[发明专利]一种混合磁力轴承及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触磁悬浮轴承领域，尤其是涉及一种对轴承磁极进行多态分配、平衡性更好混合磁力轴承及控制方法。

背景技术

磁悬浮轴承又简称为磁轴承，是利用定子和转子之间的磁力作用将转子悬浮于空间，使定子和转子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承。由于定、转子之间不存在机械上的接触，所以磁悬浮轴承的转子可达到很高的运转转速，并且具有机械磨损小、能耗低、寿命长、无润滑和无污染等优点，特别适合高速、真空、超洁净和核等特殊的应用场合。

磁悬浮轴承按照磁力的提供方式，可分为主动磁轴承（AMB，Active Magnetic Bearing）、被动磁轴承（PMB，Passive Magnetic Bearing）和混合磁轴承（HMB，Hybrid Magnetic Bearing）。

混合磁轴承利用永久磁铁产生的磁场取代主动磁悬浮轴承中电磁铁产生的静态偏置磁场，又称为永磁偏置磁轴承，具有降低功率放大器的功耗，减少电磁铁的匝数，缩小磁轴承的体积等优点；同时其电磁线圈就成为了控制线圈，具备更加灵活的控制性能，与之配套的功放也可以进一步减小体积、降低功耗。

目前有许多混合磁轴承，其一般结构包括定子、转子，定子上同一圆周平面上一般只设置3到4个磁极，其在控制上只能是通过控制这些磁极的弹性力来调节转子的平衡，但转子在转动过程中可能会出现陀螺现象，尤其是章动模态，导致磁轴承不平衡，但由于现有磁轴承只能控制磁极表现为支承特性，不易调节，容易造成磁轴承损坏。另外现有混合磁轴承对于转子位置的检测都需要在轴承内放置转子位移传感器，以满足检测要求，但存在传感器成本高，安装及布线占空间，维护及校准比较困难。

如专利号为201220379576.X，名称为一种径向磁轴承电涡流传感器一体化结构的中国实用新型专利，其包括四路径向位移传感器探头、控制转子悬浮的永磁偏置混合磁轴承，该永磁偏置混合磁轴承包括两层的磁极和中间的永磁体构成，每次磁极具有四个，在同一圆周上相隔90度分布。该磁轴承在控制上就是通过控制磁极上的支承力来调节转子的平衡。该专利就存在上述的缺点：定子上同一圆周平面上一般只设置3到4个磁极，在控制上只能通过控制这些磁极的弹性力来调节转子的平衡，但转子在转动过程中可能会出现陀螺现象，尤其是章动模态，导致磁轴承不平衡，不易调节，甚至造成磁轴承损坏；需要在轴承内需放置转子位移传感器来检测转子位置，存在传感器成本高，安装及布线占空间，维护及校准比较困难。

发明内容

本发明主要是解决现有混合磁轴承只能通过控制磁极的支承力来调节转子平衡，不能对磁极进行动态分配，平衡性不足的问题，提供了一种将支承和阻尼属性分离，并能对磁极进行支承和阻尼属性动态分配，平衡性更好的混合磁力轴承，以及该轴承的控制方法。

本发明另一发明目的是解决了现有混合磁轴承检测转子位子需要在轴承内设置转子位移传感器，成本高，安装及布线占空间，维护及校准困难的问题，提供了一种采用自传感技术的混合磁力轴承，以及该轴承的控制方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种混合磁力轴承，包括定子、转子和控制系统，定子包括环绕转子外的永磁体阵列和电磁体阵列，电磁体阵列至少由6个以上偶数个电磁体构成，每个电磁体形成一个磁极，所述控制系统包括与电磁体数量对应的开关对、功放驱动器、数字信号处理器，所述数字信号处理器包括有ADC单元和CPU单元，所述ADC单元与CPU单元连接，所述每个开关对分别对应连接在一个电磁体线圈上，所述ADC单元分别连接到每个电磁体线圈上，所述CPU单元与功放驱动器连接，功放驱动器控制连接各开关对，

ADC单元：对各电磁体线圈上的电流进行采集，并将这些采集的信息进行模式转换后发送给CPU单元进行处理；