[发明专利]单自由度混合磁悬浮实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，特别是一种运用永磁-电磁混合磁悬浮原理的单自由度混合磁悬浮实验装置。

背景技术

采用混合磁悬浮技术能有效的解决现有磁悬浮系统存在的体积大、功耗高等问题，是磁悬浮技术未来发展的方向。但由于混合磁悬浮系统中电磁磁场的存在影响永磁体工作点的改变、大气隙下严重漏磁导致的系统中存在强非线性特性，从而导致承载力特性大大降低，使得当前要精确的研究混合磁场的分布以及混合磁力特性的难度大大增加。

目前还没有一套完善的装置能对混合磁悬浮系统中的磁场进行系统的研究，特别是未能实现方便的永磁体外部磁场加载；永磁体工作点的大范围改变；方便的磁场测量以及同时兼备的力-电流-气隙三者中任意两者之间的关系曲线研究和大气隙或者变载条件下的动态悬浮实验研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种单自由度混合磁悬浮实验装置，以方便地实现永磁体外部磁场的加载；外部磁场的加载能实现永磁体工作点的变化范围尽可能大；能尽可能大范围准确的测量混合磁悬浮轴承的磁场和支承力的特性；进而能够对混合磁悬浮系统的各项特性做系统、全面的研究。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的单自由度混合磁悬浮实验装置，由磁悬浮系统和动子位置差动调节机构组成。该装置为上基板-中基板、中基板-底座的两层式结构，每层之间由三根支杆支撑；上层为磁悬浮系统及位移检测层，下层为差动调节机构及力检测层；所述的磁悬浮系统中，其动子为圆盘螺杆一体结构，呈T字形，螺杆穿过中基板中心孔，可在磁力作用下沿竖直方向上下运动，其力传感器连于差动调节机构和底座之间，实时地监测混合磁力的大小；差动调节机构与所述螺杆的下端相连，可差动地调节动子所在位置。

所述的磁悬浮系统可以包括定子装配体、动子、位移传感器、力传感器和控制系统，其中：定子装配体固定在上基板下端面，通过电磁力吸引下方动子；位移传感器安装在中基板上，实时地监测动子下端面的位置变化。

所述的定子装配体可以由电磁铁定子、线圈、永磁体组成，其中：电磁铁定子为外环和芯轴的M型结构，线圈绕在芯轴上；外环下端面安装四个防撞销，永磁体通过紧定螺钉和垫片一起固连在心轴下端，整个定子装配体通过止口定位面与上基板固连。

所述的位移传感器可以有三个，它们均布安装在中基板上，位移传感器实时将悬浮的气隙距离反馈给控制系统，控制系统将其与设定的气隙进行比较后，调节电磁铁中的电流从而改变电磁吸力的大小来保证气隙的恒定。

所述的力传感器，可以连在动子螺杆下端调节螺母和底座球铰部件之间，力传感器实时地监测电磁-永磁混合磁力的大小。

所述的控制系统可以由工控机和位于工控机内的数据采集模块、功率放大模块、信号处理模块等部分组成。 

所述的中基板中心孔，该孔内可以有导向定位件，运动时，动子其余自由度均被该定位件限制，仅能在磁力吸引下沿竖直方向上下浮动；静止时，通过该定位件保证动子的竖直状态。

所述的差动调节机构，可以由中、下调节螺母组成，通过中调节螺母的内外螺纹螺距不同，实现旋动时对动子的差动位置调节。

所述的底座，可以由球铰部件和下基板组成，其中：球铰部件由球铰座、盖板和球铰构成，球铰安装在球铰座的空腔内，上连力传感器下端，在上止点通过与两半圆形盖板拼合而成的球面配合运动；盖板通过螺栓紧固在球铰座上；整个球铰部件由止口定位通过螺栓固定在下基板中央。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

其一. 结构新颖、功能丰富：

采用单自由度混合悬浮的形式，可大范围的调整工作气隙，同时可系统的测试电流、磁场力、磁场、气隙、材料等一系列单一或组合形式下的磁场分布和承载力曲线；该实验装置能进行如下实验研究：

1.相同气隙下电流-力曲线测量实验；

2.相同电流下位移-力曲线测量实验；

3.磁场分布测量实验；

4.永磁-电磁混合磁场的组成和叠加实验；

5.气隙-电流-漏磁曲线测量实验；

6.大气隙条件下动态悬浮实验；

7.变载荷条件下动态悬浮实验。

其二. 结构紧凑、能耗低：

充分利用了永磁-电磁混合磁悬浮原理，采用永磁磁场取代电磁铁的静态偏置磁场，大大减小电磁铁所需的安匝数，缩小整个装置的体积尺寸；减小悬浮所需的最大电流，使能耗大大下降。

附图说明

图1是单自由度混合磁悬浮实验装置的剖视图。