CN115217846A - 一种磁悬浮轴承及应用其的电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机技术领域，公开了一种磁悬浮轴承及应用其的电机。磁悬浮轴承包括至少一个检测组件，每个检测组件均包括位移检测线圈和轴承出力线圈；每个检测组件还包括切换组件，切换组件的输入端分别与位移检测线圈和轴承出力线圈连接，切换组件的输出端具有三路连线，第一路通过功率放大器与控制器连接，第二路通过接收器与控制器连接，第三路直接与控制器连接。这样，当轴承出力线圈出现异常或者轴承出力线圈长期使用时，位移检测线圈和轴承出力线圈的磁极通过切换组件进行切换，使原有的轴承出力磁极用做位移检测磁极，原有位移检测磁极用做轴承出力磁极，这种方式不会使一个磁极长期处于大电流状态，进而提高磁悬浮轴承整体的可靠性。

Description

一种磁悬浮轴承及应用其的电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种磁悬浮轴承及应用其的电机。

背景技术

磁悬浮轴承具有无机械接触、无润滑、高转速、高精度、寿命长及可靠性高等特点，广泛应用于高速、超高速电机领域。磁悬浮轴承不能单独工作，需要与传感器、控制器、功率放大器等电气组件组成一个系统才能正常发挥作用。现有的径向磁悬浮轴承包括位移传感器、控制器、功率放大器以及定子线圈等组件，各组件之间通过导线相连；启动后，位移传感器检测到主轴的位移信号，将信号传输入控制器，位移信号与参考信号对比，得到位移偏差，位移偏差信号输入控制器，经控制器程序转化后，发出电流变化信号，最终电流信号经功率放大器驱动轴承定子线圈产生电磁作用力，吸引轴承转子，使得主轴位置产生变化，回到平衡位置，实现实时控制。

在上述磁悬浮轴承与传感器工作的过程中，磁悬浮轴承线圈中电流远大于传感器回路中的电流，长时间运行时，线圈的可靠性会下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种磁悬浮轴承及应用其的电机，通过切换组件可将移检测线圈和轴承出力线圈的磁极进行调换，使原有的轴承出力磁极用做位移检测磁极，原有位移检测磁极用做轴承出力磁极，进而提高磁悬浮轴承整体的可靠性。

为了解决上述问题，根据本申请的一个方面，本发明的实施例提供了一种磁悬浮轴承，磁悬浮轴承包括至少一个检测组件，每个检测组件均包括位移检测线圈和轴承出力线圈；每个检测组件还包括切换组件，切换组件的输入端分别与位移检测线圈和轴承出力线圈连接，切换组件的输出端具有三路连线，第一路通过功率放大器与控制器连接，第二路通过接收器与控制器连接，第三路直接与控制器连接。

在一些实施例中，每个检测组件均包括一个位移检测线圈和两个轴承出力线圈。

在一些实施例中，每个检测组件均包括两个位移检测线圈和两个轴承出力线圈。

在一些实施例中，切换组件包括驱动器、输入端口单元、输出端口单元、绝缘杆以及铜片，驱动器为切换组件的第三路，其一端与控制器连接，另一端与绝缘杆连接，铜片位于绝缘杆上，铜片的一端与输入端口单元连接，另一端与输出端口单元连接。

在一些实施例中，当检测组件包括两个位移检测线圈和两个轴承出力线圈时，输入端口单元包括第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口以及第四输入端口，第一输入端口和第二输入端口均与功率放大器连接，第三输入端口和第四输入端口均与接收器连接。

在一些实施例中，输出端口单元包括第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口以及第四输出端口，第一输出端口和第二输出端口均与位移检测线圈连接，第三输出端口和第四输出端口均与轴承出力线圈连接。

在一些实施例中，第一输出端口和第二输出端口为相邻的两个端口。

在一些实施例中，磁悬浮轴承还包括定子铁芯和多个骨架，骨架安装在定子铁芯上，每个骨架上均缠绕有线圈，线圈为位移检测线圈或轴承出力线圈。

在一些实施例中，磁悬浮轴承还包括位移传感器，位移传感器固定在线圈上，使得该线圈为位移检测线圈。

在一些实施例中，驱动器能够接受控制器的信号，通过绝缘杆带动铜片移动，使其与不同的输入端口和不同的输出端口连通；其中，不同的输入端口包括第一输入端口、第二输入端口以及第三输入端口，不同的输出端口包括第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口以及第四输出端口。

根据本申请的一个方面，本发明的实施例提供了一种电机，电机包括上述的磁悬浮轴承。

与现有技术相比，本发明的磁悬浮轴承至少具有下列有益效果：

本发明中的控制器引出三组信号线，分别与位移检测线圈、轴承出力线圈以及切换组件连接，位移检测线圈和轴承出力线圈分别连接到切换组件的输入端，再由切换组件的输出端分别连接至控制器；这样，当轴承出力线圈出现异常或者轴承出力线圈长期使用时，位移检测线圈和轴承出力线圈的磁极通过切换组件进行切换，使原有的轴承出力磁极用做位移检测磁极，原有位移检测磁极用做轴承出力磁极，这种方式不会使一个磁极长期处于大电流状态，进而提高磁悬浮轴承整体的可靠性。

另一方面，本发明提供的电机是基于上述磁悬浮轴承而设计的，其有益效果参见上述磁悬浮轴承的有益效果，在此，不一一赘述。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的实施例提供的磁悬浮轴承初始状态时的结构示意图；

图2是本发明的实施例提供的磁悬浮轴承进行磁极切换的结构示意图；

图3是本发明的实施例提供的磁悬浮轴承中切换组件的初始框图；

图4是本发明的实施例提供的磁悬浮轴承中切换组件切换后的框图。

其中：

1、切换组件；2、功率放大器；3、控制器；4、接收器；5、定子铁芯；6、骨架；7、主轴；8、转子；11、驱动器；14、绝缘杆；15、铜片；121、第一输入端口；122、第二输入端口；123、第三输入端口；124、第四输入端口；131、第一输出端口；132、第二输出端口；133、第三输出端口；134、第四输出端口；61、线圈；62、位移检测线圈；63、轴承出力线圈。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

在本发明的描述中，需要明确的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序；术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供一种磁悬浮轴承，磁悬浮轴承包括至少一个检测组件，每个检测组件均包括位移检测线圈62和轴承出力线圈63；如图1-4所示每个检测组件还包括切换组件1，切换组件1的输入端分别与位移检测线圈62和轴承出力线圈63连接，切换组件1的输出端具有三路连线，第一路通过功率放大器2与控制器3连接，第二路通过接收器4与控制器3连接，第三路直接与控制器3连接。

控制器3引出三组信号线，分别与位移检测线圈62、轴承出力线圈63以及切换组件1连接，位移检测线圈62和轴承出力线圈63分别连接到切换组件1的输入端，再由切换组件1的输出端分别连接至控制器3；当轴承出力线圈63出现异常或者轴承出力线圈63长期使用时，位移检测线圈62和轴承出力线圈63的磁极通过切换组件进行切换，使原有的轴承出力磁极用做位移检测磁极，原有位移检测磁极用做轴承出力磁极，进而提高磁悬浮轴承整体的可靠性。

更具体地，本实施例提供的磁悬浮轴承可以为任何类型的，其极数不做限定，比如，当磁悬浮轴承为16极时，磁悬浮轴承可包括4个检测组件；当磁悬浮轴承为8极时，磁悬浮轴承可包括2个检测组件等。

更具体地，在本实施例中，切换组件1具有两个输入端，分别为第一输入端和第二输入端，初始状态时，第一输入端和位移检测线圈62连接，第二输入端和轴承出力线圈63连接；切换组件1具有三个输出端，分别为第一输出端、第二输出端和第三输出端，第一输出端通过功率放大器2与控制器3连接，第二输出端直接与控制器3连接，第三输出端通过接收器4与控制器3连接；也即总共有三条线路，第一路条线路上依次为：位移检测线圈62、第一输入端、第一输出端、功率放大器2以及控制器3；第二条线路上依次为：第二输出端、控制器3；第三条线路上依次为：轴承出力线圈63、第三输入端、第三输出端、接收器4以及控制器3。

当需要对磁极进行切换时，控制器3接收到该信号，则通过第二输出端控制第一输出端和第三输出端，使两者进行交换，交换后，第一路条线路上依次为：位移检测线圈62、第一输入端、第三输入端、第三输出端、接收器4以及控制器3；第三条线路上依次为：轴承出力线圈63、第三输入端、第一输出端、功率放大器2以及控制器3；由此可见，在这种方式下，位移检测线圈62和轴承出力线圈63所在的线路发生了变化，实现了磁极的切换，这种方式不会使一个磁极长期处于大电流状态，提高了磁悬浮轴承的可靠性。

在具体实施例中：每个检测组件均包括一个位移检测线圈62和两个轴承出力线圈63。具体地，在同一个方向上设置两个位移检测线圈62，即设置两个位移传感器，以提高传感器的可靠性，每个检测组件均包括两个位移检测线圈62和两个轴承出力线圈63。

在具体实施例中：切换组件1包括驱动器11、输入端口单元、输出端口单元、绝缘杆14和铜片15，驱动器11为切换组件1的第三路，其一端与控制器3连接，另一端与绝缘杆14连接，铜片15位于绝缘杆14上，铜片15的一端与输入端口单元连接，另一端与输出端口单元连接。

具体地，驱动器11的一端与控制器3连接，接收控制器3的信号，另一端与绝缘杆14连接，可以推动绝缘杆14移动，而铜片15位于绝缘杆14上，因此在绝缘杆14移动的过程中，铜片15也会跟随移动，铜片15的移动使得切换组件1不同的输入端与不同的输出端接通，而输入端对应的是该线路的实际作用，输出端固定连接的是轴承出力线圈63或者位移检测线圈62，因此，不同的端口接通实现了不同的作用。

在具体实施例中：当检测组件包括两个位移检测线圈62和两个轴承出力线圈63时，输入端口单元包括第一输入端口121、第二输入端口122、第三输入端口123以及第四输入端口124，第一输入端口121和第二输入端口122均与功率放大器2连接，第三输入端口123和第四输入端口124均与接收器4连接。

输出端口单元包括第一输出端口131、第二输出端口132、第三输出端口133以及第四输出端口134，第一输出端口131和第二输出端口132均与位移检测线圈62连接，第三输出端口133和第四输出端口134均与轴承出力线圈63连接。第一输出端口131和第二输出端口132为相邻的两个端口。

为了更好的进行说明，以图3和图4为例进行说明，图3为初始状态，图4为切换后的状态；图3中，从左右到，输入端口单元依次为第一输入端口121、第二输入端口122、第三输入端口123以及第四输入端口124；输出端口单元依次为第三输出端口133、第一输出端口131、第二输出端口132以及第四输出端口134；第一输出端口131和第二输出端口132均与位移检测线圈62连接，第三输出端口133和第四输出端口134均与轴承出力线圈63连接；第一输入端口121和第二输入端口122与功率放大器2连接，第三输入端口123和第四输入端口124均与接收器4连接；并且，铜片15使得第三输出端口133和第一输入端口121导通，第二输出端口132和第三输入端口123导通；

切换后，如图4所示，第一输出端口131和第二输入端口122导通，功率放大器2线路上本来通过第三输出端口133连接的是轴承出力线圈63，切换后通过第一输出端口131连接位移检测线圈62；第四输出端口134和第四输入端口124导通，接收器4线路上本体通过第二输出端口132连接的是位移检测线圈62，切换后通过第四输出端口134连接轴承出力线圈63。

在具体实施例中：磁悬浮轴承还包括定子铁芯5和多个骨架6，骨架6安装在定子铁芯5上，每个骨架6上均缠绕有线圈61，线圈为位移检测线圈62或轴承出力线圈63。具体地，将骨架6安装到定子铁芯5上，在骨架上6上绕制线圈，线圈匝数一致，该线圈可以为位移检测线圈62，也可以为轴承出力线圈63。在具体实施例中：磁悬浮轴承还包括位移传感器，位移传感器固定在线圈61上，使得该线圈61为位移检测线圈62。

在具体实施例中：驱动器11能够接受控制器3的信号，通过绝缘杆14带动铜片15移动，使其与不同的输入端口和不同的输出端口连通；其中，不同的输入端口包括第一输入端口121、第二输入端口122以及第三输入端口123，不同的输出端口包括第一输出端口131、第二输出端口132、第三输出端口133以及第四输出端口134。

在具体实施例中，磁悬浮轴承还包括主轴7和转子8，转子8套设在主轴7上后整体位于骨架所形成的的圆周内。

另外，以图1中的线圈为例进行说明，当线圈R2、R3、R4、R5作为一个模块时，其对应一个检测组件；其余三个模块分别为：R6、R7、R8、R9；R10、R11、R12、R13；R14、R15、R16、R1；每个模块的工作原理相同，每个模块均对应一个检测组件；每个模块需同时实现检测与出力的功能，因为出力时需要至少一对磁极作为出力磁极，可以选择其中相邻一组作为轴承出力磁极，其余作为位移检测磁极，当磁极线圈切换时，在控制器3中切换相应的控制程序，使软件控制程序与硬件控制程序对应，即可实现相应的位移检测、轴承出力功能。本案例中的轴承不局限于16极，只要能实现切换功能即可，当有16极时，R2、R3、R4、R5中有2个相邻磁极作为出力磁极，其余两个作为检测磁极，即可实现检测磁极冗余的功能。

具体地，检测磁极实现功能的方式为，在功率放大器2输入端注入一高频小信号作为测试信号，使其位移检测用磁极线圈电流中产生一微小高频电流分量，该电流的幅值与线圈电感成反比，接收器4提取该信号，经过带通滤波、解调、低通滤波和整流等变化得出转子位移信息。轴承出力线圈63运转时电流较大，在长时间较大电流运转时会减短线圈的寿命，而位移检测线圈62在运转时电流较小，因此在控制器3上设置互换时间，当运行一定时间后，在停机装状态下，控制器3内部程序自动发送电流信号给驱动器11使用其进行切换，实现轴承出力磁极与位移检测磁极的互换，进行互换可增加磁悬浮轴承系统的寿命，或在轴承出力线圈63出现异常时可与位移检测线圈62进行互换，以保证主轴不会掉落，增加了轴承出力与位移检测的可靠性。

实施例2

本实施例提供一种电机，电机包括实施例1的磁悬浮轴承。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利技术特征可以自由地组合、叠加。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种磁悬浮轴承，其特征在于，所述磁悬浮轴承包括至少一个检测组件，每个所述检测组件均包括位移检测线圈(62)和轴承出力线圈(63)；每个所述检测组件还包括切换组件(1)，所述切换组件(1)的输入端分别与所述位移检测线圈(62)和所述轴承出力线圈连接，所述切换组件(1)的输出端具有三路连线，第一路通过功率放大器(2)与控制器(3)连接，第二路通过接收器(4)与所述控制器(3)连接，第三路直接与所述控制器(3)连接。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，每个所述检测组件均包括一个所述位移检测线圈(62)和两个所述轴承出力线圈。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于，每个所述检测组件均包括两个所述位移检测线圈(62)和两个所述轴承出力线圈。

4.根据权利要求1-3任一项所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述切换组件(1)包括驱动器(11)、输入端口单元、输出端口单元、绝缘杆(14)以及铜片(15)，所述驱动器(11)为所述切换组件(1)的第三路，其一端与所述控制器(3)连接，另一端与所述绝缘杆(14)连接，所述铜片(15)位于所述绝缘杆(14)上，所述铜片(15)的一端与所述输入端口单元连接，另一端与所述输出端口单元连接。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承，其特征在于，当所述检测组件包括两个所述位移检测线圈(62)和两个所述轴承出力线圈时，所述输入端口单元包括第一输入端口(121)、第二输入端口(122)、第三输入端口(123)以及第四输入端口(124)，所述第一输入端口(121)和第二输入端口(122)均与所述功率放大器(2)连接，所述第三输入端口(123)和第四输入端口(124)均与所述接收器(4)连接。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述输出端口单元包括第一输出端口(131)、第二输出端口(132)、第三输出端口(133)以及第四输出端口(134)，所述第一输出端口(131)和第二输出端口(132)均与所述位移检测线圈(62)连接，所述第三输出端口(133)和第四输出端口(134)均与所述轴承出力线圈连接。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一输出端口(131)和第二输出端口(132)为相邻的两个端口。

8.根据权利要求1-3任一项所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述磁悬浮轴承还包括定子铁芯(5)和多个骨架(6)，所述骨架(6)安装在所述定子铁芯(5)上，每个所述骨架(6)上均缠绕有线圈(61)，所述线圈为所述位移检测线圈(62)或所述轴承出力线圈。

9.根据权利要求8所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述磁悬浮轴承还包括位移传感器，所述位移传感器固定在所述线圈(61)上，使得该所述线圈(61)为所述位移检测线圈(62)。

10.根据权利要求6所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述驱动器(11)能够接受所述控制器(3)的信号，通过所述绝缘杆(14)带动所述铜片(15)移动，使其与不同的输入端口和不同的输出端口连通；其中，所述不同的输入端口包括所述第一输入端口(121)、第二输入端口(122)以及第三输入端口(123)，所述不同的输出端口包括所述第一输出端口(131)、第二输出端口(132)、第三输出端口(133)以及第四输出端口(134)。

11.一种电机，其特征在于，所述电机包括权利要求1-10任一项所述的磁悬浮轴承。

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