置腔内分别固定有隔磁铜套(14)，隔磁铜套(14)内粘接有永磁环(13)，中心轴(9)的上凹槽内的永磁环(13)与上托盘(5)的磁装置腔内的隔磁铜套(14)内的永磁环(13)位于同一个平面上，并呈内外径向布置结构，中心轴(9)的下凹槽内的永磁环(13)与下托盘(3)的磁装置腔内的隔磁铜套(14)内的永磁环(13)位于同一个平面上，并呈内外径向布置结构。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮硬盘单自由度性能实验台，其特征是所述的磁装置包括永磁环(13)、隔磁铜套(14)，中心轴(9)的中部设有上、下凹槽，上、下凹槽内分别粘接永磁环(13)，上托盘(5)的磁装置腔、下托盘(3)的磁装置腔内分别固定有隔磁铜套(14)，隔磁铜套(14)内粘接有永磁环(13)，中心轴(9)的上凹槽内的永磁环(13)位于上托盘(5)的磁装置腔内的隔磁铜套(14)内的永磁环(13)下方，并且位置相对应，中心轴(9)的下凹槽内的永磁环(13)位于下托盘(3)的磁装置腔内的隔磁铜套(14)内的永磁环(13)的上方，并且位置相对应。
5.根据权利要求1所述的磁悬浮硬盘单自由度性能实验台，其特征是所述的磁装置包括轴向轴承定子(10)，上托盘(5)的磁装置腔、下托盘(3)的磁装置腔内分别固定有轴向轴承定子(10)，轴向轴承定子(10)内缠绕有线圈(11)；轴向推力盘(12)与中心轴(9)相套并固定连接，上托盘(5)的磁装置腔内的轴向轴承定子(10)位于轴向推力盘(12)的上方，下托盘(3)的磁装置腔内的轴向轴承定子(10)位于轴向推力盘(12)的下方。
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| CN1434460A (zh) | 2003-08-06 |
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