磁力軸承
永磁型磁力軸承是由永久磁鐵制成的,可做各種形狀。軸承的承載能力和剛度決定于永磁材料的種類,磁極的形狀、面積、厚度和配置方式,軸承間隙,以及軟磁鋼部分的尺寸。這種軸承的理論計算十分困難,常采用“實驗室相似法”進行結構設計。即用使用方法確定幾種典型NTN軸承結構,測出其承載能力、鋼度值。新設計軸承只要取相同的材料,結構形式與尺寸按比例確定,其性能即可按比例求出,如承載能力與軸承特征尺寸的平方成比例等。 經實驗證明,增加磁鐵厚度和采用軟磁鋼極靴結構,對提高軸承的承載能力是有效的。值得特別注意的是,永磁軸承無論取哪種永磁材料和任何結構形式,都有一最大尺寸限制,一旦超過該尺寸,軸承就不能支撐其自身的重量。所以永磁軸承不能設計的過大。
推力軸承 推力軸承通常都是成對組合式,每個軸承就是一個電磁鐵。貼心幾何形狀一般為E形、U形或圓形。 調諧方式分為串聯和并聯兩種。
徑向軸承 被動式交流激勵型徑向磁力軸承常用的幾何形狀為圓柱形,極數一般取4的整數倍,4/8極用的 最多。
錐形軸承 被動數交流激勵型錐形軸承是一組合型軸承,可同時承受徑向、軸向兩個方向的載荷
主動式磁力軸承即有源型磁力軸承,主要特點是有敏感軸心偏移位置傳感器和反饋系統,或者伺服控制系統。有交流激勵型和直流激勵型兩種。 主動式交流激勵型磁力軸承的信號反饋方法,通常采用電感-電容電橋電路、電感-電阻電橋電路差動變壓器、求和電阻、相位飄移電路和比較時間滯后效應等形式。
軸承的控制方式分為脈沖式和時分時兩種。兩種控制方式都是利用軸承激勵線圈交替地作為位移傳感器和力發生器。所不同的是脈沖式控制是將預定幅值和寬度的恒定脈沖電流饋入線圈,從而產生承載能力。脈沖數越多,承載能力越高。時分式控制使改變線圈中直流電流大小,從而產出大小不同的承載能力,電流越大,承載能力越高。
主動式直流激勵型磁力軸承都是有源的,其控制系統由下列部分組成。
位置傳感器
它必須能及時地測出轉子的動態位置,要求無零件輸出飄移、分辨率高、頻率 響應好和對磁場和溫度變化不敏感。傳感器為非接觸式的,主要有渦流型、霍爾片型、聲波型、差動電 容型、差動變壓器型、磁阻抗型和光學型等,而以渦流型和光學型應用最多。
控制器
控制器必須能及時處理由傳感器測得的信號。小型磁力軸承一般采用模擬電路,用 差動放大器把輸入阻抗和反饋阻抗連接起來,構成超前或滯后電路,靈活型好,便于用微機處理。
功率放大器
對功率放大器的要求是必須能夠及時地放大控制信號,并把它送人電磁鐵的線圈 中去,以保證磁力軸承的動態穩定性。一般來說,磁力軸承-轉子系統,加上位移傳感器、信號處理器和 控制器,便構成一閉環控制磁力軸承系統。控制手段分數字式控制和模擬式控制兩種。比較兩種控制方式, 數字式的控制優點是線路硬化簡單,軟件靈活,易于實現復雜的控制方案,控制系統具有伸縮性,可以 達到穩定控制和最佳控制。缺點是要求有高速的芯片,對于多自由度或高轉速控制,要求CPU芯片運轉速 度高A/D轉換器轉換時間要短,所以造價較高。
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