CN108306448A - 一种基于传统电动机的四自由度磁悬浮高速电机与方法 - Google Patents

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    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor

Abstract

本发明公开了一种基于传统电动机的四自由度磁悬浮高速电机与方法；在第三轴段上安装磁轴承转子，第五轴段上安装传感器检测环，且磁轴承转子和传感器检测环均依靠轴肩定位；传感器检测环的外表面安装电涡流位移传感器；磁轴承转子的磁轴承定子被固定在轴承套内，其轴向和径向分别依靠轴承套轴肩和定位杆进行定位；第六轴段上安装滚动轴承，该滚动轴承内侧与传感器检测环的外端面间隙配合，内端面和第六轴段表面间隙配合。本磁悬浮高速电机，用于检测转轴径向位移的电涡流位移传感器和用于控制转轴悬浮的磁轴承均安装于轴承套中，且左右对称的轴承套经定位杆连接，使得定位得以统一于轴承套，进一步保证了磁悬浮电主轴工作的稳定性。

Description

一种基于传统电动机的四自由度磁悬浮高速电机与方法
技术领域
本发明涉及四自由度磁悬浮高速电机，尤其涉及一种基于传统电动机的四自由度磁悬浮高速电机与方法。
背景技术
磁悬浮高速电机是将磁轴承技术运用到传统电动机的一项新型的技术，是集机械、力学、控制、电磁学以及计算机学于一体的具有代表性的机电一体化产品。磁悬浮高速电机通过可控电磁力将转子悬浮于定子磁极中，因此相比于传统电动机具有无机械接触、无摩擦、无需润滑等优点，除此之外，磁悬浮电主轴的转速可以突破所接触材料结构和材料的极限转速，系统的运行状态能实时监测，有利于提高系统的可靠性、安全性和稳定性。目前，国内外关于磁悬浮技术的产品主要有磁悬浮列车和磁轴承，而磁轴承在近二十年来被逐渐应用于机床、离心机、压缩机等高速旋转机械和高精度仪器仪表中，具有潜在的应用价值和广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单布局合理的基于传统电动机的四自由度磁悬浮高速电机与方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于传统电动机的四自由度磁悬浮高速电机，包括电主轴1、电动机定子15，电主轴1的中部安装电动机转子16；以电动机转子16所在位置为第一轴段，向两端延伸依次为第二轴段、第三轴段、第四轴段、第五轴段、第六轴段；电动机转子16定位于右端轴肩；
第三轴段上安装磁轴承转子12，第五轴段上安装传感器检测环9，且磁轴承转子12和传感器检测环9均依靠轴肩定位；传感器检测环9的外表面安装电涡流位移传感器8；
磁轴承转子12的磁轴承定子11被固定在轴承套10内，其轴向和径向分别依靠轴承套10轴肩和定位杆13进行定位；
第六轴段上安装滚动轴承3，该滚动轴承3内侧与传感器检测环9的外端面间隙配合，内端面和第六轴段表面间隙配合。
电动机定子15由电动机机座14固定；电动机机座14分别于其两端的轴承套10通过机座螺母17和机座螺纹杆18构成的螺栓组件连接。
电涡流位移传感器8和磁轴承定子11均位于轴承套10内。
滚动轴承3的外端盖2通过螺栓组件与轴承套10连接。
本发明基于传统电动机的四自由度磁悬浮高速电机的运行方法，包括如下步骤：
连接并检查各部分线路连接；连接并检查电机驱动器19与电动机定子15、磁轴承控制器20和电涡流位移传感器8、磁轴承控制器20和磁轴承定子11之间的线路接口是否连接正确以及连接口是否已连接牢固；
磁轴承调试准备；首先，调节磁轴承控制器20使之寻找到磁轴承转子12的相对几何位置，然后，调节磁轴承控制器20参数控制两端对称的磁轴承转子12实现整个电主轴1完全悬浮，最后，电机驱动器19接收到磁轴承控制器20完成电主轴1的指令后控制电机开始加速旋转至额定工作转速；
在电主轴1的高速旋转过程中，根据接收到的来自电涡流位移传感器8的电主轴1径向位移偏转信号，磁轴承定子11线圈电流信号持续动态变化；磁轴承定子11通电线圈产生的一部分热量通过轴承套10靠近电动机机座14的通孔部分传递到外界，另外一部分热量通过磁轴承定子11和轴承套10传导至外界；
当四自由度磁悬浮高速电机正常停机或整机异常主轴跌落发生涡动不规则运动时，滚动轴承3内侧端面通过接触和电主轴1过盈配合的传感器检测环9间接限制了整个电主轴1的轴向过大偏移；当四自由度磁悬浮高速电机不工作时，整个电主轴1停靠在滚动轴承3上。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
相比于现有的磁悬浮高速电机相比，其一，本发明由传统的电动机结构改装设计而来，部分关重零部件来源于传统电动机，很大程度上降低了加工和装配成本；其二，本发明用于检测转轴径向位移的电涡流位移传感器和用于控制转轴悬浮的磁轴承均安装于轴承套中，且左右对称的轴承套经定位杆连接，使得定位得以统一于轴承套，进一步保证了磁悬浮电主轴工作的稳定性。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：电主轴1、外端盖2、滚动轴承3、端盖螺栓4、端盖螺母5、端盖垫圈6、传感器安装套7、电涡流位移传感器8、传感器检测环9、轴承套10、磁轴承定子11、磁轴承转子12、定位杆13、电动机机座14、电动机定子15、电动机转子16、机座螺母17、机座螺纹杆18、电机驱动器19、磁轴承控制器20。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。本发明公开了一种基于传统电动机的四自由度磁悬浮高速电机，包括电主轴1、电动机定子15，电主轴1的中部安装电动机转子16；以电动机转子16所在位置为第一轴段，向两端延伸依次为第二轴段、第三轴段、第四轴段、第五轴段、第六轴段；电动机转子16定位于右端轴肩；
第三轴段上安装磁轴承转子12，第五轴段上安装传感器检测环9，且磁轴承转子12和传感器检测环9均依靠轴肩定位；传感器检测环9的外表面安装电涡流位移传感器8；
磁轴承转子12的磁轴承定子11被固定在轴承套10内，其轴向和径向分别依靠轴承套10轴肩和定位杆13进行定位；
第六轴段上安装滚动轴承3，该滚动轴承3内侧与传感器检测环9的外端面间隙配合，内端面和第六轴段表面间隙配合。
电动机定子15由电动机机座14固定；电动机机座14分别于其两端的轴承套10通过机座螺母17和机座螺纹杆18构成的螺栓组件连接。
电涡流位移传感器8和磁轴承定子11均位于轴承套10内。
滚动轴承3的外端盖2通过螺栓组件与轴承套10连接。
本发明基于传统电动机的四自由度磁悬浮高速电机的运行方法，可通过如下步骤：
连接并检查各部分线路连接；连接并检查电机驱动器19与电动机定子15、磁轴承控制器20和电涡流位移传感器8、磁轴承控制器20和磁轴承定子11之间的线路接口是否连接正确以及连接口是否已连接牢固；
磁轴承调试准备；首先，调节磁轴承控制器20使之寻找到磁轴承转子12的相对几何位置，然后，调节磁轴承控制器20参数控制两端对称的磁轴承转子12实现整个电主轴1完全悬浮，最后，电机驱动器19接收到磁轴承控制器20完成电主轴1的指令后控制电机开始加速旋转至额定工作转速；
在电主轴1的高速旋转过程中，根据接收到的来自电涡流位移传感器8的电主轴1径向位移偏转信号，磁轴承定子11线圈电流信号持续动态变化；磁轴承定子11通电线圈产生的一部分热量通过轴承套10靠近电动机机座14的通孔部分传递到外界，另外一部分热量通过磁轴承定子11和轴承套10传导至外界；
当四自由度磁悬浮高速电机正常停机或整机异常主轴跌落发生涡动不规则运动时，滚动轴承3内侧端面通过接触和电主轴1过盈配合的传感器检测环9间接限制了整个电主轴1的轴向过大偏移；当四自由度磁悬浮高速电机不工作时，整个电主轴1停靠在滚动轴承3上。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于传统电动机的四自由度磁悬浮高速电机，包括电主轴(1)、电动机定子(15)，电主轴(1)的中部安装电动机转子(16)；以电动机转子(16)所在位置为第一轴段，向两端延伸依次为第二轴段、第三轴段、第四轴段、第五轴段、第六轴段；电动机转子(16)定位于右端轴肩；其特征在于：
第三轴段上安装磁轴承转子(12)，第五轴段上安装传感器检测环(9)，且磁轴承转子(12)和传感器检测环(9)均依靠轴肩定位；传感器检测环(9)的外表面安装电涡流位移传感器(8)；
磁轴承转子(12)的磁轴承定子(11)被固定在轴承套(10)内，其轴向和径向分别依靠轴承套(10)轴肩和定位杆(13)进行定位；
第六轴段上安装滚动轴承(3)，该滚动轴承(3)内侧与传感器检测环(9)的外端面间隙配合，内端面和第六轴段表面间隙配合。
2.根据权利要求1所述基于传统电动机的四自由度磁悬浮高速电机，其特征在于：电动机定子(15)由电动机机座(14)固定；电动机机座(14)分别于其两端的轴承套(10)通过机座螺母(17)和机座螺纹杆(18)构成的螺栓组件连接。
3.根据权利要求2所述基于传统电动机的四自由度磁悬浮高速电机，其特征在于：电涡流位移传感器(8)和磁轴承定子(11)均位于轴承套(10)内。
4.根据权利要求3所述基于传统电动机的四自由度磁悬浮高速电机，其特征在于：滚动轴承(3)的外端盖(2)通过螺栓组件与轴承套(10)连接。
5.权利要求4所述基于传统电动机的四自由度磁悬浮高速电机的运行方法，其特征在于包括如下步骤：
连接并检查各部分线路连接；连接并检查电机驱动器(19)与电动机定子(15)、磁轴承控制器(20)和电涡流位移传感器(8)、磁轴承控制器(20)和磁轴承定子(11)之间的线路接口是否连接正确以及连接口是否已连接牢固；
磁轴承调试准备；首先，调节磁轴承控制器(20)使之寻找到磁轴承转子(12)的相对几何位置，然后，调节磁轴承控制器(20)参数控制两端对称的磁轴承转子(12)实现整个电主轴(1)完全悬浮，最后，电机驱动器(19)接收到磁轴承控制器(20)完成电主轴(1)的指令后控制电机开始加速旋转至额定工作转速；
在电主轴(1)的高速旋转过程中，根据接收到的来自电涡流位移传感器(8)的电主轴(1)径向位移偏转信号，磁轴承定子(11)线圈电流信号持续动态变化；磁轴承定子(11)通电线圈产生的一部分热量通过轴承套(10)靠近电动机机座(14)的通孔部分传递到外界，另外一部分热量通过磁轴承定子(11)和轴承套(10)传导至外界；
当四自由度磁悬浮高速电机正常停机或整机异常主轴跌落发生涡动不规则运动时，滚动轴承(3)内侧端面通过接触和电主轴(1)过盈配合的传感器检测环(9)间接限制了整个电主轴(1)的轴向过大偏移；当四自由度磁悬浮高速电机不工作时，整个电主轴(1)停靠在滚动轴承(3)上。
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