五自由度主動控制磁懸浮自由搖滾系統的製作方法

2024-02-26 09:22:15 1

專利名稱：五自由度主動控制磁懸浮自由搖滾系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及五自由度主動控制磁懸浮自由搖滾系統，可用於飛機風洞試驗，可以分析飛機 擺動、振動、渦動、旋轉、亞音速飛行、音速飛行、超音速飛行、遠超音速飛行等一系列的試 驗，使飛機模型更好地模擬飛機真實空中飛行。
技術背景當今對飛機在空中飛行的研究，主要是分析飛機在空氣中的各種飛行情況，例如機體的空 中翻轉，機翼顫振，機翼搖滾，飛機的大迎角起飛與降落，飛機的亞音速飛行，音速飛行，超 音速飛行，遠超音速飛行。這些研究給實驗帶來了極大的不便。自由搖滾系統是根據飛機在空 中相對空氣運動的原理而誕生的。在風洞試驗中，讓飛機模型相對地面靜止，空氣相對地面運 動，調節空氣的流向和流速，就可以使得飛機模型相對空氣運動，從而可以在風洞中很好的模 擬飛機真實飛行，並對飛機各種飛行狀態進行研究。為了減小自由搖滾系統對風洞氣流的影響 和風洞試驗的精度，減小其徑向尺寸，自由搖滾系統一般做成細長體結構。 一般的自由搖滾系 統轉子採用機械軸承支承，由於機械軸承存在摩擦，所以轉子在轉動過程中不是在完全的自由 運動，而是受到機械軸承給它一定的約束，從而影響試驗結果的精度和可信度。 發明內容本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，將磁懸浮技術應用於自由搖滾系統中， 提供了一種五自由度主動控制磁懸浮自由搖滾系統，可用於飛機風洞試驗，可以有效地對飛機 空中翻轉、機翼振動、機翼搖擺、大迎角起飛和降落、亞音速飛行、音速飛行、超音速飛行、 遠超音速飛行進行模擬分析。本發明的技術解決方案為 一種五自由度主動控制磁懸浮自由搖滾系統，其特徵在於，主 要由磁懸浮定子系統和磁懸浮轉子系統組成，其中磁懸浮定子系統主要由第一自鎖螺紋環、第 二自鎖螺紋環、第三自鎖螺紋環、固定螺母、上保護軸承套、下保護軸承套、第一徑向位移傳 感器、第二徑向位移傳感器、第三徑向位移傳感器、第四徑向位移傳感器、第五徑向位移傳感 器、上軸向位移傳感器、下軸向位移傳感器、上徑向磁軸承定子、中徑向磁軸承定子、下徑向 磁軸承定子、軸向磁軸承定子、支杆前段、支杆後段、蓋板、拉緊螺栓、電磁離合器組件、聯 軸節、旋轉編碼器組成，磁懸浮轉子系統主要由限位接頭、上保護軸承、下保護軸承、第一徑 向位移傳感器檢測環、第二徑向位移傳感器檢測環、第三徑向位移傳感器檢測環、第四徑向位移傳感器檢測環、第五徑向位移傳感器檢測環、上軸向位移傳感器檢測環、下軸向位移傳感器 檢測環、主軸、上徑向磁軸承轉子、中徑向磁軸承轉子、下徑向磁軸承轉子、軸向磁軸承轉子 組成，磁懸浮定子系統和轉子系統之間通過上徑向磁軸承、中徑向磁軸承、下徑向磁軸承、軸 向磁軸承實現非機械接觸的穩定懸浮，支杆前段與支杆後段通過蓋板連接，並通過螺釘緊固， 拉緊螺栓通過螺紋緊固在支杆後段內側，電磁離合器組件與旋轉編碼器固定在支杆後段內側， 電磁離合器組件通過傳動鍵與主軸連接，旋轉編碼器通過聯軸節與主軸連接，上徑向磁軸承定 子、中徑向磁軸承定子、下徑向磁軸承定子、軸向磁軸承定子安裝在支杆前段徑向內側，上徑 向磁軸承定子上側為第一徑向位移傳感器，下側為第二徑向位移傳感器，中徑向磁軸承定子上 側為第三徑向位移傳感器，下側為第四徑向位移傳感器，下徑向磁軸承定子上側為第四徑向位 移傳感器，下側為第五徑向位移傳感器，上軸向位移傳感器位於第二徑向位移傳感器與第三徑 向位移傳感器之間，第一徑向位移傳感器上側依次為上保護軸承套、第一自鎖螺紋環，第五徑 向位移傳感器下側依次為下軸向位移傳感器、下保護軸承套、第二自鎖螺紋環，各徑向磁軸承 與位移傳感器之間、位移傳感器與位移傳感器之間、位移傳感器與保護軸承套之間通過定子定 位套筒緊固在支杆前段徑向內側，軸向磁軸承定子下側為第三自鎖螺紋環，並通過固定螺母固 定安裝在支杆前段徑向內側，上徑向磁軸承轉子、中徑向磁軸承轉子、下徑向磁軸承轉子、軸 向磁軸承轉子安裝在主軸徑向外側，限位接頭安裝在主軸的最上端錐面上，上保護軸承位於限 位接頭與上徑向磁軸承轉子之間，並通過轉子定位套筒與第一徑向位移傳感器檢測環固定安裝 在主軸徑向外側，上軸向位移傳感器檢測環位於上徑向磁軸承轉子與中徑向磁軸承轉子之間， 並通過第二徑向位移傳感器檢測環、第三徑向位移傳感器檢測環固定安裝在主軸徑向外側，第 四徑向位移傳感器檢測環位於中徑向磁軸承轉子與下徑向磁軸承轉子之間，下徑向磁軸承轉子 下側依次為第五徑向位移傳感器檢測環、下軸向位移傳感器檢測環、下保護軸承，下保護軸承 與軸向磁軸承通過轉子定位套筒固定安裝在主軸徑向外側上。所述的五自由度主動控制磁懸浮自由搖滾系統的主軸為細長柔性轉子，在實際工作中主軸 變形較大，為了克服主軸較大變形，採用上徑向磁軸承、中徑向磁軸承、下徑向磁軸承三個徑 向磁軸承實現磁懸浮轉子系統的非接觸徑向支承，所述的磁懸浮轉子系統的上徑向磁軸承、中 徑向磁軸承、下徑向磁軸承、軸向磁軸承為永磁偏置、電磁控制的主動式磁軸承，或純電勵磁 的磁軸承，或被動式磁軸承。所述的主軸不再含有機械軸承，上徑向磁軸承、中徑向磁軸承、下徑向磁軸承、軸向磁軸 承為主軸起到徑向和軸向支承定位作用。所述的主軸材料為F141軟性合金，或以銅為主要成份且彈性模量為88.2 97GPa的銅合金。所述的第一徑向位移傳感器、第二徑向位移傳感器、第三徑向位移傳感器、第四徑向位移傳感器和第五徑向位移傳感器都有四個內置式探頭，沿X軸正、負方向對稱放置和Y軸正、負 方向對稱放置。所述的上軸向位移傳感器和下軸向位移傳感器都有兩個探頭，且上軸向位移傳感器探頭沿 X軸正、負方向對稱放置，下軸向位移傳感器探頭沿Y軸正、負方向對稱放置。所述的上徑向磁軸承、中徑向磁軸承、下徑向磁軸承的控制方法是先將每個徑向位移傳 感器在X軸正、負方向上的兩個探頭所檢測的位移信號分別作差分和Y軸正、負方向上的兩個 探頭所檢測的位移信號分別作差分，再將每個徑向磁軸承兩端的徑向位移傳感器在X軸上的差 分後的信號作平均運算和Y軸上的差分後的信號作平均運算，用於相應徑向磁軸承的X軸、Y 軸控制。所述的軸向磁軸承的控制方法是對上軸向位移傳感器的兩個探頭所檢測的位移信號作差 分和下軸向位移傳感器的兩個探頭所檢測的位移信號作差分，再將差分後的信號作平均運算， 用於軸向磁軸承控制。上述方案的原理是在風洞實驗中，飛機模型緊固在轉子系統限位接頭外側，通過電磁離 合器組件對轉子系統的鎖定與釋放，達到對飛機模型的鎖定與釋放；當電磁離合器組件通電時， 離合器組件通過傳動鍵將主軸下端鎖住，轉子系統處於鎖定狀態，搖滾系統處於不工作狀態； 當離合器斷電時，離合器與主軸下端分開，徑向、軸向磁軸承將轉子系統懸浮起來，轉子系統 可以自由旋轉，搖滾系統處於工作狀態；此時採用旋轉編碼器對飛機模型迎角和旋轉角度進行 測量，調整氣流速度和方向，使模型成不同姿態；通過對飛機模型迎角的測量，就可以得出飛 機模型迎角的動態響應，從而為後續的靜穩態導數、動穩態導數測量分析實驗等提供了實驗基 礎。搖滾系統處於工作狀態時，徑向、軸向磁軸承的工作原理是通過上徑向磁軸承、中徑向 磁軸承、下徑向磁軸承和軸向磁軸承保持轉子系統與定子系統的徑向和軸向間隙，當轉子系統 受到某一幹擾後，使轉子系統的徑向或軸向間隙發生變化時，徑向位移傳感器和軸向位移傳感 器將及時檢測出徑向和軸向間隙的變化，發出檢測信號給外加控制器，外加控制器通過增加或 減小徑向磁軸承或軸向磁軸承的電磁線圈中的電流，增大或減小徑向磁軸承或軸向磁軸承的磁 力，從而保持磁懸浮轉子系統的定子系統與轉子系統的徑向和軸向間隙均勻，消除幹擾的影響， 維持磁懸浮轉子系統的正常穩定的懸浮狀態；由於徑向磁軸承要提供很大的支承力來支承轉子， 且徑向尺寸很小，而單位面積的磁軸承表面最大磁力一定，所以每個徑向磁軸承設計的相對較 長；為了更準確地檢測轉子位移信號，在每個徑向磁軸承兩端都放置一個徑向位移傳感器；其 中第一徑向位移傳感器與第二徑向位移傳感器分別用於檢測上徑向磁軸承的上端和下端位移， 第三徑向位移傳感器與第四徑向位移傳感器分別用於檢測中徑向磁軸承的上端和下端位移，第 四徑向位移傳感器與第五徑向位移傳感器分別用於檢測下徑向磁軸承的上端和下端位移；通過對徑向磁軸承兩端位移傳感器檢測的位移信號平均處理後，把信號傳給外加控制器,從而對相 應的徑向磁軸承進行控制；由於整個主軸比較長，所以在主軸的上端和下端各放置一個軸向傳 感器來檢測軸向位移信號，其中上軸向位移傳感器放在主軸上端，下軸向位移傳感器放在主軸 下端，通過對上軸向位移傳感器、下軸向位移傳感器的檢測信號平均處理後，把信號傳給外加 控制信號，以提高軸向磁軸承的控制精度。由於五自由度主動控制磁懸浮自由搖滾系統採用主 動可控磁懸浮軸承作為支承，可實現三個軸向平動和兩個主軸徑向的轉動的懸浮控制，從而實 現了整個系統的五自由度主動控制懸浮。本發明與現有技術相比的優點在於(1)本發明由於採用了磁懸浮支承技術，消除了轉子 系統的機械軸承的摩擦力矩，磁懸浮轉子系統可以完全懸浮，不與定子接觸，為飛機模型風洞 試驗提供了只有空氣浮力和阻力的試驗環境，完全模擬飛機真實空中飛行的環境，消除了機械 軸承在轉動和軸向平動所帶來的接觸和幹擾，使飛機模型相對空氣可以自由的振動、翻滾、渦 動等，提高了風洞試驗的精度和可信度；(2)在徑向磁軸承控制方式上，通過對徑向位移傳感 器X軸與Y軸上對稱放置的探頭分別作差分運算，並與同一徑向磁軸承另一端徑向位移傳感器 差分運算後的信號作平均運算，大大減小了測量誤差，提高了徑向磁軸承控制精度；(3)上、 下軸向位移傳感器探頭分別在X軸正、負方向對稱放置和Y軸正、負方向對稱放置，在軸向磁 軸承控制方式上，對同一軸向傳感器上兩個探頭所檢測的位移信號做差分運算，並與另一個軸 向傳感器所得的差分信號作平均運算，大大減小了軸向探測信號誤差，提高了軸向磁軸承控制 精度。


圖1為磁懸浮自由搖滾系統的總裝配圖； 圖2為現有的飛機模型與主軸的聯接圖；圖3為本發明的磁懸浮轉子系統中永磁偏置徑向磁軸承裝配圖； 圖4為本發明的磁懸浮轉子系統純電勵磁軸向磁軸承裝配圖； 圖5為本發明所述的徑向位移傳感器結構圖； 圖6為本發明所述的上軸向位移傳感器結構圖； 圖7為本發明所述的下軸向位移傳感器結構圖；具體實施方式
如圖1所示，本發明主要由磁懸浮定子系統和磁懸浮轉子系統組成，其中磁懸浮定子系統 主要由第一自鎖螺紋環2、第二自鎖螺紋環26、第三自鎖螺紋環28、固定螺母29、上保護軸承 套3、下保護軸承套25、第一徑向位移傳感器5、第二徑向位移傳感器ll、第三徑向位移傳感 器15、第四徑向位移傳感器17、第五徑向位移傳感器21、,上軸向位移傳感器12、下軸向位移傳感器22、上徑向磁軸承9定子、中徑向磁軸承16定子、下徑向磁軸承19定子、軸向磁軸承 27定子、支杆前段8、支杆後段34、蓋板33、拉緊螺栓35、電磁離合器組件30、聯軸節31、 旋轉編碼器32組成，磁懸浮轉子系統主要由限位接頭1、上保護軸承4、下保護軸承24、第一 徑向位移傳感器檢測環6、第二徑向位移傳感器檢測環10、第三徑向位移傳感器檢測環14、第 四徑向位移傳感器檢測環18、第五徑向位移傳感器檢測環20、上軸向位移傳感器檢測環13、下 軸向位移傳感器檢測環23、主軸7、上徑向磁軸承9轉子、中徑向磁軸承16轉子、下徑向磁軸 承19轉子、軸向磁軸承27轉子組成，磁懸浮定子系統和轉子系統之間通過上徑向磁軸承9、中 徑向磁軸承16、下徑向磁軸承19、軸向磁軸承27實現非機械接觸的穩定懸浮，支杆前段8與 支杆後段34通過蓋板33連接，並通過螺釘緊固，拉緊螺栓35通過螺紋緊固在支杆後段34徑 向內側，電磁離合器組件30與旋轉編碼器32固定在支杆後段34徑向內側，電磁離合器組件30 通過傳動鍵與主軸7連接，旋轉編碼器32通過聯軸節31與主軸7連接，上徑向磁軸承9定子、 中徑向磁軸承16定子、下徑向磁軸承19定子、軸向磁軸承27定子安裝在支杆前段8徑向內側， 上徑向磁軸承9定子上側為第一徑向位移傳感器5，下側為第二徑向位移傳感器11,中徑向磁 軸承16定子上側為第三徑向位移傳感器15，下側為第四徑向位移傳感器17，下徑向磁軸承19 定子上側為第四徑向位移傳感器17，下側為第五徑向位移傳感器21，上軸向位移傳感器12位 於第二徑向位移傳感器11與第三徑向位移傳感器15之間，第一徑向位移傳感器5上側依次為 上保護軸承套3、第一自鎖螺紋環2，第五徑向位移傳感器21下側依次為下軸向位移傳感器22、 下保護軸承套25、第二自鎖螺紋環26，各徑向磁軸承與位移傳感器之間、位移傳感器與位移傳 感器之間、位移傳感器與保護軸承套之間通過定子定位套筒緊固在支杆前段8徑向內側，軸向 磁軸承27定子下側為第三自鎖螺紋環28，並通過固定螺母29固定安裝在支杆前段8徑向內側， 上徑向磁軸承9轉子、中徑向磁軸承16轉子、下徑向磁軸承19轉子、軸向磁軸承27轉子安裝 在主軸7徑向外側，限位接頭1安裝在主軸7的最上端錐面上，上保護軸承4位於限位接頭1 與上徑向磁軸承9轉子之間，並通過轉子定位套筒與第一徑向位移傳感器檢測環6固定安裝在 主軸7徑向外側，上軸向位移傳感器檢測環13位於上徑向磁軸承9轉子與中徑向磁軸承16轉 子之間，並通過第二徑向位移傳感器檢測環10、第三徑向位移傳感器檢測環14固定安裝在主軸 7徑向外側，第四徑向位移傳感器檢測環18位於中徑向磁軸承16轉子與下徑向磁軸承19轉子 之間，下徑向磁軸承19轉子下側依次為第五徑向位移傳感器檢測環20、下軸向位移傳感器檢測 環23、下保護軸承24，下保護軸承24與軸向磁軸承27通過轉子定位套筒固定安裝在主軸7徑向外側上。由於五自由度主動控制磁懸浮自由搖滾系統採用主動可控磁懸浮軸承作為支承，可 是實現三個軸向平動和兩個主軸徑向的轉動的懸浮控制，從而實現了整個系統的五自由度主動控制懸浮。磁懸浮轉子系統中的上徑向磁軸承9、中徑向磁軸承16、下徑向磁軸承19、軸向磁軸承27 可以為永磁偏置，電磁控制的主動式磁軸承，或純電勵磁的磁軸承，或被動式磁軸承。所述的主軸7不再含有機械軸承，上徑向磁軸承9、中徑向磁軸承16、下徑向磁軸承19、 軸向磁軸承27為主軸起到徑向和軸向支承定位作用。所述的主軸7材料為F141軟性合金，或以銅為主要成份且彈性模量為88.2~97GPa的銅合金。如圖2所示，本發明中襯套固定在飛機機身內側，襯套與限位接頭1實行緊固，使飛機機 身能夠緊固在磁懸浮搖滾系統上。如圖3所示，磁懸浮轉子系統永磁偏置徑向磁軸承主要由激磁線圈161、磁軸承壓蓋162、 磁軸承轉子163、磁軸承壓片164、磁軸承定子磁鋼165、磁軸承定子底座166組成，磁軸承轉 子163與磁軸承定子底座166形成0.2mm氣隙，其中激磁線圈161、磁軸承壓蓋162、磁軸承壓 片164、磁軸承定子磁鋼165、磁軸承定子底座166為靜止部分，磁軸承轉子163為轉動部分。如圖4所示，磁懸浮轉子系統的純電勵磁軸向磁軸承主要由軸向磁軸承定子套筒270、繞組 線圈271、軸向磁軸承轉子272、軸向磁軸承底座273組成，其中軸向磁軸承定子套筒270、繞 組線圈271、軸向磁軸承底座273為靜止部分，軸向磁軸承轉子272為轉動部分。本發明的磁懸浮轉子系統和磁懸浮定子系統所使用的第一徑向位移傳感器5、第二徑向位移 傳感器ll、第三徑向位移傳感器15、第四徑向位移傳感器n、第五徑向位移傳感器21均為圖 5所示的結構，主要由沿X軸正、負方向對稱放置，探測X方向位移信號的兩個徑向位移傳感 器探頭50、 52和沿Y軸正、負方向對稱放置，探測Y方向位移信號的兩個徑向位移傳感器探 頭51、 53組成，且四個探頭50、 51、 52、 53都放置在傳感器內部，為內置式結構。以上徑向 磁軸承9為例，對第一徑向位移傳感器5的兩個探頭50、 52所檢測的X軸位移信號作差分，並 對其另兩個探頭51、 53所檢測的Y軸位移信號作差分，並對第二徑向位移傳感器ll的兩個探 頭50、 52所檢測的位移信號作差分和其另兩個探頭51、 53所檢測的位移信號作差分，再將第 一徑向位移傳感器5和第二徑向位移傳感器11在X軸上的差分後的信號作平均運算，在Y軸 上的差分後的信號作平均運算，用於上徑向磁軸承9X、 Y軸的控制。本發明的磁懸浮轉子系統和磁懸浮定子系統所使用的上軸向位移傳感器12和下軸向位移傳 感器22分別為圖6和圖7所示的結構。在圖6所示的上軸向位移傳感器12中，它主要由沿X 軸正、負方向對稱放置，用於檢測Z方向位移信號的二個軸向位移傳感器探頭121、 122組成。 在圖7所示的下軸向位移傳感器22中，它主要由沿Y軸正、負方向對稱放置，用於檢測Z方向 位移信號的二個軸向位移傳感器探頭221、 222組成。對上軸向位移傳感器12的兩個探頭121、 122所檢測的位移信號作差分和下軸向位移傳感器22的兩個探頭221 、222所檢測的位移信號作差分，再將差分後的信號作平均運算，用於軸向磁軸承27控制。本發明的支杆前段8上有數據控制信號線孔和數據控制信號線槽，傳感器信號線與磁軸承 控制信號線穿過支杆前段上的孔，然後放置在槽中最後接到控制器上。本發明說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求
1、五自由度主動控制磁懸浮自由搖滾系統，其特徵在於主要由磁懸浮定子系統和磁懸浮轉子系統組成，其中磁懸浮定子系統主要由第一自鎖螺紋環(2)、第二自鎖螺紋環(26)、第三自鎖螺紋環(28)、固定螺母(29)、上保護軸承套(3)、下保護軸承套(25)、第一徑向位移傳感器(5)、第二徑向位移傳感器(11)、第三徑向位移傳感器(15)、第四徑向位移傳感器(17)、第五徑向位移傳感器(21)、上軸向位移傳感器(12)、下軸向位移傳感器(22)、上徑向磁軸承(9)定子、中徑向磁軸承(16)定子、下徑向磁軸承(19)定子、軸向磁軸承(27)定子、支杆前段(8)、支杆後段(34)、蓋板(33)、拉緊螺栓(35)、電磁離合器組件(30)、聯軸節(31)、旋轉編碼器(32)組成，磁懸浮轉子系統主要由限位接頭(1)、上保護軸承(4)、下保護軸承(24)、第一徑向位移傳感器檢測環(6)、第二徑向位移傳感器檢測環(10)、第三徑向位移傳感器檢測環(14)、第四徑向位移傳感器檢測環(18)、第五徑向位移傳感器檢測環(20)、上軸向位移傳感器檢測環(13)、下軸向位移傳感器檢測環(23)、主軸(7)、上徑向磁軸承(9)轉子、中徑向磁軸承(16)轉子、下徑向磁軸承(19)轉子、軸向磁軸承(27)轉子組成，磁懸浮定子系統和轉子系統之間通過上徑向磁軸承(9)、中徑向磁軸承(16)、下徑向磁軸承(19)、軸向磁軸承(27)實現非機械接觸的穩定懸浮，支杆前段(8)與支杆後段(34)通過蓋板(33)連接，並通過螺釘緊固，拉緊螺栓(35)通過螺紋緊固在支杆後段(34)內側，電磁離合器組件(30)與旋轉編碼器(32)固定在支杆後段(34)內側，電磁離合器組件(30)通過傳動鍵與主軸(7)連接，旋轉編碼器(32)通過聯軸節(31)與主軸(7)連接，上徑向磁軸承(9)定子、中徑向磁軸承(16)定子、下徑向磁軸承(19)定子、軸向磁軸承(27)定子安裝在支杆前段(8)徑向內側，上徑向磁軸承(9)定子上側為第一徑向位移傳感器(5)，下側為第二徑向位移傳感器(11)，中徑向磁軸承(16)定子上側為第三徑向位移傳感器(15)，下側為第四徑向位移傳感器(17)，下徑向磁軸承(19)定子上側為第四徑向位移傳感器(17)，下側為第五徑向位移傳感器(21)，上軸向位移傳感器(12)位於第二徑向位移傳感器(11)與第三徑向位移傳感器(15)之間，第一徑向位移傳感器(5)上側依次為上保護軸承套(3)、第一自鎖螺紋環(2)，第五徑向位移傳感器(21)下側依次為下軸向位移傳感器(22)、下保護軸承套(25)、第二自鎖螺紋環(26)，各徑向磁軸承與位移傳感器之間、位移傳感器與位移傳感器之間、位移傳感器與保護軸承套之間通過定子定位套筒緊固在支杆前段(8)徑向內側，軸向磁軸承(27)定子下側為第三自鎖螺紋環(28)，並通過固定螺母(29)固定安裝在支杆前段(8)徑向內側，上徑向磁軸承(9)轉子、中徑向磁軸承(16)轉子、下徑向磁軸承(19)轉子、軸向磁軸承(27)轉子安裝在主軸(7)徑向外側，限位接頭(1)安裝在主軸(7)的最上端錐面上，上保護軸承(4)位於限位接頭(1)與上徑向磁軸承(9)轉子之間，並通過轉子定位套筒與第一徑向位移傳感器檢測環(6)固定安裝在主軸(7)徑向外側，上軸向位移傳感器檢測環(13)位於上徑向磁軸承(9)轉子與中徑向磁軸承(16)轉子之間，並通過第二徑向位移傳感器檢測環(10)、第三徑向位移傳感器檢測環(14)固定安裝在主軸(7)徑向外側，第四徑向位移傳感器檢測環(18)位於中徑向磁軸承(16)轉子與下徑向磁軸承(19)轉子之間，下徑向磁軸承(19)轉子下側依次為第五徑向位移傳感器檢測環(20)、下軸向位移傳感器檢測環(23)、下保護軸承(24)，下保護軸承(24)與軸向磁軸承(27)通過轉子定位套筒固定安裝在主軸(7)徑向外側。
2、 根據權利要求l所述的磁懸浮自由搖滾系統，其特徵在於所述的磁懸浮轉子系統的上 徑向磁軸承(9)、中徑向磁軸承(16)、下徑向磁軸承(19)、軸向磁軸承(27)為永磁偏置、 電磁控制的主動式磁軸承，或純電勵磁的磁軸承，或被動式磁軸承。
3、 根據權利要求1所述的磁懸浮自由搖滾系統，其特徵在於所述的主軸(7)不再含有 機械軸承，上徑向磁軸承(9)、中徑向磁軸承(16)、下徑向磁軸承(19)、軸向磁軸承(27) 為主軸起到徑向和軸向支承定位作用。
4、 根據權利要求1所述的磁懸浮自由搖滾系統，其特徵在於所述的主軸(7)材料為F141 軟性合金，或以銅為主要成份且彈性模量為88.2 97GPa的銅合金。
5、 根據權利要求l所述的磁懸浮自由搖滾系統，其特徵在於所述的第一徑向位移傳感器 (5)、第二徑向位移傳感器(11)、第三徑向位移傳感器(15)、第四徑向位移傳感器(17)和第五徑向位移傳感器(21)都有四個內置式探頭，沿X軸正、負方向對稱放置和Y軸正、負 方向對稱放置。
6、 根據權利要求1所述的磁懸浮自由搖滾系統，其特徵在於所述的上軸向位移傳感器(12) 和下軸向位移傳感器(22)都有兩個探頭，且上軸向位移傳感器(12)探頭沿X軸正、負方向 對稱放置，下軸向位移傳感器(22)探頭沿Y軸正、負方向對稱放置。
7、 根據權利要求l所述的磁懸浮自由搖滾系統，其特徵在於所述的上徑向磁軸承(9)、 中徑向磁軸承(16)、下徑向磁軸承(19)的控制方法是先將每個徑向位移傳感器在X軸正、 負方向上的兩個探頭所檢測的位移信號分別作差分和Y軸正、負方向上的兩個探頭所檢測的位 移信號分別作差分，再將每個徑向磁軸承兩端的徑向位移傳感器在X軸上的差分後的信號作平 均運算和Y軸上的差分後的信號作平均運算，用於相應徑向磁軸承的X軸、Y軸控制。
8、 根據權利要求l所述的磁懸浮自由搖滾系統，其特徵在於所述的軸向磁軸承(27)的 控制方法是對上軸向位移傳感器(12)的兩個探頭所檢測的位移信號作差分和下軸向位移傳 感器(22)的兩個探頭所檢測的位移信號作差分，再將差分後的信號作平均運算，用於軸向磁 軸承(27)控制。
全文摘要
五自由度主動控制磁懸浮自由搖滾系統主要由磁懸浮定子系統和磁懸浮轉子系統組成。磁懸浮定子系統主要由支杆前段、支杆後段、蓋板、旋轉編碼器、聯軸節、電磁離合器組件、拉緊螺栓、固定螺紋環、小自鎖螺紋環、大自鎖螺紋環、軸向磁軸承定子、徑向磁軸承定子、軸向位移傳感器、徑向位移傳感器；磁懸浮轉子系統主要由限位接頭、主軸、保護軸承、徑向磁軸承轉子、軸向磁軸承轉子、軸向傳感器檢測環、徑向傳感器檢測環。本發明採用磁懸浮支承方式，大大降低了機械摩擦，使飛機模型可以更好地模擬飛機真實空中飛行，大大提高了飛機風洞試驗的精度。
文檔編號G01M9/02GK101246079SQ20081010239
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月21日 優先權日2008年3月21日
發明者剛 劉, 強 劉, 孫津濟, 房建成, 曦 王, 韓輔君, 韓邦成 申請人:北京航空航天大學