一种电磁悬浮装置

专利查询2022-05-16  8



1.本实用新型涉及电磁悬浮技术领域,特别是涉及一种电磁悬浮装置。


背景技术:

2.电磁悬浮技术采用主动电磁铁,主动电磁铁由铁芯和导电线圈构成。导电线圈中通入控制电流后,在铁芯、动子、工作间隙中产生磁回路,产生的电磁力对动子作用,电磁力能够在不接触的情况下对物体施加作用力。通过差动控制,能够使电磁力在一定范围内与电流和工作间隙基本呈线性关系,通过控制系统对电磁力动态调整,这种线性电磁铁常见于主动磁悬浮轴承、电磁悬浮及线性作动器。
3.自传感是电磁悬浮技术当前主要的研究方向之一。电磁悬浮自传感的实现方法主要分为两大类:状态空间法和电感检测法。状态空间法鲁棒性、精确性以及环境适应能力不足,应用范围有限,电感检测法通过检测电感的变化,实现对转子位移的自传感估计。电感检测法常见有小信号注入法、差动变压器法和电流纹波特性法。小信号注入法、差动变压器法以注入的周期小信号为载波,为了避免电磁铁交变磁场对高频小信号的影响,常用于独立结构的电感式位移传感器或线性功率放大器。电流纹波特性法以电流纹波为载波,只能用于电流纹波较大的两电平功率放大器,并且电流纹波产生的交变磁场使定子和动子上存在较强的电涡流,电涡流导致电流纹波畸变以及电感线圈的电感随气隙变化不明显,降低了电感灵敏度,电流纹波特性法利用电磁铁线圈中的高频电流信号进行动子位移的测量,因此不用改变电磁铁本体结构和额外注入信号。
4.为了增加电感式位移传感器的灵敏度、线性度以及抑制温漂导致的输出误差,电感式位移传感器通常采用差动式连接,根据测得的输入电压与输出差压的比值得到电磁铁工作间隙的变化。
5.基于主动电磁铁的机械结构特征及系统特性,电感式自传感技术能够在保证测量精度的同时,对系统稳定性影响较小。但是独立结构的电感式位移传感器与电磁铁安装位置不一致,即测量位置与电磁铁作用位置不同,降低了控制系统的性能。并且,目前的差动变压器式自传感中电磁铁磁场和电感线圈感应电动势存在干扰,会影响传感器的测量精度和灵敏度。


技术实现要素:

6.有鉴于此,本实用新型主要解决的技术问题是提供一种电磁悬浮装置,有利于使得测量位置与电磁铁作用位置保持一致,并且有利于保证测量精度和灵敏度。
7.为解决上述技术问题,本实用新型采用的一个技术方案是:提供一种电磁悬浮装置。该电磁悬浮装置包括动子以及至少一组电磁悬浮组件,电磁悬浮组件包括铁芯,铁芯包括至少一组电磁铁齿部组合、至少一组电感齿部组合以及轭部。每组电磁铁齿部组合至少包含两个电磁铁齿部,每组电感齿部组合至少包含一个电感齿部,至少一组电磁铁齿部组合和至少一组电感齿部组合设于轭部的同一侧。其中至少一组电磁铁齿部组合和至少一组
电感齿部组合朝向动子。电磁悬浮组件还包括电磁铁线圈,电磁铁线圈套设于电磁铁齿部和/或轭部。电磁悬浮组件还包括电感线圈,电感线圈套设于电感齿部和/或处于电磁铁线圈所产生磁回路之外的轭部。其中,电磁铁齿部与动子之间具有第一间距,电感齿部与动子之间具有第二间距,相邻的电磁铁齿部和电感齿部之间具有第三间距,第一间距小于第二间距,且第三间距大于第二间距。
8.本实用新型的有益效果是:区别于现有技术,本实用新型提供一种电磁悬浮装置。该电磁悬浮装置的铁芯包括至少一组电磁铁齿部组合、至少一组电感齿部组合以及轭部。每组电磁铁齿部组合至少包含两个电磁铁齿部,每组电感齿部组合至少包含一个电感齿部。该至少一组电磁铁齿部组合和该至少一组电感齿部组合设于轭部的同一侧。电磁铁线圈套设于电磁铁齿部和/或轭部,电感线圈套设于电感齿部和/或处于电磁铁线圈所产生磁回路之外的轭部。如此一来,有利于使得电磁铁的中面与电感传感器的中面为同一个平面,即有利于使得测量位置与电磁铁作用位置保持一致,进而有利于提高电磁悬浮装置的性能。其中,电磁铁的中面与电感传感器的中面可以理解为铁芯的电磁铁齿部和电感齿部在各自厚度方向上的对称面。
9.并且,电磁铁齿部与动子之间具有第一间距,电感齿部与动子之间具有第二间距,相邻的电磁铁齿部和电感齿部之间具有第三间距。其中,第一间距小于第二间距,且第三间距大于第二间距。由于电磁铁线圈所产生磁场的强度远大于电感线圈所产生磁场的强度,通过前述方式,电磁铁线圈所产生磁场的磁路不通过电感线圈,能够避免电磁铁线圈所产生磁场干扰电感线圈所产生感应电动势,有利于保证电感线圈对动子位移的测量精度和灵敏度。
附图说明
10.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本实用新型的实施例,并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。此外,这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本实用新型构思的范围,而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。
11.图1是现有技术磁悬浮轴承的结构示意图;
12.图2是现有技术电感传感器一实施例的结构示意图;
13.图3是现有技术电感传感器另一实施例的结构示意图;
14.图4是本实用新型电磁悬浮装置第一实施例的结构示意图;
15.图5是本实用新型铁芯第一实施例的结构示意图;
16.图6是本实用新型电磁悬浮装置第二实施例的结构示意图;
17.图7是本实用新型铁芯第二实施例的结构示意图;
18.图8是本实用新型铁芯第三实施例的结构示意图;
19.图9是本实用新型电磁悬浮装置第三实施例的结构示意图;
20.图10是本实用新型铁芯第四实施例的结构示意图;
21.图11是本实用新型铁芯第五实施例的结构示意图;
22.图12a-12b是本实用新型电磁悬浮装置第四实施例的结构示意图;
23.图13是图12a-12b所示电磁悬浮装置的磁场示意图;
24.图14是本实用新型电磁悬浮装置第五实施例的结构示意图;
25.图15是图14所示电磁悬浮装置的磁场示意图。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型的实施例,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.为解决现有技术中独立结构的电感式位移传感器与电磁铁安装位置不一致,导致测量位置与电磁铁作用位置不同以及差动变压器式自传感中电磁铁磁场对自感线圈感应电动势存在干扰的技术问题,本实用新型的一实施例提供一种电磁悬浮装置。该电磁悬浮装置包括动子以及至少一组电磁悬浮组件,电磁悬浮组件包括铁芯,铁芯包括至少一组电磁铁齿部组合、至少一组电感齿部组合以及轭部。每组电磁铁齿部组合至少包含两个电磁铁齿部,每组电感齿部组合至少包含一个电感齿部,至少一组电磁铁齿部组合和至少一组电感齿部组合设于轭部的同一侧。其中至少一组电磁铁齿部组合和至少一组电感齿部组合朝向动子。电磁悬浮组件还包括电磁铁线圈,电磁铁线圈套设于电磁铁齿部和/或轭部。电磁悬浮组件还包括电感线圈,电感线圈套设于电感齿部和/或处于电磁铁线圈所产生磁回路之外的轭部。其中,电磁铁齿部与动子之间具有第一间距,电感齿部与动子之间具有第二间距,相邻的电磁铁齿部和电感齿部之间具有第三间距,第一间距小于第二间距,且第三间距大于第二间距。以下进行详细阐述。
28.在主动电磁铁中,采用电涡流传感器或者独立结构的电感式位移传感器测量动子位移时,机械结构上电感传感器的中面不能与电磁铁的中面为同一个平面,导致测量位置与电磁铁作用位置不同,控制系统引入了位置误差,降低了控制系统的性能。
29.如图1所示,例如在磁悬浮轴承中,通常独立结构的电感传感器01与磁悬浮轴承02分别处于动子03轴向的不同位置,并且电感传感器01与磁悬浮轴承02的安装位置需要预先进行调试。若动子03呈图1中虚线所示的状态时,动子03在电感传感器01所在位置处的位移情况不同于动子03在磁悬浮轴承02所在位置处的位移情况,电感传感器01测量到的动子03的位移值无法应用于磁悬浮轴承02控制动子03运动。
30.因此理论上需要测量位置与电磁铁作用位置保持一致,才能够保证测量得到的动子位移与电磁铁提供的电磁力匹配,以精确控制动子位置。
31.使用差动变压器式传感器(将在下文阐述)测量动子位移时,当控制系统中使用数字功率放大器时,由于多谐波交变电磁铁磁场对传感器特定频率的感应电动势存在干扰,使得传感器测量精度和灵敏度降低;为了避免电磁铁多谐波交变磁场的影响,常使用线性功率放大器,电磁悬浮系统效率大幅度降低。
32.请参阅图2,图2是现有技术电感传感器一实施例的结构示意图。
33.在一实施例中,电感传感器01可以为差动变压器式传感器,差动变压器式传感器是互感式电感位移传感器的一种。电磁铁011的同一磁极上有两个线圈时,其中一个为偏置线圈012,另外一个为控制线圈013。在偏置线圈012的偏置电流中加入高频小信号,检测控
制线圈013两端电压的变化,基于线圈电感与动子位置之间的关系对动子03位移进行检测。
34.请参阅图3,图3是现有技术电感传感器另一实施例的结构示意图。
35.在一实施例中,电感传感器01可以为自感式位移传感器。电感传感器通过向自感线圈014注入高频小信号,基于线圈电感与动子03位置之间的关系得到动子03的位移信息,其中通过自感线圈014输出的差压(u
1-u2)/(u1+u2)来反映线圈电感变化。目前均作为与电磁铁结构独立的传感器使用,其基本结构如图3所示。
36.电流纹波特性法以控制电流中电流纹波为载波,对动子位移信号进行调制,基于电磁铁线圈电感与动子位移之间的关系进行动子位移测量,这种自传感方法须采用电流纹波较大的两电平数字功率放大器,存在动子振动增大的不足,与以追求高效、减少磁悬浮轴承中涡流损耗及噪声的三电平开关功率放大器技术的发展趋势相冲突,并且受脉宽调制(pwm,pulse width modulation)信号占空比变化的影响,使得测量系统灵敏度降低。
37.使用状态空间法对动子位移进行估计时,其鲁棒性、精确性以及环境适应能力不足,应用范围有限。
38.有鉴于此,本实用新型的一实施例提供一种电磁悬浮装置,能够克服传统电磁悬浮控制系统中测量位置与电磁力作用位置不一致的不足,还能够消除其他自传感技术所存在的多种干扰,避免了独立传感器安装时与电磁铁之间位置的调试,有利于提高电磁悬浮控制系统的性能。
39.在一实施例中,电磁悬浮装置可以呈现为磁悬浮轴承、磁悬浮电机、磁悬浮定位平台以及磁悬浮运动平台等形态,在此不做限定。
40.具体地,电磁悬浮装置包括动子以及至少一组电磁悬浮组件。电磁悬浮组件包括铁芯,铁芯包括至少一组电磁铁齿部组合、至少一组电感齿部组合以及轭部。每组电磁铁齿部组合至少包含两个电磁铁齿部,每组电感齿部组合至少包含一个电感齿部。该至少一组电磁铁齿部组合和该至少一组电感齿部组合设于轭部的同一侧。其中,该至少一组电磁铁齿部组合和该至少一组电感齿部组合朝向动子。电磁悬浮组件还包括电磁铁线圈,电磁铁线圈套设于电磁铁齿部和/或轭部。电磁悬浮组件还包括电感线圈,电感线圈套设于电感齿部和/或处于电磁铁线圈所产生磁回路之外的轭部。
41.电磁铁线圈通电产生的磁路通过电磁铁齿部到达动子,以向动子提供电磁力驱动动子移动。电感线圈通电产生的磁路通过电感齿部到达动子,电感齿部和动子之间的距离会影响电感线圈的电感,因而能够用于测量电感齿部和动子之间的距离,即测量动子的位移情况。由于电磁铁线圈所产生磁场的强度远大于电感线圈所产生磁场的强度,且谐波成分复杂,若电磁铁线圈所产生磁场的磁路通过电感线圈,会影响电感线圈两端的感应电动势,对测量结果造成干扰。
42.通过上述方式,电磁铁的中面和电感传感器的中面为同一个平面,意味着电磁铁线圈所产生磁场作用于动子的位置与电感线圈所产生磁场作用于动子的位置均位于电磁铁齿部或电感齿部的中面上,即测量位置与电磁铁作用位置保持一致,如此能够保证测量得到的动子位移与电磁铁需要提供的电磁力匹配,以精确控制动子动作,有利于提高电磁悬浮装置的性能。
43.电磁铁齿部与动子之间具有第一间距,电感齿部与动子之间具有第二间距,相邻的电磁铁齿部和电感齿部之间具有第三间距。第一间距小于第二间距,意味着电磁铁齿部
与动子之间的距离较近,而电感齿部与动子之间的距离较远,由于气隙的磁阻较大、铁芯的磁阻较小,使得电磁铁线圈所产生磁场的磁路会通过电磁铁齿部到达动子,而不会经过电感齿部,即电磁铁线圈所产生磁场的磁路不通过电感线圈,能够避免电磁铁线圈所产生磁场干扰电感线圈感应电动势,有利于保证动子位移的测量精度和灵敏度。
44.并且根据磁路最短原理,第三间距大于第二间距,意味着相邻的电磁铁齿部和电感齿部之间的距离大于电感齿部与动子之间的距离,能够保证电感线圈所产生磁场的磁路到达动子,以避免电感线圈所产生磁场的磁路不经过动子而直接通过相邻的电磁铁齿部回到电感线圈。
45.需要说明的是,电感线圈所产生磁场的磁路通过电磁铁线圈。由于电磁铁线圈所产生磁场的强度远大于电感线圈所产生磁场的强度,因此电感线圈所产生磁场的磁路虽然通过电磁铁线圈,但对电磁铁线圈所产生的电磁力不会造成明显的干扰。
46.进一步地,铁芯可以由导磁材料整体加工制得,整体铁芯上设有上述至少一组电磁铁齿部组合、至少一组电感齿部组合以及轭部;或铁芯可以由多个叠片叠压而成,叠片为导磁材料,且至少部分叠片上设有上述至少一组电磁铁齿部组合、至少一组电感齿部组合以及轭部。
47.请参阅图4和图5,图4是本实用新型电磁悬浮装置第一实施例的结构示意图,图5是本实用新型铁芯第一实施例的结构示意图。其中,图4和图5展示的是沿铁芯的中面截取的截面结构。铁芯的中面可以理解为铁芯在其厚度方向上的对称面。
48.本实施例与上述实施例的不同之处在于,电磁悬浮装置包括一组电磁悬浮组件。电磁悬浮组件的铁芯包括两个电磁铁齿部和一个电感齿部,该电感齿部位于该两个电磁铁齿部之间,且该电感齿部居于该两个电磁铁齿部之间轭部的中间位置。
49.在本实施例中,电磁悬浮装置包括动子11以及电磁悬浮组件21。电磁悬浮组件21包括电磁铁线圈31、电感线圈41、铁芯51。铁芯51包括电磁铁齿部511、电磁铁齿部512、电感齿部513以及轭部514。
50.可选地,铁芯51可以采用导磁性能良好的材料制成,或者用导磁性能良好的材料叠压而成,在此不做限定。
51.电磁铁齿部511、电磁铁齿部512以及电感齿部513设于轭部514的同一侧。电感齿部513位于电磁铁齿部511和电磁铁齿部512之间。电磁铁线圈31套设于电磁铁齿部511和电感齿部513之间以及电磁铁齿部512和电感齿部513之间的轭部514。电感线圈41套设于电感齿部513上。
52.当然,在本实用新型的其它实施例中,电磁铁线圈31也可以套设于电磁铁齿部511和/或电磁铁齿部512,在此不做限定。
53.由于电磁铁线圈31所产生磁场施加于动子11的电磁力在动子上的作用位置可以等价为电磁铁齿部511和电磁铁齿部512之间的中心位置在动子11表面上的正投影位置,因此电感齿部513位于电磁铁齿部511和电磁铁齿部512之间,且电感齿部513至电磁铁齿部511和电磁铁齿部512的距离相等,即电感齿部513居中设置,此时电感线圈41即用于测量电磁铁线圈31所提供电磁力在动子11上作用位置的位移。
54.电磁铁齿部511、电磁铁齿部512和动子11之间分别具有间距g11、g12。电感齿部513与动子11之间具有间距g13。电感齿部513与电磁铁齿部511或电磁铁齿部512之间具有
间距g14。其中,前述各间距均指最小距离。
55.g13大于g11和g12,使得电磁铁线圈31所产生磁场的磁路会通过电磁铁齿部511和电磁铁齿部512到达动子11,而不会经过电感齿部513,即电磁铁线圈31所产生磁场的磁路不通过电感线圈41,能够避免电磁铁线圈31所产生磁场干扰电感线圈41两端的感应电动势,有利于提高电感线圈41对动子11位移的测量精度和灵敏度。
56.并且,g13小于g14,能够保证电感线圈41所产生磁场的磁路到达动子11,以避免电感线圈41所产生磁场的磁路不经过动子11而直接通过相邻的电磁铁齿部511和电磁铁齿部512回到电感线圈41,能够保证电感线圈41测量动子11位移的功能实现。
57.电磁铁线圈31中输入控制电流i+i后,产生磁场磁路311。根据磁路最短原理,磁场磁路311不经过电感齿部513,磁场磁路311依次经过电磁铁齿部511、轭部514、电磁铁齿部512、动子3,而后回到电磁铁齿部511形成闭合磁回路,因此电感线圈41两端的感应电动势不受电磁铁线圈31所产生磁场的影响,能够保证电感线圈41测量得到的动子11位移的精度和灵敏度。
58.当电感线圈41两端注入电流周期小信号时,电感线圈41分别产生磁场磁路411和磁场磁路412。根据磁路最短原理,磁场磁路411依次经过电感齿部513、动子11、电磁铁齿部511以及轭部514,而后回到电感齿部513形成闭合磁回路;磁场磁路412依次经过电感齿部513、动子11、电磁铁齿部512以及轭部514,而后回到电感齿部513形成闭合磁回路。
59.此时测量电感线圈41的感应电动势根据电感线圈41的电感与动子11位移的关系,对感应电动势信号进行处理,即可得到动子11的位移值,即电磁铁线圈31所提供电磁力作用位置的动子位移由电感线圈41直接测量得到。
60.需要说明的是,本实施例中电感线圈41两端注入电流同时测量电感线圈41的感应电动势以避免电感线圈41两端注入电压信号且测量电感线圈41输出的电压信号的情况,以反映出电感线圈41的电感变化情况,有利于测量动子11的位移。并且,本实施例中电感线圈41两端注入电流信号,而非电压信号,更方便于数据处理。
61.请参阅图6至图8,图6是本实用新型电磁悬浮装置第二实施例的结构示意图,图7是本实用新型铁芯第二实施例的结构示意图,图8是本实用新型铁芯第三实施例的结构示意图。其中,图6至图8展示的是沿铁芯的中面截取的截面结构。铁芯的中面可以理解为铁芯在其厚度方向上的对称面。
62.在本实施例中,电磁悬浮装置包括动子13、电磁悬浮组件231以及电磁悬浮组件232。电磁悬浮组件231包括电磁铁线圈331、电感线圈431、铁芯53。铁芯53包括电磁铁齿部531、电磁铁齿部532、电感齿部533以及轭部534。电磁悬浮组件232包括电磁铁线圈332、电感线圈432、铁芯54。铁芯54包括电磁铁齿部541、电磁铁齿部542、电感齿部543以及轭部544。
63.如图6和图7所示,电磁铁齿部531、电磁铁齿部532以及电感齿部533设于轭部534的同一侧。电感齿部533位于电磁铁齿部531和电磁铁齿部532之间且居中设置。电磁铁线圈
331套设于电磁铁齿部531和电感齿部533之间以及电磁铁齿部532和电感齿部533之间的轭部534。电感线圈431套设于电感齿部533上。
64.如图6和图8所示,电磁铁齿部541、电磁铁齿部542以及电感齿部543设于轭部544的同一侧。电感齿部543位于电磁铁齿部541和电磁铁齿部542之间且居中设置。电磁铁线圈332套设于电磁铁齿部541和电感齿部543之间以及电磁铁齿部542和电感齿部543之间的轭部544。电感线圈432套设于电感齿部543上。
65.如图6所示,电磁铁齿部531、电磁铁齿部532和动子13之间分别具有间距g31、g32。电感齿部533与动子13之间具有间距g33。电感齿部533与电磁铁齿部531或电磁铁齿部532之间具有间距g34。电磁铁齿部541、电磁铁齿部542和动子13之间分别具有间距g35、g36。电感齿部543与动子13之间具有间距g37。电感齿部543与电磁铁齿部541或电磁铁齿部542之间具有间距g38。其中,前述各间距均指最小距离。
66.g33大于g31和g32,且g37大于g35和g36,使得电磁铁线圈所产生磁场的磁路通过电磁铁齿部到达动子,而不会经过电感齿部,即电磁铁线圈所产生磁场的磁路不通过电感线圈,能够避免电磁铁线圈所产生磁场干扰电感线圈感应电动势,有利于保证动子位移的测量精度和灵敏度。
67.并且,g33小于g34、g37小于g38,能够保证电感线圈所产生磁场的磁路到达动子,以避免电感线圈所产生磁场的磁路不经过动子而直接通过相邻的电磁铁齿部回到电感线圈,能够保证电感线圈测量动子位移的功能实现。
68.电磁铁线圈331和电磁铁线圈332中的电流均由偏置电流i与控制电流i组成。根据动子13的位移,由控制器对电磁铁线圈331和电磁铁线圈332的电流进行调整,电磁铁线圈331和电磁铁线圈332中分别输入电流i+i或i-i后,电磁悬浮组件231以及电磁悬浮组件232分别产生磁场磁路3311和磁场磁路3321。图6中电磁铁线圈331输入电流i+i,电磁铁线圈332输入电流i-i,即采用电流偏置的差动控制,其属于本领域技术人员的理解范畴,在此就不再赘述。正对的电磁铁齿部531端面和电磁铁齿部541端面分别为电磁铁磁场3311和电磁铁磁场3321的同名磁极,正对的电磁铁齿部532端面和电磁铁齿部542端面也为电磁铁磁场3311和电磁铁磁场3321的同名磁极。
69.根据磁路最短原理,磁场磁路3311并不通过电感齿部533,磁场磁路3311依次经过电磁铁齿部531、轭部534、电磁铁齿部532以及动子13,而后回到电磁铁齿部531形成闭合磁回路。磁场磁路3321并不通过电感齿部543,磁场3321依次经过电磁铁齿部541、轭部544、电磁铁齿部542以及动子13,而后回到电磁铁齿部541形成闭合磁回路,因此电感线圈431和电感线圈432输出的差压不受电磁铁线圈331和电磁铁线圈332所产生磁场的影响。
70.电感线圈431和电感线圈432相连接,并在两端注入电压周期小信号时,电感线圈431分别产生磁场磁路4311和磁场磁路4312,电感线圈432分别产生磁场磁路4321和磁场磁路4322。根据磁路最短原理,磁场磁路4311依次经过电感齿部533、动子13、电磁铁齿部531以及轭部534,而后回到电感齿部533形成闭合磁回路;磁场磁路4312依次经过电感齿部533、动子13、电磁铁齿部532以及轭部534,而后回到电感齿部533形成闭合磁回路。磁场磁路4321依次经过电感齿部543、动子13、电磁铁齿部541以及轭部544,而后回到电感齿部543形成闭合磁回路;磁场磁路4322依次经过电感齿部543、动子13、电磁铁齿部542以及轭部
544,而后回到电感齿部543形成闭合磁回路。
71.此时测量电感线圈431和电感线圈432输出的差压根据电感与动子13位移的关系,对差压信号进行处理,即可得到动子13的位移值,电磁铁线圈331和电磁铁线圈332所提供电磁力在动子上作用位置的位移由电感线圈431和电感线圈432直接测量得到。
72.当然,在本实用新型的其它实施例中,可以不要求上述两组电磁悬浮组件所产生磁场的相同磁极在动子的两侧相对设置,也不会对电磁铁线圈所产生磁场施加于动子的电磁力和电感线圈的测量精度和灵敏度造成影响。
73.请参阅图9至图11,图9是本实用新型电磁悬浮装置第三实施例的结构示意图,图10是本实用新型铁芯第四实施例的结构示意图,图11是本实用新型铁芯第五实施例的结构示意图。其中,图9至图11展示的是沿铁芯的中面截取的截面结构。铁芯的中面可以理解为铁芯在其厚度方向上的对称面。
74.本实施例与上述实施例的不同之处在于,电感齿部位于电磁铁齿部的外侧,电感线圈套设于电感齿部。当然,在本实用新型的其它实施例中,电感线圈也可以套设于相邻电磁铁齿部和电感齿部之间的轭部。
75.在本实施例中,电磁悬浮装置包括动子14、电磁悬浮组件241以及电磁悬浮组件242。电磁悬浮组件241包括电磁铁线圈341、电感线圈441、电感线圈442以及铁芯55。铁芯55包括电磁铁齿部551、电磁铁齿部552、电感齿部553、电感齿部554以及轭部555。电磁悬浮组件242包括电磁铁线圈342、电感线圈443、电感线圈444以及铁芯56。铁芯56包括电磁铁齿部561、电磁铁齿部562、电感齿部563、电感齿部564以及轭部565。
76.如图9和图10所示,电磁铁齿部551、电磁铁齿部552、电感齿部553以及电感齿部554设于轭部555的同一侧。电感齿部553位于电磁铁齿部551远离电磁铁齿部552的一侧,电感齿部554位于电磁铁齿部552远离电磁铁齿部551的一侧。电磁铁线圈341套设于电磁铁齿部551和电磁铁齿部552之间的轭部555。电感线圈441套设于电感齿部553上,电感线圈442套设于电感齿部554上。
77.如图9和图11所示,电磁铁齿部561、电磁铁齿部562、电感齿部563以及电感齿部564设于轭部565的同一侧。电感齿部563位于电磁铁齿部561远离电磁铁齿部562的一侧,电感齿部564位于电磁铁齿部562远离电磁铁齿部561的一侧。电磁铁线圈342套设于电磁铁齿部561和电磁铁齿部562之间的轭部565。电感线圈443套设于电感齿部563上,电感线圈444套设于电感齿部564上。
78.如图9所示,电磁铁齿部551、电磁铁齿部552和动子14之间分别具有间距g411、g412。电感齿部553、电感齿部554和动子14之间分别具有间距g421、g422。电感齿部553和电磁铁齿部551之间具有间距g431,电感齿部554和电磁铁齿部552之间具有间距g432。电磁铁齿部561、电磁铁齿部562和动子14之间分别具有间距g441、g442。电感齿部563、电感齿部564和动子14之间分别具有间距g451、g452。电感齿部563和电磁铁齿部561之间具有间距g461,电感齿部564和电磁铁齿部562之间具有间距g462。其中,前述各间距均指最小距离。
79.g421、g422均大于g411、g412,且g451、g452均大于g441、g442,使得电磁铁线圈所产生磁场的磁路通过电磁铁齿部到达动子,而不会经过电感齿部,即电磁铁线圈所产生磁
场的磁路不通过电感线圈,能够避免电磁铁线圈所产生磁场干扰电感线圈所产生感应电动势,有利于保证动子位移的测量精度和灵敏度。
80.并且,g421小于g431、g422小于g432,且g451小于g461、g452小于g462,能够保证电感线圈所产生磁场的磁路到达动子,以避免电感线圈所产生磁场的磁路不经过动子而直接通过相邻的电磁铁齿部回到电感线圈,能够保证电感线圈测量动子位移的功能实现。
81.电磁铁线圈341和电磁铁线圈342采用电流偏置的差动控制,电磁铁线圈341和电磁铁线圈342中的电流均由偏置电流i与控制电流i组成。根据动子14的位移,由控制器对电磁铁线圈341和电磁铁线圈342的电流进行调整,电磁铁线圈341和电磁铁线圈342中输入电流i+i或i-i后,电磁悬浮组件241以及电磁悬浮组件242分别产生磁场磁路3411和磁场磁路3421。图9中电磁铁线圈341输入电流i+i,电磁铁线圈342输入电流i-i。
82.根据磁路最短原理,磁场磁路3411并不通过电感齿部553和电感齿部554,磁场磁路3411依次经过电磁铁齿部551、轭部555、电磁铁齿部552以及动子14,而后回到电磁铁齿部551形成闭合磁回路。磁场磁路3421并不通过电感齿部563和电感齿部564,磁场磁路3421依次经过电磁铁齿部561、轭部565、电磁铁齿部562以及动子14,而后回到电磁铁齿部561形成闭合磁回路,因此电感线圈441和电感线圈443输出的差压不受电磁铁线圈341和电磁铁线圈342所产生磁场的影响,电感线圈442和电感线圈444输出的差压信号同理。
83.电感线圈441和电感线圈443相连接,并在两端注入电压周期小信号时,电感线圈441产生磁场磁路4411,电感线圈443产生磁场磁路4431。根据磁路最短原理,磁场磁路4411依次经过电感齿部553、动子14、电磁铁齿部551以及轭部555,而后回到电感齿部553形成闭合磁回路。磁场磁路4431依次经过电感齿部563、动子14、电磁铁齿部561以及轭部565,而后回到电感齿部563形成闭合磁回路。
84.同理,电感线圈442和电感线圈444相连接,并在两端注入电压周期小信号时,电感线圈442产生磁场磁路4421,电感线圈444产生磁场磁路4441。根据磁路最短原理,磁场磁路4421依次经过电感齿部554、动子14、电磁铁齿部552以及轭部555,而后回到电感齿部554形成闭合磁回路。磁场磁路4441依次经过电感齿部564、动子14、电磁铁齿部562以及轭部565,而后回到电感齿部564形成闭合磁回路。
85.此时测量电感线圈441和电感线圈443输出的差压根据电感与动子14位移的关系,对差压信号进行处理,即可得到动子14在电感齿部553和电感齿部563连线位置的位移值,同理可得到动子14在电感齿部554和电感齿部564连线位置的位移值。根据测量到的动子14上的两点的位移值进行坐标插值或坐标变换,得到电磁铁线圈341和电磁铁线圈342所提供电磁力作用位置的动子位移。
86.前述坐标插值或坐标变换的具体计算过程,属于本领域技术人员的理解范畴,在此就不再赘述。
87.请参阅图12a-12b、图13,图12a-12b是本实用新型电磁悬浮装置第四实施例的结构示意图,图13是图12a-12b所示电磁悬浮装置的磁场示意图。其中,图12a-12b、图13展示的是沿铁芯的中面截取的截面结构。铁芯的中面可以理解为铁芯在其厚度方向上的对称
面。
88.本实施例展示了电磁悬浮装置呈现为磁悬浮轴承的形态。本实施例与上述实施例的不同之处在于,电磁悬浮装置包括至少两组电磁铁齿部组合和至少两组电感齿部组合,每组电磁铁齿部组合均包含两个电磁铁齿部,每组电感齿部组合均包含至少一个电感齿部。铁芯呈环状。每组电磁铁齿部组合沿铁芯的周向依次分布,在铁芯的周向上相邻的电磁铁齿部组合之间布置有至少一组电感齿部组合,电感线圈设置在电感齿部。
89.在本实施例中,电磁悬浮装置包括动子15、电磁铁齿部组合251、电磁铁齿部组合252、电磁铁齿部组合253、电磁铁齿部组合254、电感齿部组合271、电感齿部组合272、电感齿部组合273以及电感齿部组合274。
90.电磁铁齿部组合251、电磁铁齿部组合252、电磁铁齿部组合253、电磁铁齿部组合254、电感齿部组合271、电感齿部组合272、电感齿部组合273以及电感齿部组合274在同一铁芯57上。铁芯57呈环状,电感齿部组合271、电磁铁齿部组合251、电感齿部组合272、电磁铁齿部组合252、电感齿部组合273、电磁铁齿部组合253、电感齿部组合274以及电磁铁齿部组合254沿铁芯57的周向依次分布。
91.电磁铁齿部组合251和电磁铁齿部组合253在自由度y方向上相对设置,以控制动子15在自由度y方向上的位移;电磁铁齿部组合252和电磁铁齿部组合254在自由度x方向上相对设置,以控制动子15在自由度x方向上的位移。自由度x方向和自由度y方向相互垂直,自由度x方向和自由度y方向定义出动子15的一个横截面。其中,动子15的横截面应当理解为垂直于动子15轴向所截取的截面,如图12a-12b、图13所示。
92.当然,在本实用新型的其它实施例中,电磁悬浮装置可以包括其它数量的电磁铁齿部组合和电感齿部组合,并不局限于本实施例包括电磁铁齿部组合251、电磁铁齿部组合252、电磁铁齿部组合253以及电磁铁齿部组合254在内的四组电磁铁齿部组合,以及本实施例包括电感齿部组合271、电感齿部组合272、电感齿部组合273以及电感齿部组合274在内的四组电感齿部组合。
93.电磁铁齿部组合251包括电磁铁齿部5711、电磁铁齿部5712以及电磁铁齿部5713。电磁铁齿部组合252包括电磁铁齿部5721、电磁铁齿部5722以及电磁铁齿部5723。电磁铁齿部组合253包括电磁铁齿部5731、电磁铁齿部5732以及电磁铁齿部5733。电磁铁齿部组合254包括电磁铁齿部5741、电磁铁齿部5742、电磁铁齿部5743。电感齿部组合271包括电感齿部2711,电感齿部组合272包括电感齿部2721,电感齿部组合273包括电感齿部2731,电感齿部组合274包括电感齿部2741。电磁悬浮装置还包括电磁铁线圈351、电感线圈451、电磁铁线圈352、电感线圈452、电磁铁线圈353、电感线圈453、电磁铁线圈354以及电感线圈454。
94.如图12a-12b所示,电磁铁齿部5711、电磁铁齿部5712、电磁铁齿部5713以及电感齿部2711设于轭部575的同一侧。电磁铁齿部5711、电磁铁齿部5712、电磁铁齿部5713沿铁芯57的周向依次分布,即电磁铁齿部5711和电磁铁齿部5713分别位于电磁铁齿部5712在铁芯57周向(或动子15周向)上的两侧。电感齿部2711位于电磁铁齿部5711远离电磁铁齿部5712的一侧。电磁铁线圈351套设于电磁铁齿部5711、电磁铁齿部5712以及电磁铁齿部5713上,即电磁铁齿部5711、电磁铁齿部5712以及电磁铁齿部5713上的电磁铁线圈351由一根导线绕成。电感线圈451套设于电感齿部2711上。
95.电磁铁齿部5721、电磁铁齿部5722、电磁铁齿部5723以及电感齿部2721设于轭部
575的同一侧。电磁铁齿部5721、电磁铁齿部5722、电磁铁齿部5723沿铁芯57的周向依次分布,即电磁铁齿部5721和电磁铁齿部5723分别位于电磁铁齿部5722在铁芯57周向(或动子15周向)上的两侧。电感齿部2721位于电磁铁齿部5721远离电磁铁齿部5722的一侧。电磁铁线圈352套设于电磁铁齿部5721、电磁铁齿部5722以及电磁铁齿部5723上,即电磁铁齿部5721、电磁铁齿部5722以及电磁铁齿部5723上的电磁铁线圈352由一根导线绕成。电感线圈452套设于电感齿部2721上。
96.电磁铁齿部5731、电磁铁齿部5732、电磁铁齿部5733以及电感齿部2731设于轭部575的同一侧。电磁铁齿部5731、电磁铁齿部5732、电磁铁齿部5733沿铁芯57的周向依次分布,即电磁铁齿部5731和电磁铁齿部5733分别位于电磁铁齿部5732在铁芯57周向(或动子15周向)上的两侧。电感齿部2731位于电磁铁齿部5731远离电磁铁齿部5732的一侧。电磁铁线圈353套设于电磁铁齿部5731、电磁铁齿部5732以及电磁铁齿部5733上,即电磁铁齿部5731、电磁铁齿部5732以及电磁铁齿部5733上的电磁铁线圈353由一根导线绕成。电感线圈453套设于电感齿部2731上。
97.电磁铁齿部5741、电磁铁齿部5742、电磁铁齿部5743以及电感齿部2741设于轭部575的同一侧。电磁铁齿部5741、电磁铁齿部5742、电磁铁齿部5743沿铁芯57的周向依次分布,即电磁铁齿部5741和电磁铁齿部5743分别位于电磁铁齿部5742在铁芯57周向(或动子15周向)上的两侧。电感齿部2741位于电磁铁齿部5741远离电磁铁齿部5742的一侧。电磁铁线圈354套设于电磁铁齿部5741、电磁铁齿部5742以及电磁铁齿部5743上,即电磁铁齿部5741、电磁铁齿部5742以及电磁铁齿部5743上的电磁铁线圈354由一根导线绕成。电感线圈454套设于电感齿部2741上。
98.电磁铁齿部5711、电磁铁齿部5712以及电磁铁齿部5713和动子15之间分别具有间距g511、g512以及g513。电感齿部2711和动子15之间具有间距g514。电感齿部2711和电磁铁齿部5711之间具有间距g515。
99.电磁铁齿部5721、电磁铁齿部5722以及电磁铁齿部5723和动子15之间分别具有间距g521、g522以及g523。电感齿部2721和动子15之间具有间距g524。电感齿部2721和电磁铁齿部5721之间具有间距g525,电感齿部2721和电磁铁齿部5713之间具有间距g526。
100.电磁铁齿部5731、电磁铁齿部5732以及电磁铁齿部5733和动子15之间分别具有间距g531、g532以及g533。电感齿部2731和动子15之间具有间距g534。电感齿部2731和电磁铁齿部5731之间具有间距g535,电感齿部2731和电磁铁齿部5723之间具有间距g536。
101.电磁铁齿部5741、电磁铁齿部5742以及电磁铁齿部5743和动子15之间分别具有间距g541、g542以及g543。电感齿部2741和动子15之间具有间距g544。电感齿部2741和电磁铁齿部5741之间具有间距g545,电感齿部2741和电磁铁齿部5733之间具有间距g546,电感齿部2711和电磁铁齿部5743之间具有间距g547。
102.需要说明的是,前述各间距均指最小距离。
103.g514大于g511和g543,g524大于g521和g513,g534大于g531和g523,g544大于g541和g533,使得电磁铁线圈所产生磁场的磁路通过电磁铁齿部到达动子,而不会经过电感齿部,即电磁铁线圈所产生磁场的磁路不通过电感线圈,能够避免电磁铁线圈所产生磁场干扰电感线圈所产生的感应电动势,有利于提高电感线圈测量动子位移的精度和灵敏度。
104.并且,g514小于g515和g547,g524小于g525和g526,g534小于g535和g536,g544小
于g545和g546,能够保证电感线圈所产生磁场的磁路到达动子,以避免电感线圈所产生磁场的磁路不经过动子而直接通过相邻的电磁铁齿部回到电感线圈,能够保证电感线圈测量动子位移的功能实现。
105.电磁铁线圈351和电磁铁线圈353采用电流偏置的差动控制,电磁铁线圈351和电磁铁线圈353中的电流均由偏置电流i与控制电流iy组成,以控制动子15在自由度y方向上的位移。根据动子15的位移,由控制器对电磁铁线圈351和电磁铁线圈353的电流进行调整,电磁铁线圈351中输入电流i+iy或i-iy后产生磁场磁路3511和磁场磁路3512。电磁铁线圈353中输入电流i+iy或i-iy后产生磁场磁路3531和磁场磁路3532。图12a中电磁铁线圈351输入电流i+iy,电磁铁线圈353输入电流i-iy。
106.根据磁路最短原理,磁场磁路3511并不通过电感齿部2711,磁场磁路3511依次经过电磁铁齿部5712、轭部575、电磁铁齿部5711以及动子15,而后回到电磁铁齿部5712形成闭合磁回路。磁场磁路3512并不通过电感齿部2721,磁场磁路3512依次经过电磁铁齿部5712、轭部575、电磁铁齿部5713以及动子15,而后回到电磁铁齿部5712形成闭合磁回路。
107.同理,磁场磁路3531并不通过电感齿部2731,磁场磁路3531依次经过电磁铁齿部5732、轭部575、电磁铁齿部5731以及动子15,而后回到电磁铁齿部5732形成闭合磁回路。磁场磁路3532并不通过电感齿部2741,磁场磁路3532依次经过电磁铁齿部5732、轭部575、电磁铁齿部5733以及动子15,而后回到电磁铁齿部5732形成闭合磁回路。
108.电磁铁线圈352和电磁铁线圈354采用电流偏置的差动控制,电磁铁线圈352和电磁铁线圈354中的电流均由偏置电流i与控制电流ix组成,以控制动子15在自由度x方向上的位移。根据动子15的位移,由控制器对电磁铁线圈352和电磁铁线圈354的电流进行调整,电磁铁线圈352中输入电流i+ix或i-ix后产生磁场磁路3521和磁场磁路3522。电磁铁线圈354中输入电流i+ix或i-ix后产生磁场磁路3541和磁场磁路3542。图12a中电磁铁线圈352输入电流i+ix,电磁铁线圈354输入电流i-ix。
109.根据磁路最短原理,磁场磁路3521并不通过电感齿部2721,磁场磁路3521依次经过电磁铁齿部5722、轭部575、电磁铁齿部5721以及动子15,而后回到电磁铁齿部5722形成闭合磁回路。磁场磁路3522并不通过电感齿部2731,磁场磁路3522依次经过电磁铁齿部5722、轭部575、电磁铁齿部5723以及动子15,而后回到电磁铁齿部5722形成闭合磁回路。
110.同理,磁场磁路3541并不通过电感齿部2741,磁场磁路3541依次经过电磁铁齿部5742、轭部575、电磁铁齿部5741以及动子15,而后回到电磁铁齿部5742形成闭合磁回路。磁场磁路3542并不通过电感齿部2711,磁场磁路3542依次经过电磁铁齿部5742、轭部575、电磁铁齿部5743以及动子15,而后回到电磁铁齿部5742形成闭合磁回路。
111.电感线圈451和电感线圈453相连接,并在两端注入电压为周期小信号时,电感线圈451分别产生磁场磁路4511和磁场磁路4512,电感线圈453分别产生磁场磁路4531和磁场磁路4532。
112.根据磁路最短原理,磁场磁路4511依次经过电感齿部2711、动子15、电磁铁齿部5711以及轭部575,而后回到电感齿部2711形成闭合磁回路;磁场磁路4512依次经过电感齿部2711、动子15、电磁铁齿部5743以及轭部575,而后回到电感齿部2711形成闭合磁回路。磁场磁路4531依次经过电感齿部2731、动子15、电磁铁齿部5731以及轭部575,而后回到电感
齿部2731形成闭合磁回路;磁场磁路4532依次经过电感齿部2731、动子15、电磁铁齿部5723以及轭部575,而后回到电感齿部2731形成闭合磁回路。
113.同理,电感线圈452和电感线圈454相连接,并在两端注入电压为周期小信号时,电感线圈452分别产生磁场磁路4521和磁场磁路4522,电感线圈454分别产生磁场磁路4541和磁场磁路4542。
114.根据磁路最短原理,磁场磁路4521依次经过电感齿部2721、动子15、电磁铁齿部5721以及轭部575,而后回到电感齿部2721形成闭合磁回路;磁场磁路4522依次经过电感齿部2721、动子15、电磁铁齿部5713以及轭部575,而后回到电感齿部2721形成闭合磁回路。磁场磁路4541依次经过电感齿部2741、动子15、电磁铁齿部5741以及轭部575,而后回到电感齿部2741形成闭合磁回路;磁场磁路4542依次经过电感齿部2741、动子15、电磁铁齿部5733以及轭部575,而后回到电感齿部2741形成闭合磁回路。
115.此时,测量电感线圈451和电感线圈453输出的差压根据电感与动子15位移的关系,对差压信号进行处理,即可得到动子15在电感齿部2711和电感齿部2731相对方向上的位移值。测量电感线圈452和电感线圈454输出的差压根据电感与动子15位移的关系,对差压信号进行处理,即可得到动子15在电感齿部2721和电感齿部2741相对方向上的位移值。对得到的动子15在电感齿部2711和电感齿部2731相对方向上的位移值以及在电感齿部2721和电感齿部2741相对方向上的位移值进行坐标变换,即可得到动子15在自由度x方向和自由度y方向上的位移。
116.进一步地,每组电磁铁齿部组合中,中间的电磁铁齿部的横截面面积大于两侧的电磁铁齿部的横截面面积之和。例如,电磁铁齿部5712的横截面面积大于电磁铁齿部5711以及电磁铁齿部5713的横截面面积之和,如图12a所示。
117.当然,在本实用新型的其它实施例中,电磁铁齿部组合并非两两在动子的两侧相对设置,例如电磁铁齿部组合的数量可以为三组,该三组电磁铁齿部组合沿动子的周向均匀间隔分布,该三组电磁铁齿部组合作用于动子的电磁力同样能够控制动子在上述自由度x方向和自由度y方向上运动。
118.请参阅图14和图15,图14是本实用新型电磁悬浮装置第五实施例的结构示意图,图15是图14所示电磁悬浮装置的磁场示意图。其中,图14和图15展示的是沿铁芯的中面截取的截面结构。铁芯的中面可以理解为铁芯在其厚度方向上的对称面。
119.本实施例展示了电磁悬浮装置呈现为磁悬浮轴承的形态。本实施例与上述实施例的不同之处在于,电磁悬浮装置包括至少两组电磁铁齿部组合和至少两组电感齿部组合,每组电磁铁齿部组合均包含两个电磁铁齿部,每组电感齿部组合均包含至少一个电感齿部。铁芯呈环状。每组电磁铁齿部组合内布置有至少一组电感齿部组合,电感齿部组合沿铁芯的周向位于单个电磁铁齿部组合的电磁铁齿部之间,电感线圈设置在电感齿部。
120.在本实施例中,电磁悬浮装置包括动子16、电磁铁齿部组合261、电磁铁齿部组合
262、电磁铁齿部组合263、电磁铁齿部组合264、电感齿部组合281、电感齿部组合282、电感齿部组合283以及电感齿部组合284。
121.电磁铁齿部组合261、电磁铁齿部组合262、电磁铁齿部组合263、电磁铁齿部组合264、电感齿部组合281、电感齿部组合282、电感齿部组合283以及电感齿部组合284共用铁芯58。铁芯58呈环状,电磁铁齿部组合261、电磁铁齿部组合262、电磁铁齿部组合263以及电磁铁齿部组合264沿铁芯58的周向依次分布。电感齿部组合281位于电磁铁齿部组合261的电磁铁齿部之间,电感齿部组合282位于电磁铁齿部组合262的电磁铁齿部之间,电感齿部组合283位于电磁铁齿部组合263的电磁铁齿部之间,电感齿部组合284位于电磁铁齿部组合264的电磁铁齿部之间。
122.电磁铁齿部组合261和电磁铁齿部组合263在自由度y方向上相对设置,以控制动子16在自由度y方向上的位移;电磁铁齿部组合262和电磁铁齿部组合264在自由度x方向上相对设置,以控制动子16在自由度x方向上的位移。自由度x方向和自由度y方向相互垂直,自由度x方向和自由度y方向定义出动子16的一个横截面。其中,动子16的横截面应当理解为垂直于动子16轴向所截取的截面,如图14和图15所示。
123.如图14所示,电磁铁齿部组合261包括电磁铁齿部5811和电磁铁齿部5812,电磁铁齿部组合262包括电磁铁齿部5821和电磁铁齿部5822,电磁铁齿部组合263包括电磁铁齿部5831和电磁铁齿部5832,电磁铁齿部组合264包括电磁铁齿部5841和电磁铁齿部5842。电感齿部组合281包括电感齿部2811,电感齿部组合282包括电感齿部2821,电感齿部组合283包括电感齿部2831,电感齿部组合284包括电感齿部2841。
124.电磁悬浮装置还包括电磁铁线圈361、电感线圈461、电磁铁线圈362、电感线圈462、电磁铁线圈363、电感线圈463、电磁铁线圈364、电感线圈464。
125.电磁铁齿部5811、电磁铁齿部5812以及电感齿部2811设于轭部585的同一侧。电磁铁齿部5811和电磁铁齿部5812沿铁芯58的周向依次分布。电感齿部2811位于电磁铁齿部5811和电磁铁齿部5812之间。进一步地,电感齿部2811在电磁铁齿部5811和电磁铁齿部5812之间居中设置。电磁铁线圈361套设于电磁铁齿部5811和电磁铁齿部5812上,即电磁铁齿部5811和电磁铁齿部5812上的电磁铁线圈361由一根导线绕成。电感线圈461套设于电感齿部2811上。
126.电磁铁齿部5821、电磁铁齿部5822以及电感齿部2821设于轭部585的同一侧。电磁铁齿部5821和电磁铁齿部5822沿铁芯58的周向依次分布。电感齿部2821位于电磁铁齿部5821和电磁铁齿部5822之间。进一步地,电感齿部2821在电磁铁齿部5821和电磁铁齿部5822之间居中设置。电磁铁线圈362套设于电磁铁齿部5821和电磁铁齿部5822上,即电磁铁齿部5821和电磁铁齿部5822上的电磁铁线圈362由一根导线绕成。电感线圈462套设于电感齿部2821上。
127.电磁铁齿部5831、电磁铁齿部5832以及电感齿部2831设于轭部585的同一侧。电磁铁齿部5831和电磁铁齿部5832沿铁芯58的周向依次分布。电感齿部2831位于电磁铁齿部5831和电磁铁齿部5832之间。进一步地,电感齿部2831在电磁铁齿部5831和电磁铁齿部5832之间居中设置。电磁铁线圈363套设于电磁铁齿部5831和电磁铁齿部5832上,即电磁铁齿部5831和电磁铁齿部5832上的电磁铁线圈363由一根导线绕成。电感线圈463套设于电感齿部2831上。
128.电磁铁齿部5841、电磁铁齿部5842以及电感齿部2841设于轭部585的同一侧。电磁铁齿部5841和电磁铁齿部5842沿铁芯58的周向依次分布。电感齿部2841位于电磁铁齿部5841和电磁铁齿部5842之间。进一步地,电感齿部2841在电磁铁齿部5841和电磁铁齿部5842之间居中设置。电磁铁线圈364套设于电磁铁齿部5841和电磁铁齿部5842上,即电磁铁齿部5841和电磁铁齿部5842上的电磁铁线圈364由一根导线绕成。电感线圈464套设于电感齿部2841上。
129.电磁铁齿部5811、电磁铁齿部5812和动子16之间分别具有间距g611、g612。电感齿部2811和动子16之间具有间距g613。电感齿部2811和电磁铁齿部5811或电磁铁齿部5812之间具有间距g614。电磁铁齿部5821、电磁铁齿部5822和动子16之间分别具有间距g621、g622。电感齿部2821和动子16之间具有间距g623。电感齿部2821和电磁铁齿部5821或电磁铁齿部5822之间具有间距g624。电磁铁齿部5831、电磁铁齿部5832和动子16之间分别具有间距g631、g632。电感齿部2831和动子16之间具有间距g633。电感齿部2831和电磁铁齿部5831或电磁铁齿部5832之间具有间距g634。电磁铁齿部5841、电磁铁齿部5842和动子16之间分别具有间距g641、g642。电感齿部2841和动子16之间具有间距g643。电感齿部2841和电磁铁齿部5841或电磁铁齿部5842之间具有间距g644。需要说明的是,前述各间距均指最小距离。
130.g613大于g611、g612,g623大于g621、g622,g633大于g631、g632,g643大于g641、g642,使得电磁铁线圈所产生磁场的磁路通过电磁铁齿部到达动子,而不会经过电感齿部,即电磁铁线圈所产生磁场的磁路不通过电感线圈,能够避免电磁铁线圈所产生磁场干扰电感线圈所产生感应电动势,有利于提高电感线圈所产生磁场测量动子位移的精度。
131.并且,g613小于g614,g623小于g624,g633小于g634,g643小于g644,能够保证电感线圈所产生磁场的磁路到达动子,以避免电感线圈所产生磁场的磁路不经过动子而直接通过相邻的电磁铁齿部回到电感线圈,能够保证电感线圈测量动子位移的功能实现。
132.电磁铁线圈361和电磁铁线圈363采用电流偏置的差动控制,电磁铁线圈361和电磁铁线圈363中的电流均由偏置电流i与控制电流iy组成,以控制动子16在自由度y方向上的位移。根据动子16的位移,由控制器对电磁铁线圈361和电磁铁线圈363的电流进行调整,电磁铁线圈361中输入电流i+iy或i-iy后产生磁场磁路3611。电磁铁线圈363中输入电流i+iy或i-iy后产生磁场磁路3631。图14中电磁铁线圈361输入电流i+iy,电磁铁线圈363输入电流i-iy。
133.根据磁路最短原理,磁场磁路3611并不通过电感齿部2811,磁场磁路3611依次经过电磁铁齿部5812、轭部585、电磁铁齿部5811以及动子16,而后回到电磁铁齿部5812形成闭合磁回路。同理,磁场磁路3631并不通过电感齿部2831,磁场磁路3631依次经过电磁铁齿部5832、轭部585、电磁铁齿部5831以及动子16,而后回到电磁铁齿部5832形成闭合磁回路。
134.电磁铁线圈362和电磁铁线圈364采用电流偏置的差动控制,电磁铁线圈362和电磁铁线圈364中的电流均由偏置电流i与控制电流ix组成,以控制动子16在自由度x方向上的位移。根据动子16的位移,由控制器对电磁铁线圈362和电磁铁线圈364的电流进行调整,电磁铁线圈362中输入电流i+ix或i-ix后产生磁场磁路3621。电磁铁线圈364中输入电流i+ix或i-ix后产生磁场磁路3641。图14中电磁铁线圈362输入电流i+ix,电磁铁线圈364输入电流i-ix。
135.根据磁路最短原理,磁场磁路3621并不通过电感齿部2821,磁场磁路3621依次经过电磁铁齿部5822、轭部585、电磁铁齿部5821以及动子16,而后回到电磁铁齿部5822形成闭合磁回路。同理,磁场磁路3641并不通过电感齿部2841,磁场磁路3641依次经过电磁铁齿部5842、轭部585、电磁铁齿部5841以及动子16,而后回到电磁铁齿部5842形成闭合磁回路。
136.电感线圈461和电感线圈463相连接,并在两端注入电压为周期小信号时,电感线圈461分别产生磁场磁路4611和磁场磁路4612,电感线圈463分别产生磁场磁路4631和磁场磁路4632。
137.根据磁路最短原理,磁场磁路4611依次经过电感齿部2811、动子16、电磁铁齿部5811以及轭部585,而后回到电感齿部2811形成闭合磁回路;磁场磁路4612依次经过电感齿部2811、动子16、电磁铁齿部5812以及轭部585,而后回到电感齿部2811形成闭合磁回路。磁场磁路4631依次经过电感齿部2831、动子16、电磁铁齿部5831以及轭部585,而后回到电感齿部2831形成闭合磁回路;磁场磁路4632依次经过电感齿部2831、动子16、电磁铁齿部5832以及轭部585,而后回到电感齿部2831形成闭合磁回路。
138.同理,电感线圈462和电感线圈464相连接,并在两端注入电压为周期小信号时,电感线圈462分别产生磁场磁路4621和磁场磁路4622,电感线圈464分别产生磁场磁路4641和磁场磁路4642。
139.根据磁路最短原理,磁场磁路4621依次经过电感齿部2821、动子16、电磁铁齿部5821以及轭部585,而后回到电感齿部2821形成闭合磁回路;磁场磁路4622依次经过电感齿部2821、动子16、电磁铁齿部5822以及轭部585,而后回到电感齿部2821形成闭合磁回路。磁场磁路4641依次经过电感齿部2841、动子16、电磁铁齿部5841以及轭部585,而后回到电感齿部2841形成闭合磁回路;磁场磁路4642依次经过电感齿部2841、动子16、电磁铁齿部5842以及轭部585,而后回到电感齿部2841形成闭合磁回路。
140.此时,测量电感线圈461和电感线圈463输出的差压根据电感与动子16位移的关系,对差压信号进行处理,即可得到动子16在自由度y方向上的位移值。测量电感线圈462和电感线圈464输出的差压根据电感与动子16位移的关系,对差压信号进行处理,即可得到动子16在自由度x方向上的位移值。
141.综上所述,本实用新型所提供的电磁悬浮装置,其铁芯包括至少一组电磁铁齿部组合、至少一组电感齿部组合以及轭部。每组电磁铁齿部组合至少包含两个电磁铁齿部,每组电感齿部组合至少包含一个电感齿部。该至少一组电磁铁齿部组合和该至少一组电感齿部组合设于轭部的同一侧。其中,该至少一组电磁铁齿部组合和该至少一组电感齿部组合朝向动子。电磁铁线圈套设于电磁铁齿部和/或轭部,电感线圈套设于电感齿部和/或处于电磁铁线圈所产生磁回路之外的轭部。电磁铁的中面与电感传感器的中面为同一个平面,有利于使得测量位置与电磁铁作用位置保持一致,进而有利于提高电磁悬浮装置的性能。
142.并且,电磁铁齿部与动子之间具有第一间距,电感齿部与动子之间具有第二间距,相邻的电磁铁齿部和电感齿部之间具有第三间距。其中,第一间距小于第二间距,且第三间
距大于第二间距。由于电磁铁线圈所产生磁场的强度远大于电感线圈所产生磁场的强度,通过前述方式,电磁铁线圈所产生磁场的磁路不通过电感线圈,能够避免电磁铁线圈所产生磁场干扰电感线圈的感应电动势,有利于保证电感线圈对动子位移的测量精度和灵敏度。
143.此外,在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”、“层叠”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
144.最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

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