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F16M 非专门用于其他类目所包含的发动机或其他机

日期:2020-03-20 16:20 作者:开心麻将

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  大型精密磁悬浮直驱旋转工作台,包括旋转工作台的驱动电机、角位移反馈系统、径向主动式偏置磁悬浮轴承、轴向主动式偏置磁悬浮轴承、轴向保护轴承和径向保护轴承,设有旋转工作台以及约束旋转工作台轴向运动和径向运动的主动式偏置磁悬浮轴承并设有保护轴承、制动装置及位置反馈系统,位置反馈系统的信号输出给控制系统控制驱动电机与制动装置,特征是旋转工作台由主动式偏置磁悬浮轴承实现磁悬浮支撑,并通过永磁同步力矩电机直接驱动该旋转工作台。本发明消除了机械轴承的摩擦,易于加工、装配,运输,维护成本低。具有回转精度高,承载能力强,功耗低,超低速运转时无爬行,可广泛应用于天文观测仪器、数控机床、雷达、精密转台等领域。

  本发明涉及一种磁悬浮直接驱动旋转装置,具体涉及一种大型精密磁悬浮直驱旋转工作台,可用于天文望远镜方位轴、精密测控仿真转台等。

  大型天文望远镜跟踪机架、航天器仿真测试平台、精密机床转台等(以下统称为旋转工作台)都是一种高精密设备,要求摩擦力矩小,传动机构刚度高,动态响应快,回转精度高。目前,旋转工作台一般为采用液压静压轴承和机械轴承支承,由于液压静压轴承在结构设计上非常复杂,加工制造精度要求非常高,对于大型旋转工作台,如30米天文望远镜方位轴所需的静压轴承直径可达50米,这无疑是一个极为严峻的挑战。另外,液压油性能受温度影响较大,须严格控制油温和环境温度,且需要可靠的供油系统和独立的备用供电系统,占用空间大、维护费用高、控制系统复杂,对于超低速精密跟踪的大型天文仪器而言问题更明显。主动式磁悬浮支撑技术具有非接触,无摩擦,精度高,低功耗,机械装配要求低等优点,且可以与驱动电机集成化设计,从而简化结构,降低成本。直接驱动技术在低速大扭矩的应用场合可以省去减速装置,使得设计具有结构紧凑,可靠性高,加速性能优异等优点,广泛应用于各种精密装备中。

  本发明的目的是提出一种相对于现有技术状况而言应用范围广泛的大型精密磁悬浮直驱旋转工作台。本发明提出的旋转工作台承载能力强、无摩擦、功耗低、传动效率高、回转定位精度高、调速范围广、超低速运行时无爬行。同时实现了旋转工作台磁悬浮支撑与直接驱动,该技术在大型天文望远镜、航天器测控平台等对可靠性、精度、承载等要求极高的应用场合有着广泛的应用前景。

  完成上述发明任务的技术方案是:一种大型精密磁悬浮直驱旋转工作台,包括旋转工作台的驱动电机、角位移反馈系统、径向主动式偏置磁悬浮轴承、轴向主动式偏置磁悬浮轴承、轴向保护轴承和径向保护轴承,该装置具有绕旋转中心旋转的旋转工作台以及约束该旋转工作台轴向运动和径向运动的主动式偏置磁悬浮轴承,并设计有相应的保护轴承、制动装置以及位置反馈系统,该位置反馈系统的信号输出给控制系统,控制系统控制所述驱动电机与制动装置的工作,其特征在于:所述旋转工作台由主动式偏置磁悬浮轴承实现磁悬浮支撑,且设计有保护轴承加以保护,并通过永磁同步力矩电机直接驱动该旋转工作台。

  本发明中的旋转工作台的驱动部分通过永磁同步力矩电机实现。其中,永磁同步力矩电机的可通电基件定子与基座刚性连接,电机转子部件被构造成永磁铁励磁的附件,与旋转工作台通过连接件刚性的连接在一起,用于探测角度和/或相位位置的装置有利的轴向和/或径向地设置在附件之间。

  针对大直径永磁同步力矩电机,根据一种优化方案,所述的永磁同步力矩电机采用拼接式、单元式结构设计,每个独立绕组都由最小定子绕组单元通过定位结构装配为一个完整的定子单元。矽钢片与线圈之间通过绝缘隔离罩绝缘。

  所述永磁同步力矩电机为三相永磁力矩电机,采用径向磁场结构,被设计成2L(L=1,2,3,4……)个最小单元电机,2L个最小单元可以灵活自由组合成P个功率更大的单元电机,P个单元电机共用一个转子,根据型号大小, P=1,2,3,4,……。P个独立的单元电机可以独立或者协同的驱动旋转工作台。

  所述永磁同步力矩电机,其定子采用单元结构设计,每个独立完整的定子单元由若干最小定子绕组单元组合组成;M(M=1,2,3,4, ……)个定子单元均布在同一圆周上,各个独立的定子单元可以单独作为一个电机运行,也可以协同或冗余的运行。每个绕组单元的定子铁芯由0.3mm矽钢片通过级进模一次冲压而成。

  所述永磁同步力矩电机,其电机转子由n个N极和n个S极(n=1,2,3,…)交替均布的粘贴在转子轴上。永磁体采用径向充磁方式;每个磁极由m(m=1,2,3,…)个等长同极性的永磁体组成;该m个等长的同极性的永磁由自动涂胶装配机构沿圆周方向按N、S极交替进行的方式均匀的粘结在电机转子轴上;每个磁极的永磁铁外面设计有不锈钢保护罩,防止永磁体的脱落。

  所设计的永磁同步力矩电机还设计有冷却系统,电机定子外壳上设有冷却介质循环通道,两侧设有密封槽,密封槽里面镶入O型橡胶密封圈,外侧配合有冷却外壳,通过螺栓与电机定子外壳和设备基座进行连接固定;冷却外壳上加工有两个冷却接头螺纹孔,入口冷却接头与出口冷却接头分别与冷却接头螺纹孔连接,冷却时,冷却介质输入管与入口冷却接头相连,输出管则与出口冷却接头相连。

  为了约束径向自由度且在磁悬浮轴承失效时保护旋转工作台,需设置至少一套径向磁悬浮轴承和一套径向保护轴承,其中径向保护轴承优选滚动轴承,球轴承或滚子轴承均可作为保护轴承。在所有情况中,为了实现旋转工作台的无摩擦悬浮,保护滚动轴承的滚珠或滚轮与中央旋转部件旋转工作台上的一个圆柱形表面保持相同的间距,且小于径向磁悬浮轴承的气隙,把旋转工作台限制在有效的运动空间之内。径向主动式磁悬浮轴承为非机械接触轴承。可以是永磁偏置的、电磁控制的主动式磁悬浮轴承或二者相结合的混合轴承,径向主动式偏置磁悬浮轴承采用单元化设计,成对均布于旋转工作台的圆周上,其对数为w(w=1、2、3、4、……),典型结构为2。为了有效精确控制径向主动式磁悬浮轴承来保证中央旋转部件旋转工作台的回转精度,2对均布的径向轴承位置传感器实时测量旋转工作台旋转中心的位置,根据检测的偏差,实时控制径向主动式磁悬浮轴承,确保旋转工作台旋转中心轴在规定的精度空间之内。

  同样,为了约束轴向自由度且能够在磁悬浮轴承失效时保护旋转工作台,需设置至少一套轴向磁悬浮轴承和一套轴向保护轴承,为了实现旋转台的无摩擦悬浮,轴向保护轴承运行时不与旋转工作台接触,只有在轴向磁悬浮轴承失效,或者遭受大载荷冲击时,轴向保护轴承发生保护作用,保护轴向磁悬浮轴承以及装置其他部件不受破坏。轴向保护轴承优选滚动轴承,球轴承或者滚子轴承均可作为轴向保护轴承。在所有情况中,为了实现旋转台的无摩擦悬浮,轴向保护轴承的滚珠或滚轮与中央旋转部件旋转工作台上唯一的轴向支撑面保持相同的间距,该距离小于轴向磁悬浮轴承的气隙,从而把旋转工作台的轴向运动限制在有效的运动空间之内。轴向磁悬浮轴承为非机械接触轴承,可以是永磁偏置的、电磁控制的主动式磁悬浮轴承或二者相结合的混合轴承。根据优化设计方案,轴向偏置磁悬浮轴承采用单元化设计,成对均布于旋转工作台的圆周上,其对数为r(r=1、2、3、4、……),典型结构为2。同样,轴向主动可控磁悬浮轴承也采用单元化设计,成对均布于旋转工作台的圆周上,与偏置磁悬浮轴承位置正交的均布在同一圆周上,其对数为t(t=1、2、3、4、……),典型结构为2。2对均布的轴向磁轴承位置传感器实时测量旋转工作台位置偏差,实时控制轴向主动可控磁悬浮轴承,确保旋转工作台轴向位置,轴向主动式磁悬浮轴承位置传感器优先选择高精度的电容式传感器。

  角位移传感器用于实现旋转工作台的精密位置控制和速度控制。可以安装中央旋转部件旋转工作台内侧圆柱面上,也可以安装在外侧圆柱面上。角位移传感器可以选择增量式传感器,也可以选择绝对式传感器。根据一种优选的实施方式,角位移传感器增量式传感器,角位移传感器通过粘性连接介质固定在中央旋转部件旋转工作台设计好的凹槽内。可选的方式,为构造冗余系统,提高系统的可靠性,角位移传感器配有p(p=1,2,4,8)个信号读取装置。角位移信号经过控制器的处理后,用于旋转工作台的位置、速度控制。

  为了实现大型旋转工作台的紧急制动,需设置至少一套制动器,所述的制动器优选电磁制动器,液压制动器或气动制动器均可作为旋转工作台的制动器。根据优化设计方案,优选电磁制动器,z(z=1、2、3、4、……)个电磁制动器对称均布安装在基座圆周上,每个制动器的制动平面与旋转工作台上唯一制动平面保持相同的间距,失电时,每个制动器的制动平面与旋转工作台上唯一制动平面接触实现旋转工作台的制动。

  F16 工程元件或部件;为产生和保持机器或设备的有效运行的一般措施;一般绝热

  F16M 非专门用于其他类目所包含的发动机或其他机器或设备的框架、外壳或底座;机座或支架

  F16M11-22 ..带有近乎不变高度的,如具有长度不变的支柱或支脚

  F16M11-24 ..支脚的高度或长度是可变的,也包括仅为运输而改变的

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