發(fā)布時間：2020-10-10 06:18

　　 磁軸承是利用磁場力將轉子懸浮于空間,實現定子和轉子之間沒有機械接觸的一種新型高性能軸承,具有無摩擦磨損、無需潤滑和密封、轉速高、精度高、壽命長等許多突出優(yōu)點,在數控機床等機械加工領域中具有潛在應用價值。目前國內外對磁軸承的研究多為直流式磁軸承,而直流開關功率放大器相對于交流逆變器來說其體積大、功耗大及成本高。論文研究設計了新型的三相交流主動磁軸承和集徑向、軸向控制于一體的徑向-軸向共用偏磁電流主動磁軸承,均采用三相功率逆變器提供徑向控制電流,大大減小了功率放大器體積,降低了功率損耗,降低了成本,三自由度主動磁軸承利用軸向線圈同時為軸向和徑向提供偏磁磁通,大大提高了磁軸承徑向的承載力。在此基礎上,論文設計了用于支承高速電主軸的五自由度磁軸承樣機以及數字控制系統(tǒng),為電主軸進入實用化研究奠定了基礎。文章主要研究工作如下: 首先,設計了用于高速電主軸懸浮支承的三相交流主動磁軸承和徑向-軸向共用偏磁電流的主動磁軸承,采用等效磁路法對兩種磁軸承的磁路進行了計算,導出了其徑向和軸向懸浮力數學模型。依據數學模型及性能要求,給出了相關設計參數的方法。采用仿真軟件MATLAB對各自懸浮力的非線性和耦合性特性進行了仿真分析,采用ANSOFT軟件對磁軸承的機械結構和磁路結構進行了計算分析,并分別提出了兩種新型磁軸承的控制策略。 其次,在MATLAB/SIMULINK仿真環(huán)境下,構建了徑向-軸向共用偏磁電流的主動磁軸承控制系統(tǒng)仿真模型,并進行了仿真研究。仿真結果表明,采用分散的PID對各自由度進行控制,系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)性能。 最后,采用TI公司的TMS320F2812 DSP芯片作為五自由度交流磁軸承系統(tǒng)的數字控制器,設計了數字控制器的硬件電路以及軟件流程圖。 理論研究與仿真表明:本論文研究的用于高速機床電主軸懸浮支承的五自由度交流磁軸承系統(tǒng),結構和參數設計合理,構建的數字控制系統(tǒng)合理。
【學位單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2010
【中圖分類】：TH133.3
【部分圖文】：

多關鍵技術，其中最主要的就是高速切削主軸系統(tǒng)，‘電主軸分為車削電主軸、銑床電主軸和磨削電主軸，另外還有組合機床使用的多功能電主軸等多種類型。在5自由度磁軸承一轉子系統(tǒng)中裝上高速電機就成為磁懸浮支承電主軸，如圖1.2所示。眾所周知，由于提高生產率和加工精度的市場需求，機床電主軸近年來向著高速、高精度方向迅速發(fā)展。目前的實驗表明，當切削速度超過一個臨界值以后會出現切削力急速下降，散熱也更好的狀態(tài)。傳統(tǒng)的滾動軸承在高速旋轉時，由于滾子的離心力和陀螺力急劇增大，造成發(fā)熱嚴重和壽命縮短，而動靜壓軸承同樣存在液體摩擦損失、發(fā)熱和剛度問題。磁軸承由于自身顯著的特點，可以實現高剛度

三相逆變器能實現徑向兩個自由度的驅動控制，可以大大降低功率損耗和制造成本。三相交流主動磁軸承基本結構如圖2.2所示，由轉子、定子和三個控制線圈等構成。定子做成單片三極式結構，三個定子磁極沿圓周均勻分布，三個控制線圈繞在三個定子磁極上，由三相功率逆變器進行驅動控制。圖中帶箭頭的虛線表示控制線圈通電后產生的磁通，其方向由控制電流方向按照右手定則確定，控制磁通在定子、氣隙與轉子之間形成回路。轉子車專車由控制線圈定子圖2.2二相交流土動磁軸承結構示意圖三相交流主動磁軸承工作原理是基于無軸承電機原理，使轉矩繞組極對數尸l為O，懸浮力繞組極對數尸:為l，滿足徑向懸浮力產生條件尸2二尸1士1

的方向相反，從而使轉子回到徑向平衡位置。2.2.2徑向一軸向共用偏磁電流的主動磁軸承結構與工作機理徑向一軸向共用偏磁電流的主動磁軸承結構見圖2.3，由軸向定子、軸向控制線圈、徑向定子、徑向控制線圈、轉子等構成。徑向定子三個磁極沿圓周均勻分布，轉子由隔磁鋁環(huán)分隔成軸向對稱的2部分。工作時軸向控制線圈除了對軸向自山度控制以外，還同時為徑向和軸向提供偏磁磁通。徑向沿圓周1200均勻分布的三個控制線圈通以三相交流電產生可旋轉的合成磁通來控制徑向2個自由度。1.軸向控制線圈2.徑向定子3.轉子4.隔磁鋁環(huán)5.徑向控制線圈6.軸向定子圖2，3徑向一軸向共用偏磁電流的主動磁軸承結構圖2.4是徑向一軸向共用偏磁電流的主動磁軸承磁路示意圖。左圖中帶箭頭的實線表示徑向控制磁通，在徑向定子、徑向氣隙與轉子之間形成回路。左圖和右圖中帶箭頭的虛線表示的是軸向控制磁通，在軸向定子、軸向氣隙、轉子、徑向氣隙以及徑向定子之間構成回路。軸向控制線圈中的偏磁電流，為徑向一軸向磁軸承提供偏磁磁通。由圖2.4看出看到

【引證文獻】

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1 陳瑞;劉賢興;;五自由度磁懸浮電主軸的結構設計與仿真[J];電機與控制應用;2011年11期

本文編號：2834840