CN108377055A - 一种新型磁悬浮开关磁阻伺服电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型磁悬浮开关磁阻伺服电机，包括电机转轴，机转轴中部设置有开关磁阻电机转子，开关磁阻电机转子套设在开关磁阻电机定子绕组中，开关磁阻电机转子两端沿电机转轴的轴向外部套设有磁悬浮轴承，以及设置在转轴两端部用于监测电机转轴位置的传感装置；磁悬浮轴承包括套设在所述电机转轴外的磁轴承转子，磁轴承转子通过磁轴承径向控制组控制，磁轴承径向控制组一端设置有采用双电源供电的电磁线圈，电磁线圈外侧均设置有磁轴承轴向控制绕组和磁轴承径向控制绕组。本发明提供一种摩擦损耗小，工作效率高，利用磁场力将转子浮于空间且轴承支撑性好，具有位移传感器监测功能的新型磁悬浮开关磁阻伺服电机。

Description

一种新型磁悬浮开关磁阻伺服电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体为一种新型磁悬浮开关磁阻伺服电机。

背景技术

随着国内电机制造水平的大幅提升，交流伺服电机控制技术逐渐为越来越多的国内厂家所掌握，促成了国内伺服驱动器厂家在短短的不足十年时间里实现了从起步到全面扩展的发展态势。电机和驱动企业纷纷投身伺服产业并实现了产业化、规模化生产，但国产伺服电机机械轴承控制***主要以小功率的低端产品为主，通过较高的性价比吸引使用精度要求相对较低的客户，在功能、性能和工艺方面与国外产品仍有较大的差距，以高性能、高精度、高可靠性为基本特征的交流伺服电机控制***仍然主要依靠进口，这种现状严重制约了我国高科技产业的发展。因此，尽早研制出具有当今国际水平的高性能、实用化的新型磁悬浮开关磁阻伺服电机控制***，对于促进我国航空、航天、国防及工业自动化等高端领域的发展，跟踪和赶上世界先进水平均有重要现实意义。

现有技术中，机械磨损不仅大幅度降低了开关磁阻伺服电机寿命，影响精度，还会造成开关磁阻伺服电机气隙的不均匀、绕组发热、温升增大，使电机特性变差，效率降低，缩短开关磁阻电机及装备的使用寿命，同时带来润滑液、冷却液污染的问题。为了克服这些问题，早期伺服控制***中气浮轴承、液浮轴承等新型轴承得到了广泛应用，减少了轴承的机械磨损，但气浮轴承、液浮轴承装置庞大，结构复杂，承载损耗大，特别是液浮轴承还在存环境污染，应用场合受到限制从而影响了电机的效率和使用寿命，智能控制效果低，不具有可控磁场的磁悬浮轴承。因此，为改善高速电机的轴承支撑特性，利用磁场力将转子浮于空间，实现转子和定子之间尽可能减少机械接触，摩擦损耗低，提升智能控制人机交互性能，能有效控制磁悬浮轴承内部磁场、更延长了电机设备使用寿命以及提升电机的工作效率是现有技术中需要解决的技术问题。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种摩擦损耗小，工作效率高，具有智能位移传感器监测的新型磁悬浮开关磁阻伺服电机。

本发明的技术方案是提供一种新型磁悬浮开关磁阻伺服电机，包括电机转轴，所述电机转轴中部设置有开关磁阻电机转子，所述开关磁阻电机转子套设在开关磁阻电机定子绕组中，所述开关磁阻电机转子两端沿电机转轴的轴向外部套设有磁悬浮轴承，以及设置在转轴两端部用于监测电机转轴位置的传感装置；所述磁悬浮轴承包括套设在所述电机转轴外的磁轴承转子，所述磁轴承转子通过磁轴承径向控制组控制，所述磁轴承径向控制组一端设置有电磁线圈，所述电磁线圈采用双电源供电；所述双电源包括，一路主电源，一路备用电源；所述电磁线圈外侧均设置有磁轴承轴向控制绕组和磁轴承径向控制绕组；所述电机外部套设有缸筒，所述缸筒两端分别设置有后端盖和前端盖。

本发明一个较佳实施方案中，传感装置包括分别设置在所述电机转轴两端部的径向位移传感器，以及在电机后端盖上与电机转轴相对位置处设置有轴向位移传感器。

本发明一个较佳实施方案中，后端盖内设置有凹槽，所述凹槽中设置有轴向位移传感器。

本发明一个较佳实施方案中，缸筒包括支撑电机内部器械的缸筒内套，所述缸筒内套外部套设有缸筒螺旋管，所述缸筒螺旋管外套接有缸筒外套。

本发明一个较佳实施方案中，电机转轴靠近后端盖一端套设有调心轴承；所述电机转轴靠近前端盖一端套设有辅助轴承。

本发明一个较佳实施方案中，所述电机转轴两端均设置有至少一个径向位移传感器以及至少一个位移传感器基准环。

本发明一个较佳实施方案中，新型磁悬浮开关磁阻伺服电机采用DSP数字信号处理器以及CPLD复杂可编程逻辑器件。

本发明一个较佳实施方案中，新型磁悬浮开关磁阻伺服电机还连接有人机交互操作显示装置。

本发明的有益效果是：

1、本发明开关磁阻电机转子中电机转轴两端均设置有磁悬浮轴承能有效提升轴承支撑效果的同时使得电机转轴达到平衡，磁悬浮轴承采用电磁线圈能更好的提升磁悬浮轴承的支撑能力，使得磁悬浮轴承中的磁场可以进行局部调节可控，进一步的，通过电磁线圈采用双电源供电，提升了电磁线圈的安全可靠性能。

2、磁轴承径向控制组一端设置有电磁线圈，使得结构简单，便于控制；电磁线圈外侧均设置有磁轴承轴向控制绕组和磁轴承径向控制绕组，所述电机外部套设有缸筒，所述缸筒两端分别设置有后端盖和前端盖，使得电机运行稳定易于控制。

3、电机转轴靠近后端盖一端套设有调心轴承；使得电机转轴在微小偏差中能正常运行，提升电机转轴的运行范围。

4、后端盖内设置有凹槽，所述凹槽中设置有轴向位移传感器，检测电机转轴轴向位移状态，实时监测，提升电机检测性能，使得电机运行更安全。

5、电机转轴两端均设置有至少一个径向位移传感器以及至少一个位移传感器基准环；有效控制电机转轴轴向位移状态，实时监测，提升电机检测性能，使得电机运行更安全。

6、电机转轴靠近后端盖一端套设有调心轴承；电机转轴靠近前端盖一端套设有辅助轴承，支撑电机转轴，防止电机转轴与电机外壳之间有摩擦，提升电机运行质量。

7、针对不同的磁饱和、转子偏心和温升，模型变化大的特征，将机理建模、实验分析和数据仿真有机结合，建立新型磁悬浮开关磁阻伺服电机悬浮力和旋转力精确数学模型的方法。

8、应用隐函数存在定理，提出***可逆性判别方法，将***划分为可逆区域和不可逆区域。在可逆区域，采用积分器描述***的动态行为，采用支持向量机对逆模型进行***辨识，构建支持向量机逆模型。在不可逆区域，提出应用模糊逻辑获取修正系数，补偿、修正不可逆区域，实现近似逆模型的理论和方法。

9、由于新型磁悬浮开关磁阻伺服电机对数字控制***的运行速度要求极高，且控制过程中信号采集源多、运算量大，I/O控点多，为保证控制***正常稳定工作，采用高速DSP芯片作为微处理器，采用复杂可编程逻辑门阵列CPLD来完成组合逻辑单元功能，构成复合数字控制***，大大提高控制***的速度。

附图说明

图1是本发明机械结构剖面结构示意图；

图2是本发明采用DSP和CPLD控制的原理框图示意图；

如图，1-轴向位移传感器，2-后端盖，3-调心轴承，4-磁轴承轴向控制绕组，5-磁轴承径向控制组，6-电磁线圈，7-磁轴承径向控制绕组，8-开关磁阻电机定子绕组，9-径向位移传感器，10-前端盖，11-辅助轴承，12-电机转轴，13-缸筒螺旋管，14-缸筒外套，15-缸筒内套，16- 开关磁阻电机转子，17-磁轴承转子，18-位移传感器基准环。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对新型磁悬浮开关磁阻伺服电机进行更全面的描述。附图中给出了新型磁悬浮开关磁阻伺服电机的优选实施例。但是，新型磁悬浮开关磁阻伺服电机可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对新型磁悬浮开关磁阻伺服电机的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在新型磁悬浮开关磁阻伺服电机的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明。

如图1所示，本发明的一种新型磁悬浮开关磁阻伺服电机，包括电机转轴12，电机转轴12中部设置有开关磁阻电机转子16，开关磁阻电机转子16套设在开关磁阻电机定子绕组8中，开关磁阻电机转子16两端沿电机转轴12的轴向延伸处套设有磁悬浮轴承，以及设置在电机转轴12两端部用于监测电机转轴12位置的传感装置；磁悬浮轴承包括套设在电机转轴外的磁轴承转子17，磁轴承转子17通过磁轴承径向控制组5控制，磁轴承径向控制组5一端设置有采用双电源供电的电磁线圈6，电磁线圈6外侧均设置有磁轴承轴向控制绕组4和磁轴承径向控制绕组7；电机外部套设有缸筒，缸筒两端分别设置有后端盖2和前端盖10。

本发明一个较佳实施方案中，传感装置包括分别设置在电机转轴12两端部的径向位移传感器9；后端盖2内设置有凹槽，凹槽中设置有轴向位移传感器1，轴向位移传感器1与电机转轴12位置相对应。进一步的，本发明一个较佳实施方案中，电机转轴12与径向位移传感器9套接处均设置有位移传感器基准环18；电机转轴12两端均设置有多个径向位移传感器9以及多个位移传感器基准环18。

本发明一个较佳实施例中，缸筒包括支撑电机内部器械的缸筒内套15，外部套设有缸筒螺旋管13，缸筒螺旋管13外套接有缸筒外套14。进一步的，缸筒内套15上设置有螺纹与缸筒螺旋管13形配。

本发明一个较佳实施方案中，电机转轴12靠近后端盖2一端套设有调心轴承3；电机转轴12靠近前端盖10一端套设有辅助轴承11。

如图2所示，本发明一个较佳实施方案中，采用DSP和CPLD控制，通过位移传感器的数据采集和电流电阻进行检测对电机进行智能控制和监控，进一步提升了电机的智能化，同时采用人机交互操作显示装置，提升了人机交互性能，更有利于显示电机的运行状态，提高电机运行的安全性能。

具体工作原理：通过电机转轴12中部设置有开关磁阻电机转子16，当开关磁阻电机转子16在开关磁阻电机定子绕组8形成的磁场中通过磁场力作用下进行高速旋转，与此同时电机转轴12两端采用磁悬浮轴承支撑，通过磁悬浮轴承的支撑下使得电机转轴12与磁悬浮轴承之间摩擦力最小，提升了电机的运行效率以及大大减少了运行的机械损耗和能耗；再者转轴与电机外壳之间通过调心轴承3和辅助轴承11隔离，再通过位移传感器监测新型磁悬浮开关磁阻伺服电机的位置状态，采用DSP和CPLD控制，通过位移传感器的数据采集和电流电阻进行检测对电机进行智能控制和监控，进一步提升了电机的智能化，同时采用人机交互操作显示装置，提升了人机交互性能，更有利于显示电机的运行状态，进一步提升了新型磁悬浮开关磁阻伺服电机工作适应性和工作效率，减少了能耗和机械损耗，延长了机械的使用寿命。

以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种新型磁悬浮开关磁阻伺服电机，其特征在于：包括电机转轴，所述电机转轴中部设置有开关磁阻电机转子，所述开关磁阻电机转子套设在开关磁阻电机定子绕组中，所述开关磁阻电机转子两端沿电机转轴的轴向外部套设有磁悬浮轴承，以及设置在转轴两端部用于监测电机转轴位置的传感装置；所述磁悬浮轴承包括套设在所述电机转轴外的磁轴承转子，所述磁轴承转子通过磁轴承径向控制组控制，所述磁轴承径向控制组一端设置有电磁线圈，所述电磁线圈采用双电源供电；所述双电源包括，一路主电源，一路备用电源；所述电磁线圈外侧均设置有磁轴承轴向控制绕组和磁轴承径向控制绕组；所述电机外部套设有缸筒，所述缸筒两端分别设置有后端盖和前端盖。

2.根据权利要求1所述的新型磁悬浮开关磁阻伺服电机，其特征在于：所述传感装置包括分别设置在所述电机转轴两端部的径向位移传感器，以及在电机后端盖上与电机转轴相对位置处设置有轴向位移传感器。

3.根据权利要求1所述的新型磁悬浮开关磁阻伺服电机，其特征在于：所述后端盖内设置有凹槽，所述凹槽中设置有轴向位移传感器。

4.根据权利要求1所述的新型磁悬浮开关磁阻伺服电机，其特征在于：所述缸筒包括支撑电机内部器械的缸筒内套，所述缸筒内套外部套设有缸筒螺旋管，所述缸筒螺旋管外套接有缸筒外套。

5.根据权利要求1所述的新型磁悬浮开关磁阻伺服电机，其特征在于：所述电机转轴靠近后端盖一端套设有调心轴承；所述电机转轴靠近前端盖一端套设有辅助轴承。

6.根据权利要求1所述的新型磁悬浮开关磁阻伺服电机，其特征在于：所述电机转轴两端均设置有至少一个径向位移传感器以及至少一个位移传感器基准环。

7.根据权利要求1所述的新型磁悬浮开关磁阻伺服电机，其特征在于：新型磁悬浮开关磁阻伺服电机采用DSP数字信号处理器以及CPLD复杂可编程逻辑器件。

8.根据权利要求1所述的新型磁悬浮开关磁阻伺服电机，其特征在于：新型磁悬浮开关磁阻伺服电机还连接有人机交互操作显示装置。