[实用新型]单轴磁悬浮自由转台

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种应用磁浮原理的物理仿真实验转台，尤其涉及一种采用单轴结构的全物理仿真磁浮实验转台，属于测试设备技术领域。

背景技术

科学研究通常有三种途径：理论推导、科学实验和仿真模拟。各种仿真技术的应用在科学研究中发挥着不可或缺的作用。特别是在控制技术研究领域，采用各种仿真技术是进行理论研究与工程实践的重要手段。

目前，仿真技术主要分为两类：计算机仿真和物理仿真。计算机仿真实质上是数学仿真，它首先建立系统的数学模型，并将数学模型转化为仿真计算模型，通过仿真模型的运行达到仿真系统运行的目的。计算机仿真主要用于进行控制方法的研究，但其无法验证实际系统的技术可行性，更不能对一个实际系统的初样和正样进行检验和验收。因此，物理仿真也是必不可少的。物理仿真也称实体仿真，是指根据物理模型，直接制造实物来模拟原事物在某些条件下的响应。物理仿真主要用于控制系统的测试与验证。

物理仿真分为全物理仿真和半物理仿真两种。半物理仿真是指采用部分物理模型和部分数学模型的仿真，主要用于运动学模拟或部分控制部件测试验证。全物理仿真是指全部采用物理模型的仿真，它可以确保仿真对象对包括动力学、敏感器、执行机构、控制器及控制方案在内的整个闭环控制系统进行理论方法研究、系统测试与验证。

当前，随着我国航天事业的发展，对各种类型空间飞行器的研制工作正在紧锣密鼓地开展之中。在研制空间飞行器控制系统的过程中，为了在地面全物理仿真实验中模拟出空间的失重效果，国内外通常采用吊丝配重式、水浮式或气浮的方式。采用吊丝配重的方式，可以保证吊丝偏角很小且拉力与物体重力相等，以补偿飞行器本体重力负载的影响。但是在实践中，这种方式的具体实施极其困难，其难度甚至超过飞行器本身的控制。水浮实验系统所用的纯净水的养护费用极高，并且难以对实验对象本身进行防水与配重处理。因此，无论是水浮还是吊丝配重，在转轴方向都始终难以完全补偿重力的影响。而气浮台实验系统的气源装置由空气压缩机、储气、干燥和过滤设备等组成，本身结构非常复杂，一般需要专人维护，具有占用空间大、运输及维护费用高等特点，并且高压气体本身也存在振动噪声大、安全隐患大的缺点。

在公开号为CN1865897A的中国发明专利申请“高精度单轴磁悬浮转台”中，公开了一种由力矩电机、下保护轴承、下径向/轴向一体化位移传感器、下径向磁悬浮轴承、下底座、下轴向磁悬浮轴承、芯轴、上轴向磁悬浮轴承、上径向磁悬浮轴承、上径向/轴向一体化位移传感器、上底座、上保护轴承、角位置编码器和工作台组成的高精度单轴磁悬浮转台。其中，定子和转子之间通过径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承实现非机械接触的稳定悬浮。但是，该技术方案中，机械转台是由力矩电机驱动转轴运动。这就意味者对于仿真试验对象来说，控制力矩是由外部提供的、而不是由自身内部执行机构产生的，执行机构的质量惯性特性也不包含在仿真对象的动力学之中。因此严格地说，该技术方案并不能完全满足全物理仿真要求能够尽可能独立地、完整地、纯粹地对整个闭环控制系统进行模拟的要求。

发明内容

鉴于如上所述现有全物理仿真技术的不足之处，本实用新型的目的是提供一种新型的单轴磁悬浮自由转台。该磁浮转台可以为航天器等运动体控制系统的全物理仿真提供一个自主闭环的实验平台。

为实现上述的目的，本实用新型采用下述的技术方案：

一种单轴磁悬浮自由转台，其特征在于：

所述单轴磁悬浮自由转台包括结构支撑单元、轴承单元、轴向磁悬浮单元、传感器单元、间隙调整与控制单元和轴面单元；

所述传感器单元包括相对设置的上传感器和下传感器；所述轴向磁悬浮单元包括相对设置的上磁体和下磁体；所述轴承单元包括作为转子部分的上、下轴承和作为定子部分的上、下轴承盖；所述轴面单元包括仿真实验台面与芯轴，所述上轴承和下轴承环绕所述芯轴设置；

所述轴面单元、上传感器、上磁体和轴承单元的转子部分作为磁浮转台的转动部分，所述结构支撑单元、下传感器、下磁体和轴承单元的定子部分、间隙调控单元作为磁浮转台的静止部分，所述轴向磁悬浮单元中相对设置的上磁体和下磁体产生磁力来平衡所述转动部分重力的影响，以使所述转动部分能绕所述芯轴无摩擦地旋转。

其中，所述结构支撑单元包括基座、直线轴承座与垫铁；

其中的基座为圆筒状，其底端有向外扩大的环形底座，在环形底座和基座之间均匀分布有若干加强筋，所述环形底座的底端通过若干个所述垫铁与地接触以提供支撑。

所述间隙调整与控制单元中包括直线导向轴、调整法兰、间隙调节螺杆、手动调整轮和自动间隙控制器；