专利名称：五自由度磁悬浮轴承机械试验台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及五自由度磁悬浮轴承机械试验台，属于磁悬浮轴承技术领域。
背景技术：
五自由度磁悬浮轴承系统是利用电磁力将转子悬浮于空间，使转子与定子之间实 现无接触支承的一种新型高性能轴承。与传统的滚动轴承和滑动轴承相比，主动磁悬浮轴 承有两大优点1.没有机械接触，无需润滑系统，不存在润滑油泄漏污染问题；2.支承力可 控。因此主动磁悬浮轴承不仅可以应用于高转速、真空、超净及极端温度和压力等特殊工作 环境；而且还可以利用其支承力可控的特点对转子的振动进行主动补偿，减小系统的振动， 提高系统的性能，具有广阔的应用前景。原有的五自由度磁悬浮轴承机械试验台，其转子轴上推力盘的机构，用于转子轴 的轴向悬浮，推力盘机构的存在使得试验台的拆装不方便。原有试验台中的推力磁轴承要 单独安装在一个轴承座内。在原有的试验台上没有用来测量转子轴转速及相位的结构，只 能通过测得的电流信号换算出转子轴的转速。

实用新型内容本实用新型的目的是提供了一种装拆方便、结构紧凑、调节方便、无需润滑、支承 力可控的五自由度磁悬浮轴承机械试验台。本实用新型为实现其目的采用下面的技术方案五自由度磁悬浮轴承机械试验台，包括左端盖、右端盖、左推力磁悬浮轴承、右推 力磁悬浮轴承、左径向磁悬浮轴承、右径向磁悬浮轴承、左传感器支架、右传感器支架、左轴 承座、右轴承座、电机定子、电机转子轴、底座、定位芯棒，保护轴承。所述电机转子轴从电 机的定子中间的圆孔穿过。电机转子轴左段带有左台阶圆柱体和左槽，电机转子轴右段带 有右台阶圆柱体和右槽。在电机转子轴左段，从右至左依次将左传感器支架、左径向磁悬浮 轴承、左推力磁悬浮轴承安装在左轴承座内，其中左传感器支架安装在左轴承座的最右边， 位于电机转子轴左段的左台阶圆柱体外圆圆面右端的径向上，并且电机转子轴从左传感器 支架的内孔中穿过，左径向磁悬浮轴承安装在电机转子轴左段的左台阶圆柱体外圆圆面上 置于左传感器支架的左端面，左推力磁悬浮轴承安装在在电机转子轴左段上置于左径向磁 悬浮轴承左端面，左端盖装在左轴承座的左端，并通过轴承装在电机转子轴左段的左端；与 上述相对称，在电机转子轴右段，从左至右依次将右传感器支架、右径向磁悬浮轴承、右推 力磁悬浮轴承安装在右轴承座内，其中右传感器支架安装在右轴承座的最左边，位于电机 转子轴右段的右台阶圆柱体外圆圆面左端的径向上，并且电机转子轴从右传感器支架的内 孔中穿过，右径向磁悬浮轴承安装在电机转子轴右段的右台阶圆柱体外圆圆面上位于右传 感器支架的右端面，右推力磁悬浮轴承安装在电机转子轴右边位于右径向磁悬浮轴承右端 面，右端盖装在右轴承座的右端，并通过保护轴承装在电机转子轴右端；所述左传感器支架 和右传感器支架分别装有位移传感器；所述左轴承座和右轴承座分别通过螺钉固定在底座
4上；所述电机装在电机座内，电机座通过螺钉固定在底座上；所述底座带有条形槽，用于放 置条形螺母。在底座上与左段转子轴上的左槽对应的位置上，通过条形槽中的条形螺母安 装有测量转速的传感器；在底座上与右段转子轴上的右槽对应的位置上，通过条形槽中的 条形螺母安装有测量相位的传感器；左轴承座、电机座和右轴承座通过定位芯棒相互连接， 并通过定位芯棒调节左轴承座、电机座和右轴承座内孔的同轴度。左轴承座、电机座和右轴 承座固定在底座上。与传统的滚动轴承和滑动轴承相比，主动磁悬浮轴承有两大优点1.没有机械接 触，无需润滑系统，不存在润滑油泄漏污染问题；2.支承力可控。因此主动磁悬浮轴承不仅 可以应用于高转速、真空、超净及极端温度和压力等特殊工作环境；而且还可以利用其支承 力可控的特点对转子的振动进行主动补偿，减小系统的振动，提高系统的性能，具有广阔的 应用前景。并且该机械试验台装拆方便、结构紧凑、调节方便、无需润滑、设计合理、支承力 可控，能实现不同算法对磁轴承的控制，实现转子的在线动平衡，在这个机械试验台上可 进行有关磁悬浮轴承、转子动力学方面的教学、演示与科学研究。

图1为五自由度磁悬浮轴承机械试验台的结构图；图1中的标号名称1一条形螺母，用于固定测量转子轴转速的传感器；2、20—螺 钉，用于轴承座与底座之间的连接；3—左端盖；4-电机转子轴；5、17—推力磁悬浮轴承； 6、15-轴承座；7、14-径向磁悬浮轴承；8、13-传感器支架；9一槽，用于测量转子轴的转 速；10-电机座；11--螺钉，用于电机座与底座之间的连接；12-槽，用于测量转子轴的相 位；16-定位芯棒；18-右端盖；19-底座；21-条形螺母，用于固定测量转子轴相位的传 感器；22-保护轴承；图2是转子动平衡试验时转子上可配重部分的简图；图2中的标号名称23—左螺纹孔；24-右螺纹孔；图3是图1的底座的左视图；图4是图3的A-A剖视图；图4中的标号25为条形槽。
具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明如图1所示的实用新型的五自由度磁悬浮轴承机械试验台，包括左端盖3、右端 盖18、底座19、推力磁悬浮轴承、电机、电机转子轴4、轴承座，其特征在于还包括左径向磁 悬浮轴承7、右径向磁悬浮轴承14、左传感器支架8、右传感器支架13、定位芯棒16、保护轴 承22，所述推力磁悬浮轴承包括左推力磁悬浮轴承5、右推力磁悬浮轴承17 ；所述轴承座包 括左轴承座6、右轴承座15 ；所述电机转子轴4从电机的定子中间的圆孔穿过，电机转子轴 4左段带有左台阶圆柱体和左槽9，电机转子轴4右段带有右台阶圆柱体和右槽12。在电机 转子轴4左段，从右至左依次将左传感器支架8、左径向磁悬浮轴承7、左推力磁悬浮轴承5 安装在左轴承座6内，其中左传感器支架8安装在左轴承座6的最右边，位于电机转子轴4 左段的左台阶圆柱体外圆圆面右端的径向上，并且电机转子轴4从左传感器支架8的内孔 中穿过，左径向磁悬浮轴承7安装在电机转子轴4左段的左台阶圆柱体外圆圆面上置于左传感器支架8的左端面，左推力磁悬浮轴承5安装在在电机转子轴4左段上置于左径向磁 悬浮轴承7左端面，左端盖3装在左轴承座6的左端，并通过轴承装在电机转子轴4左段的 左端；与上述相对称，在电机转子轴4右段，从左至右依次将右传感器支架13、右径向磁悬 浮轴承14、右推力磁悬浮轴承17安装在右轴承座15内，其中右传感器支架13安装在右轴 承座15的最左边，位于电机转子轴4右段的右台阶圆柱体外圆圆面左端的径向上，并且电 机转子轴4从右传感器支架13的内孔中穿过，右径向磁悬浮轴承14安装在电机转子轴4 右段的右台阶圆柱体外圆圆面上位于右传感器支架13的右端面，右推力磁悬浮轴承17安 装在电机转子轴4右边位于右径向磁悬浮轴承14右端面，右端盖18装在右轴承座15的右 端，并通过保护轴承22装在电机转子轴4右端；所述左传感器支架8和右传感器支架13分 别装有位移传感器；所述左轴承座6和右轴承座15分别通过螺钉固定在底座19上；所述电 机装在电机座10内，电机座10通过螺钉11固定在底座19上；所述底座19带有条形槽，用 于放置条形螺母。在底座上与左段转子轴上的左槽对应的位置上，通过条形槽中的条形螺 母安装有测量转速的传感器；在底座上与右段转子轴上的右槽对应的位置上，通过条形槽 中的条形螺母安装有测量相位的传感器；左轴承座6、电机座10和右轴承座15通过定位芯 棒16相互连接，并通过定位芯棒16调节左轴承座6、电机座10和右轴承座15内孔的同轴 度。左轴承座6、电机座10和右轴承座15固定在底座上。所述定位芯棒16为2至16根，用来保证左轴承座6、电机座10、右轴承座15内孔 的同轴度。所述保护轴承22包括2个角接触滚动轴承，对转子轴的径向和轴向同时进行保 护，方便调节轴向保护间隙。所述左轴承座6调节磁轴承的轴向间隙，若轴向间隙小了，将左轴承座6向左边移 动直至调到所要求的轴向间隙为止，若轴向间隙大了，就将左轴承座6向右移。所述左槽9，为6-10个，是用来测量电机转子轴4的转速。以6个槽为例，电机转 子每转一圈，转速传感器就能测到6个跳变的信号，一分钟内转速传感器测到的跳变信号 的个数的六分之一就是转子轴的转速。所述右槽12，有1个，是用来测量转子的不平衡相位。所述的电机转子轴4上有左螺纹孔23和右螺纹孔24，如图2所示是用来做转子 配重的，实现转子的高速动平衡。左、右螺纹孔的总数可以为6-48个，螺纹孔的大小可以为 Ml 至 M3。所述底座的条形槽25，为2-4个，如图3和图4所示分别装有螺钉和条形螺母，其 中螺钉用于轴承座与底座之间的连接，条形螺母用于固定转速传感器和相位传感器。本实用新型的运行方式为利用电磁力将物体无机械接触地悬浮起来。其工作过 程是首先通电后控制系统使转子悬浮起来，然后用变频器电源驱动电机使转子高速旋转。转子由径向磁悬浮轴承和推力磁悬浮轴承共同支承，径向磁悬浮轴承承受径向载 荷，推力磁悬浮轴承轴承受轴向载荷。转子共有6个自由度，每个径向磁悬浮轴承控制两个 自由度，限制转子在左右两个磁悬浮轴承中的径向运动；左右两个推力磁悬浮轴承合力控 制一个自由度，限制转子沿轴线方向的运动；第六个自由度是转子绕轴线的转动自由度，由 电机控制，以便实现高速旋转。两端的保护轴承主要起保护作用，当磁悬浮轴承出现故障时 磁悬浮轴承不工作、转子停止高速旋转，保护轴承临时支承转子使得设备不会被损坏。
权利要求1.一种五自由度磁悬浮轴承机械试验台，包括左端盖(3)、右端盖(18)、底座(19)、推 力磁悬浮轴承、电机、电机转子轴(4)、轴承座，其特征在于还包括左径向磁悬浮轴承(7)、 右径向磁悬浮轴承(14)、左传感器支架(8)、右传感器支架(13)、定位芯棒(16)、保护轴承 (22)，所述推力磁悬浮轴承包括左推力磁悬浮轴承(5)、右推力磁悬浮轴承(17)；所述轴承 座包括左轴承座(6)、右轴承座(15)；所述电机转子轴(4)从电机的定子中间的圆孔穿过， 电机转子轴(4)左段带有左台阶圆柱体和左槽(9)，电机转子轴(4)右段带有右台阶圆柱体 和右槽(12)；在电机转子轴(4)左段，从右至左依次将左传感器支架(8)、左径向磁悬浮轴 承(7)、左推力磁悬浮轴承(5)安装在左轴承座(6)内，其中左传感器支架(8)安装在左轴 承座(6)的最右边，位于电机转子轴(4)左段的左台阶圆柱体外圆圆面右端的径向上，并且 电机转子轴(4)从左传感器支架(8)的内孔中穿过，左径向磁悬浮轴承(7)安装在电机转 子轴(4)左段的左台阶圆柱体外圆圆面上置于左传感器支架(8)的左端面，左推力磁悬浮 轴承(5)安装在电机转子轴(4)左段上置于左径向磁悬浮轴承(7)左端面，左端盖(3)装在 左轴承座(6)的左端，并通过轴承装在电机转子轴(4)左段的左端；与上述相对称，在电机 转子轴(4)右段，从左至右依次将右传感器支架(13)、右径向磁悬浮轴承(14)、右推力磁悬 浮轴承(17)安装在右轴承座(15)内，其中右传感器支架(13)安装在右轴承座(15)的最左 边，位于电机转子轴(4)右段的右台阶圆柱体外圆圆面左端的径向上，并且电机转子轴(4) 从右传感器支架(13)的内孔中穿过，右径向磁悬浮轴承(14)安装在电机转子轴(4)右段 的右台阶圆柱体外圆圆面上位于右传感器支架(13)的右端面，右推力磁悬浮轴承(17)安 装在电机转子轴(4)右边位于右径向磁悬浮轴承(14)右端面，右端盖(18)装在右轴承座 (15)的右端，并通过保护轴承(22)装在电机转子轴⑷右端；所述左传感器支架⑶和右 传感器支架(13)分别装有位移传感器；所述左轴承座(6)和右轴承座(15)分别通过螺钉 固定在底座(19)上；所述电机装在电机座(10)内，电机座(10)通过螺钉(11)固定在底座 (19)上；所述底座(19)带有条形槽，用于放置条形螺母，在底座上与左段转子轴上的左槽 对应的位置上，通过条形槽中的条形螺母安装有测量转速的传感器；在底座上与右段转子 轴上的右槽对应的位置上，通过条形槽中的条形螺母安装有测量相位的传感器；左轴承座 (6)、电机座(10)和右轴承座(15)通过定位芯棒(16)相互连接，并通过定位芯棒(16)调 节左轴承座(6)、电机座(10)和右轴承座(15)内孔的同轴度，左轴承座(6)、电机座(10) 和右轴承座(15)固定在底座上。
2.根据权利要求1所述的五自由度磁悬浮轴承机械实验台，其特征在于所述的定位芯 棒(16)为2至16根。
3.根据权利要求1所述的五自由度磁悬浮轴承机械实验台，其特征在于所述的保护轴 承(22)包括2个角接触滚动轴承。
4.根据权利要求1所述的五自由度磁悬浮轴承机械实验台，其特征在于所述的左槽 (9)，为 6-10 个。
5.根据权利要求1所述的五自由度磁悬浮轴承机械实验台，其特征在于所述的右槽 (12)，有 1 个。
6.根据权利要求1所述的五自由度磁悬浮轴承机械实验台，其特征在于所述的电机转 子轴(4)上有左螺纹孔(23)和右螺纹孔(24)，左、右螺纹孔的总数为6-48个，螺纹孔的大 小为Ml至M3。
7.根据权利要求1所述的五自由度磁悬浮轴承机械实验台，其特征在于所述底座的条 形槽(25)，为2-4个；分别装有螺钉和条形螺母，其中螺钉用于轴承座与底座之间的连接， 条形螺母用于固定转速传感器和相位传感器。
专利摘要本实用新型公开了一种五自由度磁悬浮轴承机械试验台，涉及磁悬浮轴承技术领域。该机械试验台包括左端盖(3)、右端盖(18)、左推力磁悬浮轴承(5)、右推力磁悬浮轴承(17)、左径向磁悬浮轴承(7)、右径向磁悬浮轴承(14)、左传感器支架(8)、右传感器支架(13)、左轴承座(6)、右轴承座(15)、电机定子、电机转子轴(4)、底座(19)、定位芯棒(16)，保护轴承(22)。该机械试验台装拆方便、结构紧凑、调节方便、无需润滑、设计合理、支承力可控。在这个机械试验台上可进行有关磁悬浮轴承、转子动力学方面的教学与科学研究。
文档编号G01M13/04GK201788086SQ20092028278
公开日2011年4月6日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者丁嵩, 徐宏剑, 徐龙祥, 林英哲, 董继勇 申请人:南京磁谷科技有限公司