CN107448475B - 一种三自由度磁轴承与电涡流传感器一体化结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三自由度磁轴承与电涡流传感器一体化结构，包括：径向磁轴承定子组件、传感器组件、分块永磁体、轴向磁轴承定子组件；其中径向磁轴承定子组件包括径向磁轴承定子铁芯、线圈骨架和线圈，轴向磁轴承定子组件包括轴向磁轴承定子铁芯和线圈。径向磁轴承组件、轴向磁轴承组件和永磁体共同组成三自由度磁轴承，传感器组件包括传感器探头和电路板。传感器组件安装在三自由度磁轴承中间，探头在分块永磁体中间。本发明该结构将三自由度磁轴承和径向位移传感器相结合，可大大减小磁轴承的轴向长度，提高磁轴承电机的工作频率。同时一体式的结构在装配过程中可降低装配难度，提高装配精度。

Description

一种三自由度磁轴承与电涡流传感器一体化结构
技术领域
本发明涉及磁悬浮轴承的技术领域，具体涉及一种三自由度磁轴承与电涡流传感器一体化的结构。
背景技术
磁悬浮轴承具有无机械摩擦、不需要润滑、转子转速高、寿命长、可靠性高等优点，在分子泵、鼓风机、压缩机、飞轮等领域得到广泛应用，磁轴承的闭环控制需要得到转子的位移信息，因此需要位移传感器的配合。在一般的磁轴承应用中，径向磁轴承需要4个传感器检测，通常是检测x轴和y轴两个方向并且每个方向两个传感器形成差动检测。传感器和磁轴承分离的结构使得相应的转子轴向长度加长，降低了其工作频率。且在装配过程较为繁琐，装配精度不高。
专利号为ZL201210272067.1的专利文献提供了一种径向磁轴承与电涡流传感器一体化的结构，该结构是利用了同极式永磁偏置径向磁轴承中间的间隙来将传感器进行一体化设计。
一般的主动式磁轴承结构多由两个径向磁轴承和一个轴向磁轴承组成，来共同控制转子的五个自由度。而三自由度磁轴承则是将其中一个径向磁轴承和轴向磁轴承结合起来，实现三个自由度的控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：针对现有的三自由度磁轴承，提出一种与传感器一体化的结构，以达到减小转子轴向长度、降低装配难度、提高装配精度的目的。
本发明采用的技术方案为：一种三自由度磁轴承与电涡流传感器一体化结构，该结构包括：径向磁轴承定子组件、传感器组件、分块永磁体、轴向磁轴承定子组件；所述径向磁轴承定子组件与分块永磁体和轴向磁轴承定子组件组成三自由度磁轴承，传感器组件放置在三自由度磁轴承中间，探头分布在分块永磁体之间。传感器组件包括电涡流传感器；该结构将三自由度磁轴承与电涡流传感器相结合，组成一体式结构，从而达到减小电机轴向长度，提高检测精度，降低装配难度，提高装配精度的目的。
其中，所述径向磁轴承定子组件为同极永磁偏置径向磁轴承，包括径向磁轴承定子铁芯、线圈骨架和第一线圈。第一线圈在骨架上进行绕线后再装入定子铁芯的磁极中，可降低绕线的难度。利用三自由度磁轴承中的永磁体为径向磁轴承提供偏置磁通，同时采用同极的径向磁轴承结构，可减小损耗。
其中，所述传感器组件采用电涡流传感器进行检测，包括传感器探头和电路板两部分。传感器探头共四个，安装在电路板上，相邻两探头探测方向相差90度，相对两探头组成差动检测。传感器探头检测到的信号通过电路板以及传输线传输到外侧的控制器中。传感器组件整体安装在径向磁轴承和轴向磁轴承之间，用螺柱与径向磁轴承定子固定，探头与分块永磁体间隔分布。
其中，所述分块永磁体安装与径向磁轴承组件与轴向磁轴承组件之间，可同时为轴向磁轴承和径向磁轴承提供所需的偏置磁通。采用分块式结构既便于加工，又能为传感器提供足够的空间。
其中，所述轴向磁轴承定子组件包括上轴向磁轴承定子、下轴向磁轴承定子和第二线圈，采用永磁偏置方式，通过分块永磁体提供偏置磁通，可减小损耗。
由此，本发明的方案通过将三自由度磁轴承和电涡流传感器一体化设计的方法，其有益效果在于：一体化的结构缩短了轴向长度，从而使响应的转子轴向长度也得到缩短，提高了转子的工作频率；同时，一体化的设计可以降低装配的难度，提高装配精度。采用了三自由度的永磁偏置式磁轴承，也减小了电磁损耗。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明一种三自由度磁轴承与电涡流传感器一体化结构的整体结构图；
图2是本发明的径向磁轴承定子组件结构图；
图3是本发明的传感器组件结构图；
图4是本发明的轴向磁轴承定子组件结构图。
图中附图标记含义为：1为径向磁轴承定子组件，2为传感器组件，3为分块永磁体，4为轴向磁轴承定子组件，1.1为径向磁轴承定子铁芯，1.2为线圈骨架，1.3为第一线圈，2.1为传感器探头，2.2为电路板，4.1为上轴向磁轴承定子，4.2为下轴向磁轴承定子，4.3为第二线圈。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明的具体实施例和相应的附图对本发明技术方案进行清楚完整地描述。
本发明设计的一种三自由度磁轴承与电涡流传感器一体化结构(参见图1-4)，该结构包括：径向磁轴承定子组件1、传感器组件2、分块永磁体3、轴向磁轴承定子组件4。
所述径向磁轴承定子组件1与分块永磁体3和轴向磁轴承定子组件4组成三自由度磁轴承，传感器组件2放置在三自由度磁轴承中间，探头分布在分块永磁体之间。该结构将三自由度磁轴承与电涡流传感器相结合，组成一体式结构，可大大减小相应转子的轴向长度；装配时可基于一根芯轴将径向磁轴承定子组件1和传感器组件2装配在一起，可保证两者的同轴度要求，提高检测精度，降低装配难度，提高装配精度。
其中，所述径向磁轴承定子组件1(参见图2)为同极永磁偏置径向磁轴承，包括径向磁轴承定子铁芯1.1、线圈骨架1.2和第一线圈1.3。第一线圈1.3在线圈骨架1.2上进行绕线后再装入径向磁轴承定子铁芯1.1的磁极中，可降低绕线的难度。利用三自由度磁轴承中的分块永磁体3为径向磁轴承提供偏置磁通，同时采用同极的径向磁轴承结构，可减小损耗。
其中，所述传感器组件2(参见图3)采用电涡流传感器进行检测，包括传感器探头2.1和电路板2.2两部分。传感器探头共四个，安装在电路板上，相邻两探头探测方向相差90度，相对两探头组成差动检测。四个传感器探头可检测x和y方向(垂直于转子旋转轴的方向)的转子径向位移量，传感器探头2.1检测到的信号通过电路板以及传输线传输到外侧的控制器中。探头安装在电路板上再通过传输线传递信号的结构可有效地防止探头引出线的损坏。传感器组件2整体安装在径向磁轴承组件1和轴向磁轴承组件4之间，用螺柱与径向磁轴承定子1.1固定，探头与分块永磁体3间隔分布。
其中，所述分块永磁体3安装与径向磁轴承组件1与轴向磁轴承组件4之间，可同时为轴向磁轴承和径向磁轴承提供所需的偏置磁通。采用分块式结构既便于加工，又能为传感器提供足够的空间。
其中，所述轴向磁轴承定子组件4(参见图4)包括上轴向磁轴承定子4.1、下轴向磁轴承定子4.2和第二线圈4.3，采用永磁偏置方式，通过分块永磁体3提供偏置磁通，可减小损耗。

Claims (4)

1.一种三自由度磁轴承与电涡流传感器一体化结构，该结构包括：径向磁轴承定子组件、传感器组件、分块永磁体、轴向磁轴承定子组件；其特征在于：所述径向磁轴承定子组件与分块永磁体和轴向磁轴承定子组件组成三自由度磁轴承，传感器组件放置在三自由度磁轴承中间，探头分布在分块永磁体之间；传感器组件包括电涡流传感器；该结构将三自由度磁轴承与电涡流传感器相结合，组成一体式结构，从而达到减小电机轴向长度，提高检测精度，降低装配难度，提高装配精度的目的；所述传感器组件采用电涡流传感器进行检测，包括传感器探头和电路板两部分，传感器探头共四个，安装在电路板上，相邻两探头探测方向相差90度，相对两探头组成差动检测，传感器探头检测到的信号通过电路板以及传输线传输到外侧的控制器中，传感器组件整体安装在径向磁轴承和轴向磁轴承之间，用螺柱与径向磁轴承定子固定，探头与分块永磁体间隔分布。
2.根据权利要求1所述的一种三自由度磁轴承与电涡流传感器一体化结构，其特征在于：所述径向磁轴承定子组件为同极永磁偏置径向磁轴承，包括径向磁轴承定子铁芯、线圈骨架和第一线圈，第一线圈在骨架上进行绕线后再装入定子铁芯的磁极中，可降低绕线的难度，利用三自由度磁轴承中的永磁体为径向磁轴承提供偏置磁通，同时采用同极的径向磁轴承结构，可减小损耗。
3.根据权利要求1所述的一种三自由度磁轴承与电涡流传感器一体化结构，其特征在于：所述分块永磁体安装与径向磁轴承组件与轴向磁轴承组件之间，可同时为轴向磁轴承和径向磁轴承提供所需的偏置磁通，采用分块式结构既便于加工，又能为传感器提供足够的空间。
4.根据权利要求1所述的一种三自由度磁轴承与电涡流传感器一体化结构，其特征在于：所述轴向磁轴承定子组件包括上轴向磁轴承定子、下轴向磁轴承定子和第二线圈，采用永磁偏置方式，通过分块永磁体提供偏置磁通，可减小损耗。
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