nghiên cứu các phương pháp điều khiển thông minh và đề xuất cấu trúc điều khiển vị trí ổ đỡ từ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên











ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP







LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU
KHIỂN THÔNG MINH VÀ ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC
ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ Ổ ĐỠ TỪ

Học viên : Nguyễn Thị Tuyết
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển






Thái Nguyên 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên






ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự Do - Hạnh phúc




THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CƢÚ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG
MINH VÀ ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ Ổ ĐỠ TỪ


Học viên : Nguyễn Thị Tuyết
Lớp : CHK11
Chuyên nghành : Tự động hoá
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển
Ngày giao đề tài : 01/02/2010
Ngày hoàn thành : 29/08/2010



Khoa ĐT sau ĐH
Cán bộ HDKH



PGS.TS Nguyễn Như Hiển
Học viên



Nguyễn Thị Tuyết

Ban giám hiệu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng nhƣ nội dung trong
đề cƣơng và yêu cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Đây là công trình do tôi tổng hợp và
nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo nhƣ đã nêu trong phần
tài liệu tham khảo.

Tác giả luận văn



Nguyễn Thị Tuyết

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MỤC LỤC
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng, hình vẽ, đồ thị và chữ viết tắt
Lời nói đầu
Nội dung
Trang
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ Ổ ĐỠ TỪ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU
KHIỂN HIỆN ĐẠI

1
1.1Tổng quan về ổ đỡ từ
1
1.1.1 Ổ đỡ từ tính và truyền động động cơ
1
1.1.2 Hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo từ tính
3

1.1.3 Cấu trúc đặc trƣng của một hệ thống truyền động động cơ đƣợc
trang bị các ổ đỡ từ tính.
4
1.1.4 Hệ truyền động ổ đỡ không tiếp xúc
6
1.1.5 Cấu trúc ổ đỡ không tiếp xúc
7
1.1.6 Cấu trúc của cuộn dây
13
1.1.7 Phân loại ổ đỡ từ
14
1.1.8 Một số ứng dụng phù hợp của động cơ và máy phát kiểu treo từ tính
15
1.2.Đánh giá các phƣơng pháp điều khiển hiện đại
15
1.2.1 Phƣơng pháp điều khiển tối ƣu
15
1.2.2 Phƣơng pháp điều khiển thích nghi
17
1.2.3 Phƣơng pháp điều khiển bền vững
21
1.2.4 Phƣơng pháp điều khiển mờ
22
CHƢƠNG 2
ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ

23
2.1 Mô hình toán học của bộ treo từ tính
23
2.1.1 Cấu trúc cơ điện và nguyên lý hoạt động của ổ từ

23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2.1.2 Các mối quan hệ cơ bản
25
2.1.3 Cơ cấu chấp hành vi sai
28
2.1.4 Động cơ nam châm vĩnh cửu lắp ghép bề mặt
29
2.1.5 Ổ từ chịu tải hƣớng tâm (ổ đỡ từ)
30
2.1.6 Mô tả toá n họ c ổ đỡ tƣ̀
32
2.2 Các tính chất điều khiển đƣợc của bộ treo từ tính
38
2.2.1 Lực kéo không cân bằng
38
2.2.2 Các nguyên tắc cơ bản
38
2.2.3 Phép phân tích trong lõi từ hình chữ C và lõi từ hình chữ I
39
2.2.4 Giảm chấn trong hệ thống treo từ tính
40
CHƢƠNG 3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN
THÔNG MINH

43
3.1 Hệ lôgic mờ
43

3.1.1 Khái niệm về tập mờ
43
3.1.2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ
43
3.2 Bộ điều khiển mờ
50
3.2.1 Bộ điều khiển mờ tĩnh
50
3.2.2 Bộ điều khiển mờ động
53
3.2.3 Bộ điều khiển mờ trƣợt
56
3.2.4 Điều khiển mờ thích nghi
57
3.3 Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID
57
CHƢƠNG 4:
MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG

61
4.1 Mô phỏng với bộ điều khiển PID
61
4.2. Mô phỏng với bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID
62
4.3. So sánh chất lƣợng các bộ điều khiển:
67
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4.2 Đánh giá chất lƣợng hệ thống.
68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NHGỊ
68

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
TT
Tên hình vẽ
Trang
Hình 1.1
Sự tạo ra lực từ hƣớng tâm bởi mật độ từ thông khe hở
không cân bằng:
1
Hình 1.2
Sơ đồ tƣợng trƣng của một hệ truyền động không tiếp
xúc
4
Hình 1.3
Động cơ với các ổ đỡ từ

5
Hình 1.4
Truyền động ổ đỡ không tiếp xúc
7
Hình 1.5
Hình dạng cơ bản của ổ đỡ từ
7
Hình 1.6
Bộ treo chủ động theo 2 trục:
7
Hình 1.7
Những biến đổi hệ treo tác dụng theo 5 phƣơng

8
Hình 1.8
Sự kết hợp với ổ đỡ từ và ổ đỡ cơ khí thông thƣờng
9
Hình 1.9
Một số hình ảnh ổ đỡ từ truyền thống
10
Hình 1.10
Cấu trúc chung của hệ ĐKTN
18
Hình 1.11
Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN điều chỉnh hệ số khuếch đại
20
Hình 1.12
Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN theo mô hình mẫu
20
Hình 1.13
Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN tự điều chỉnh
21
Hình 2.1
Hệ thống từ treo
24
Hình 2.2
Lõi từ C và lõi từ hình chữ I với một cuộn cảm
25
Hình 2.3
Mạch từ hoá tƣơng đƣơng
27
Hình 2.4
Cơ cấu điều chỉnh vi sai

29
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 2.5
Động cơ nam châm vĩnh cửu lắp ghép bề mặt
30
Hình 2.6
Ổ đỡ từ chịu tải hƣớng tâm
31
Hình 2.7
Mối quan hệ giữa lực hƣớng tâm và dòng điện
34
Hình 2.8
Mối quan hệ tuyến tính của lực hƣớng tâm với dòng điện
phân cực
35
Hình 2.9
Sơ đồ cách thức điều khiển dòng điện
36
Hình 2.10
Sơ đồ cấ u trú c của một hệ thống từ treo sử dụng năng
lƣợng từ theo mộ t phƣơng
36
Hình 2.11
Sơ đồ cấ u trú c rú t gọ n
37
Hình 2.12
Lực từ kéo (hấp dẫn) và kích thƣớc khe hở: (a) kích thƣớc
khe hở rộng, (b) kích thƣớc khe hở đƣợc giảm xuống
39

Hình 2.13
Hệ thống treo từ tƣơng đƣơng với hệ thống giảm chấn -
khối lƣợng – lò xo
40
Hình 2.14
Sơ đồ cấ u trú c điều khiển ổ đỡ từ
42
Hình 3.1
Hàm liên thuộc biến ngôn ngữ
43
Hình 3.2
Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ
44
Hình 3.3
Luật hợp thành
45
Hình 3.4
Mờ hoá

46
Hình 3.5
Thực hiện phép suy diễn mờ
46
Hình 3.6
Thực hiện phép hợp mờ
47
Hình 3.7
Những nguyên lý giải mờ.
48
Hình 3.8

Cấu trúc một hệ logic mờ
49
Hình 3.9
Quan hệ truyền đạt bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ
50
Hình 3.10
Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mờ PD

52
Hình 3.11
Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều chỉnh mờ PI(1)
52
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 3.12
Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều khiển mờ PI(2)
52
Hình 3.13
Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều khiển mờ PI(3)
53
Hình 3.14
Các hàm h(s(e))
54
Hình 3.15
Bộ điều khiển mờ trƣợt 2 đầu vào
55
Hình 3.16
Bộ điều khiển mờ trƣợt 3 đầu vào
55
Hình 3.17

Đƣờng chuyển đổi

56
Hình 3.18
Tập mờ 2 đầu vào
56
Hình 3.19
Tập mờ đầu ra
56
Hình 3.20
Điều khiển mờ chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PID
56
Hình 3.21
Phƣơng pháp điều khiển thích nghi trực tiếp
57
Hình 3.22
Phƣơng pháp điều khiển thích nghi gián tiếp
57
Hình 3.23

Phƣơng pháp chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PID
58
Hình 3.24
Bên trong bộ chỉnh định mờ
58
Hình 3.25
Tập mờ e và e‟
59
Hình 3.26
Tập mờ 

59
Hình 3.27
Tập mờ K
p
và K
D

59
Hình 4.1
Sơ đồ mô phỏng khi dùng bộ điều khiển PID kinh điển
61
Hình 4.2
Kết quả mô phỏng khi dùng bộ điều khiển PID kinh điển
62
Hình 4.3
Sơ đồ mô phỏng khi dùng bộ điều khiển mờ chỉnh định
tham số PID
62
Hình 4.4
FIS Editor bộ chỉnh định



64
Hình 4.5
Đầu vào thứ nhất ET

64
Hình 4.6
Đầu vào thứ hai DET

65
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 4.7
Đầu ra


65
Hình 4.8
Luật hợp thành
66
Hình 4.9
Luật hợp thành xây dựng trên Matlab
66
Hình 4.10
Kết quả mô phỏng của bộ điều khiển mờ chỉnh định tham
số PID
67
Hình 4.11
Sơ đồ mô phỏng của bộ điều khiển PID kết hợp với bộ
điều khiển mờ chỉnh định tham số PID
67
Hình 4.12
Kết quả mô phỏng của bộ điều khiển PID kết hợp với bộ
điều khiển mờ chỉnh định tham số PID
68



DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT
Chữ viết tắt
Diễn giải
1
I
Bộ điều khiển mờ theo luật tỷ lệ
2
PI
Bộ điều khiển mờ theo luật tỷ lệ tích phân
3
PD
Bộ điều khiển mờ theo luật tỷ lệ vi phân
4
PID
Bộ điều khiển mờ theo luật tỷ lệ vi tích phân
5
ĐKTN
Điều khiển thích nghi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI NÓI ĐẦU
Trong công nghệ truyền động tự động sử dụng động cơ không đồng bộ đã đƣợc phát
triển và có phạm vi ứng dụng rất rộng bởi những ƣu thế vƣợt trội của nó so với động cơ
một chiều nhƣ: Hiệu suất cao, gọn nhẹ, có yêu cầu bảo dƣỡng thấp và giá thành rẻ. Do
sự phát triển của công nghệ truyền động tự động yêu cầu các động cơ có công suất lớn,
tốc độ cao. Khi đó chế độ bảo dƣỡng động cơ gặp phải một số các hạn chế trong việc
bôi trơn và thay thế ổ đỡ, nhất là trong môi trƣờng chứa các chất độc hại, bị nhiễm xạ
hoặc trong các dây truyền thực phẩm và dƣợc phẩm. Do đó các ổ đỡ cơ khí không còn
phù hợp trong các thiết bị máy quay đòi hỏi tốc độ cao, độ chính xác lớn mà thay thế
vào đó là các ổ đỡ không tiếp xúc (còn gọi là ổ đỡ từ). Đây là một bƣớc tiến rất quan
trọng nó cho phép giảm tổn hao và tăng độ chính xác (nhờ loại trừ đƣợc mài mòn do ma
sát). Với sự phát triển của khoa học công nghệ nhƣ hiện nay thì việc đƣa các phƣơng
pháp điều khiển thông minh để điều khiển ổ đỡ từ nhằm nâng cao chất lƣợng của hệ
thống là vấn đề đƣợc nhiều nhà nghiên cứu quan tâm.
Luận văn với đề tài "Nghiên cứu các hƣơng pháp điều khiển thông minh và đề xuất
cấu trúc điều khiển vị trí ổ đỡ từ"nhằm mục đích đề xuất một phƣơng pháp điều
khiển cho ổ đỡ từ. Đó là phƣơng pháp điều khiển mờ chỉnh định mờ tham số bộ điều
khiển PID.
Luận văn gồm các chƣơng sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về ổ đỡ từ và các phƣơng pháp điều khiển hiện đại
Chƣơng 2: Đề xuất cấu trúc điều khiển ổ đỡ từ
Chƣơng 3: Thiết kế hệ thống điều khiển bằng bộ điều khiển thông minh.
Chƣơng 4: Mô phỏng và đánh giá chất lƣợng hệ thống
Trong quá trình làm luận văn,dƣới sự hƣớng dẫn nhiệt tình của cán bộ hƣớng dẫn
PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển, sự giúp đỡ của ThS.NCS Đặng Danh Hoằng cùng sự nỗ
lực của bản thân tác giả trong việc tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu và tìm hiểu thực tế nhƣng
do thời gian và kimh nghiệm còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Tác giả rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp, những lời nhận xét quí báu của các
thầy cô và các bạn đồng nghiệm để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Học viên



Nguyễn Thị Tuyết

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ổ ĐỠ TỪ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU
KHIỂN HIỆN ĐẠI
1.1 Tổng quan về ổ đỡ từ
1.1.1 Ổ đỡ từ và truyền động động cơ
Ổ đỡ từ là một khái niệm đã có từ thế kỷ trƣớc, tuy nhiên do giá thành cao và độ
phức tạp của nó nên không đƣợc nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong công nghiệp. Ý
tƣởng về việc treo một đối tƣợng bằng từ trƣờng đã đƣợc đặt ra từ giữa những năm 1800
và đến những năm 1960 đã có nhiều thí nghiệm và các ứng dụng vào thực tế . Do sƣ̣ phát
triển trong công nghệ điều khiển , cả về phần cứng lẫn phần mềm đã tạo cơ hội cho việ c
sƣ̉ dụ ng ổ tƣ̀ trong công nghiệp đƣợc phát triển nhƣ kích thƣớc nhỏ, gọn, độ phức tạp và
giá thành giảm.
Vào những năm cuối của thập kỉ 80, khái niệm mới về ổ đỡ không tiếp xúc đã đƣợc
đƣa vào công nghệ truyền động động cơ không đồng bộ. Từ đó đến nay, lí thuyết và kiến
thức cơ bản về khái niệm này đã đƣợc nghiên cứu cùng với việc phát triển nhiều truyền
động thử nghiệm với mục đích thu thập kinh nghiệm về sự hoạt động của nhiều loại
truyền động trong động cơ không đồng bộ ổ đỡ không tiếp xúc.
Công nghệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ đã đƣợc phát triển và có
phạm vi áp dụng rộng kể từ thập niên 70 bởi những ƣu thế vƣợt trội của nó so với truyền
động động cơ một chiều nhƣ: hiệu suất cao, gọn, nhẹ, có yêu cầu bảo trì thấp và giá thành
động cơ rẻ. Sự tăng lên về công suất và tốc độ quay của động cơ không đồng bộ càng làm
mở rộng phạm vi ứng dụng của loại động cơ này. Một hạn chế không tránh khỏi trong
chế độ bảo dƣỡng đối với truyền động động cơ không đồng bộ là việc bôi trơn và thay thế
ổ đỡ. Ví dụ: Các ổ đỡ có thể gây ra vấn đề lớn cho các ứng dụng truyền động động cơ
trong khoảng không gian xung quanh cũng nhƣ đối với môi trƣờng có chứa các chất độc
hại hoặc bị nhiễm xạ. Thêm vào đó, dầu bôi trơn không thể dùng đƣợc trong các điều
kiện nhƣ chân không, nhiệt độ khí quyển quá cao hoặc quá thấp, hoặc trong các dây
truyền thực phẩm và dƣợc phẩm. Do đó các''bộ treo'' từ tính có thể mở rộng phạm vi ứng

dụng của truyền động động cơ.
Phần lớn yêu cầu về bảo dƣỡng trong 1 truyền động công nghiệp đều liên quan đến
các ổ đỡ cơ khí. Các hệ truyền động sử dụng ổ đỡ cơ khí không phù hợp trong các thiết
bị máy quay đòi hỏi tốc độ cao, yêu cầu độ chính xác lớn, phải dùng chất bôi trơn do có
sự tiếp xúc trực tiếp giữa phần chuyển động và phần tĩnh. Dầu bôi trơn phải đƣợc thay
thế định kỳ. Ổ đỡ cũng cần phải đƣợc thay thế định kì với yêu cầu phải tháo phần thân
của động cơ. Nếu nhƣ trục đƣợc treo bởi một lực từ, những yêu cầu bảo hành này sẽ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

không còn cần thiết nữa. Do vậy tiến tới sử dụng “ổ đỡ không tiếp xúc”sẽ mang lại nhiều
thuận tiện cho ngƣời sử dụng động cơ.
Việc sử dụng hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo từ tính là một trong
những bƣớc tiến quan trọng của ngành cơ khí, cho phép giảm tổn hao và tăng độ chính
xác (nhờ loại trừ đƣợc bào mòn do ma sát) gia công đối với các trục chính cao tốc. Tuy
nhiên, các lợi thế này buộc chúng ta phải có khả năng áp dụng, cài đặt và thiết kế các
phƣơng pháp điều khiển ổ đỡ phù hợp.
Cũng cần chú ý rằng bộ treo từ tính yêu cầu thời gian cắt mẫu ngắn một cách cân
xứng với truyền động động cơ. Yêu cầu này là do bộ treo từ tính không ổn định một cách
cố hữu do đó cần thiết có các bộ điều khiển vi sai hoặc điều khiển sớm pha để thực hiện hệ
thống treo từ tính ổn định. Để đạt đƣợc giới hạn pha tại tần số cắt cần phải có tần số cắt
mẫu nhanh. Yêu cầu về tần số cắt mẫu phụ thuộc vào quán tính cơ khí nên khó khăn trong
thiết kế. Với sự phát triển của xử lí số tín hiệu thì các bộ xử lí tín hiệu và các vi xử lí 1 chip
đã có đủ khả năng, tốc độ tính toán trong hệ thống treo từ tính.
Ổ đỡ không tiếp xúc lợi dụng từ trƣờng tạo ra bởi dòng điện trong cuộn dây của
động cơ. Do đó, có đƣợc thông số về từ trƣờng quay của động cơ là rất quan trọng. Ngƣời
ta điều chỉnh vị trí góc quay và cƣờng độ từ trƣờng của động cơ bằng các véc tơ. Dựa
trên vị trí góc và cƣờng độ từ trƣờng của động cơ, các lực hƣớng tâm đƣợc phát ra bởi sự
tạo thêm các từ trƣờng sử dụng dòng điện cuộn dây của bộ treo. Do vậy có thể nói rằng
công nghệ ổ đỡ không tiếp xúc dựa trên lí thuyết điều khiển véc tơ.

Ổ đỡ từ có cấ u tạ o và nguyên lý là m việ c tƣơng tự nhƣ một động cơ điện . Tuy
nhiên, thay vì tạo ra momen xoắn để quay rôtor nhƣ ở độ ng cơ điệ n thì ổ đỡ từ lại tạo ra
Hình 1.1 Sự tạo ra lực từ hướng tâm bởi mật độ từ thông khe hở không cân bằng:
a. mật độ từ thông khe hở cân bằng
b. mật độ từ thông khe hở không cân bằng







Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

một lực để treo ngõng trục trong lòng ổ. Khoảng cách giữa ngõng trục và lót ổ thông
thƣờng khoảng 0,5-2 mm.
Hình vẽ 1.1 chỉ ra các nguyên lý của sự phát ra lực hƣớng tâm roto của hai trƣờng
hợp động cơ ổ đỡ không tiếp xúc và động cơ ổ đỡ từ tính.
Một trục quay sẽ đƣợc bao bọc bởi lõi của stato. Roto và stato đƣợc từ hóa bởi bốn

cực từ theo trình tự bắc, nam, bắc, nam. Có những lực hấp dẫn từ tính rất mạnh giữa lõi
của roto và lõi của stato bên dƣới các cực từ này. Trong hình 1.1a, 4 cực từ có cùng mật
độ từ thông và do đó có cùng biên độ lực hấp dẫn . Nhƣ vậy là, tổng vector của 4 lực
hƣớng tâm này bằng 0. Ngƣợc lại, trong hình 1.1b một cực từ bắc thì mạnh hơn so với ba
cực từ còn lại nên nó có lực hƣớng tâm mạnh hơn. Sự phân bố mật độ từ thông khe hở
không cân bằng này dẫn đến lực từ hƣớng tâm sẽ tác động vào roto. Trong trƣờng hợp
này, lực hƣớng tâm roto tác động vào roto từ phía tay phải. Trong cả 2 trƣờng hợp động
cơ có ổ đỡ từ tính và động cơ không ổ đỡ, lực hƣớng tâm roto đƣợc tạo bởi trƣờng điện từ
không cân bằng tức là lực hƣớng tâm roto đƣợc tạo ra bởi sự khác biệt của lực hƣớng tâm
dƣới các cực từ. Lực hấp dẫn thì không ổn định một cách cố hữu vì nó sẽ mạnh hơn lên
nếu nhƣ roto dịch chuyển theo chiều của lực. Điểm lực hƣớng tâm bằng 0 tại trọng tâm
của nòng stato là một điểm không ổn định, do đó cần thiết có phản hồi âm.
Công nghệ truyền động lực treo từ tính đƣợc ứng dụng trong tàu điện đệm từ của
Nhật, ở đó lực treo từ tính đƣợc tạo ra bởi sự tƣơng tác giữa từ thông của cuộn dây siêu
dẫn và dòng điện của cuộn dây cảm ứng, có nghĩa là không cần thiết một bộ điều khiển
phản hồi âm. Hoặc trong một vài ứng dụng của bánh đà, vật liệu siêu dẫn đƣợc sử dụng
nhƣ là các ổ đỡ từ tính. Những cuộn dây hoặc vật liệu siêu dẫn này cung cấp một đệm từ
ổn định. Tuy nhiên giá thành thì tƣơng đối cao bởi chúng cần đến một hệ thống làm lạnh
và cách nhiệt do đó yêu cầu đối với các giải pháp cho các thiết bị lực từ tính hấp dẫn của
bộ treo từ tính cần phải đơn giản, trọng lƣợng nhỏ, giá thành thấp là các vấn đề cần phải
đạt đƣợc khi nghiên cứu về nó.
1.1.2.Hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo từ tính
Hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo từ tính là một trong những bƣớc
phát triển nhảy vọt của ngành cơ khí, cho phép giảm tổn hao và tăng độ chính xác (nhờ
loại trừ đƣợc bào mòn do ma sát) gia công đối với các trục chính cao tốc. Tuy nhiên, các
lợi thế này buộc chúng ta phải có khả năng áp dụng, cài đặt và thiết kế các phƣơng pháp
điều khiển ổ đỡ phù hợp.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 1.2 là sơ đồ tƣợng trƣng của một hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ
treo từ tính. Về nguyên lý, ổ đỡ bao gồm 2 phần chính: phần chuyển động có thể là
chuyển động quay hoặc tịnh tiến (rotor) và phần tĩnh (stator). Ở trên phần tĩnh có lắp đặt
một số mạch từ để tạo ra lực từ tác dụng lên phần chuyển động của ổ. Các lực từ tác dụng
lên phần chuyển động của ổ đƣợc điều khiển bởi hiệu điện thế hoặc cƣờng độ dòng điện
đặt vào các cuộn dây của mạch từ. Dƣới tác dụng của lực ngoại sinh lên phần chuyển
động của hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo từ tính, lực từ đƣợc tạo nên bởi
các mạch từ tác dụng lên, phần chuyển động này cần phải thay đổi một cách phù hợp để
đảm bảo khe hở xác định giữa phần chuyển động và phần tĩnh của ổ đỡ. Thông thƣờng
trong thực tế, việc xác định trƣớc cả về định lƣợng và quy luật thay đổi của các lực ngoại
sinh là rất khó hoặc không thể thực hiện đƣợc. Hơn nữa, điều kiện làm việc của các hệ
truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo từ tính thay đổi dẫn đến việc xác định trƣớc
các thông số của ổ là rất khó khăn. Ngoài ra động lực học của hệ truyền động không tiếp
xúc sử dụng bộ treo từ tính là phi tuyến cả về cơ và điện, nghĩa là quan hệ động giữa hiệu
điên thế hoặc cƣờng độ dòng điện đặt vào các cuộn dây từ và lực từ tác dụng lên phần
chuyển động đƣợc mô tả bằng hệ phƣơng trình vi phân phi tuyến. Vì vậy, thiết kế các bộ
điều khiển cho các hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo từ tính đạt chất lƣợng
cao là khó khăn và cần thiết trong các ứng dụng thực tế có sử dụng các hệ truyền động
không tiếp xúc sử dụng bộ treo từ tính.
1.1.3. Cấu trúc đặc trƣng của một hệ thống truyền động động cơ đƣợc trang bị các
ổ đỡ từ tính.

Hình 1.3 cho ta thấy cấu trúc đặc trƣng của một hệ thống truyền động động cơ
đƣợc trang bị các ổ đỡ từ tính. Động cơ sẽ đƣợc đặt giữa 2 ổ đỡ từ tính hƣớng tâm. Mỗi ổ
đỡ từ tính hƣớng tâm sẽ tạo ra các lực hƣớng tâm trong 2 trục tọa độ hƣớng tâm trực
giao. Các lực hƣớng tâm này đƣợc điểu khiển bởi các hệ thống điều khiển có phản hồi âm
Hình 1.2 Sơ đồ tượng trưng của một hệ truyền động không tiếp xúc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

do đó vị trí trục hƣớng tâm đƣợc điều chỉnh về trọng tâm của nòng stato. Ổ đỡ từ tính
phía bên tay trái đƣợc điều chỉnh đối với 2 trục tọa độ x1 và y1. Ổ đỡ từ tính phía bên tay
phải đƣợc điều chỉnh đối với 2 trục tọa độ x2 và y2. Sự dịch chuyển vị trí theo trục z tức
là theo hƣớng của trục quay, đƣợc điều chỉnh bởi những lực hƣớng trục phát ra bởi một ổ
đỡ từ tính dịch chuyển. Tổng số có tất cả 5 trục tọa độ, x1, y1, x2, y2, z, chúng đƣợc điểu
chỉnh bởi các hệ ổ đỡ từ tính.
Mỗi một ổ đỡ từ tính có 4 cuộn dây ở stato. 2 cuộn dây đƣợc đặt theo trục x và 2
cuộn còn lại đặt theo trục y. Với một dòng điện trong một cuộn dây, một lực hút điện từ
sẽ đƣợc tạo ra. Một lực hƣớng tâm theo hƣớng trục x đƣợc tạo ra bởi sự khác biệt giữa
các lực hút điện từ tạo ra bởi các cuộn dây đặt theo trục x.









Hình 1.3 Động cơ với các ổ đỡ từ tính


Các dòng điện trong các cuộn dây của ổ đỡ từ tính sẽ đƣợc điều chỉnh bởi các mạch

điện tử công suất. Trong đa số các trƣờng hợp ngƣời ta sử dụng bộ biến đổi nguồn điện
áp một pha. Mỗi bộ biến đổi nguồn 1 pha có thể điều chỉnh một dòng điện của 1 cuộn
dây, do đó mỗi ổ đỡ từ tính cần có 4 bộ biến đổi tƣơng ứng với 8 dây dẫn vào ra.
Trong ổ đỡ từ tính dịch chuyển có 2 cuộn dây, do đó 2 bộ biến đổi 1 pha đƣợc kết nối
để điều chỉnh các dòng điện của cuộn dây và phát ra lực hƣớng tâm theo hƣớng trục.
Động cơ có nhiệm vụ phát ra mômen xoắn quanh trục z. Tốc độ quay của trục đƣợc
điều chỉnh bởi mômen xoắn của động cơ. Một bộ biến đổi 3 pha đƣợc nối tới động cơ qua
3 dây dẫn với các cuộn dây của động cơ đƣợc nối theo hình sao hoặc tam giác. Bộ biến
đổi cung cấp điện áp và tần số thay đổi đƣợc dựa theo tốc độ quay của trục và các yêu
cầu về mômen xoắn. Với đa số động cơ, tần số của bộ biến đổi tỉ lệ thuận với tốc độ và tỷ
số điện áp / tần số thông thƣờng là hằng số cho tới vùng suy yếu của trƣờng.
Hình 1.3 - Động cơ với các ổ đỡ
từ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
1 2 3
1 2 3
1 2 3
4
Cụm từ
treo
Cụm từ
treo
Ổ từ chặn

z
y
1

x
1

x
2

y
2

Hình 1.4 - Truyền động ổ đỡ không tiếp xúc

3
4
1.1.4 Hệ truyền động ổ đỡ không tiếp xúc
Hình vẽ 1.4 là cấu trúc của 1 hệ truyền động ổ đỡ không tiếp xúc. Hai ổ đỡ không
tiếp xúc đƣợc thiết kế trên cùng 1 trục truyền động. Mỗi thiết bị phát ra các lực hƣớng
tâm cũng nhƣ các mô men quay. Thiết bị ổ đỡ không tiếp xúc phía bên trái có hệ trục
hƣớng tâm x1, y1; còn thiết bị phía bên phải có hệ trục hƣớng tâm x2,y2. Mômen truyền
động tổng bằng hai lần mômen ƣớc tính của mỗi thiết bị bởi hai thiết bị này chia sẻ với
nhau lƣợng mômen. Mỗi ổ đỡ không tiếp xúc có 3 đầu nối cho hệ thống treo và 3 đầu nối
cho động cơ. Các cuộn dây pha tƣơng ứng phần động cơ của hai thiết bị đƣợc nối nối tiếp
theo cách nối sao (Y) đƣợc hình thành với hai cuộn dây pha nối nối tiếp trong mỗi pha.
Các cuộn dây pha nối nối tiếp và rôto đƣợc sắp xếp chính xác trong cả hai thiết bị sao cho
nếu dòng điện của động cơ nằm trên trục quay của rôto trong 1 thiết bị thì nó cũng nằm
trên trục quay của rôto trong thiết bị kia. Một bộ biến đổi 3 pha đơn lẻ đƣợc nối tới các

cuộn dây nối nối tiếp của phần động cơ và cung cấp điện áp và tần số thay đổi đƣợc cho
truyền động động cơ. Tại các đầu nối các cuộn dây của phần treo, 2 bộ biến đổi 3 pha độc
lập đƣợc nối tới để cung cấp các dòng điện yêu cầu với mục đích phát ra các lực hƣớng
tâm theo 4 trục tọa độ nhƣ đƣợc yêu cầu bởi các bộ điều khiển phản hồi âm và các sensor
giám sát vị trí trục hƣớng tâm.
Qua phân tích trên ta dễ ràng nhận thấy những ƣu điểm của truyền động ổ đỡ
không tiếp xúc là :
- Kích thƣớc nhỏ: trục quay ngắn dẫn tới tốc độ cao và hoạt động ổn định hơn.
- Công suất cao: truyền động ổ đỡ không tiếp xúc có thể sản sinh công suất gia tăng
với cùng 1 chiều dài trục.
- Giá thành thấp: số lƣợng dây dẫn ít hơn. Số lƣợng của các bộ biến đổi cũng ít hơn.
Các bộ biến đổi 3 pha giá thành rẻ cũng đƣợc sử dụng.










Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.1.5 Cấu trúc ổ đỡ không tiếp xúc
Giới thiệu hình dạng bên ngoài của một ổ từ

Hình vẽ 1.6(a,b) trình bày một bộ treo từ tính chủ động theo 2 trục. Ở hình 1.6a, một
trục đƣợc chèn vào lõi của rôto. Bộ treo từ tính hai trục đƣợc thực hiện bởi các lực từ giữa
rôto và stato. Tại đáy của trục có đặt một ổ xoay để cố định vị trí hƣớng trục và hƣớng tâm
của điểm cuối của trục. Cấu trúc này thích hợp cho các máy có trục thẳng đứng.
Trong hình 1.6b, trục này bị loại bỏ. Việc tác động chỉ theo 2 trục cung cấp một bộ
treo bị động với sự dao động và di chuyển dọc theo trục quay. Do vậy, tồn tại 1 giới hạn
về độ dài của lõi theo trục để thực hiện bộ treo bị động. Với thiết kế chính xác, các truyền
động ổ đỡ không tiếp xúc giá rẻ và gọn nhẹ kiểu này đã từng đƣợc sử dụng.
Hình vẽ 1.7(a-d) trình bày mặt cắt ngang và cách thực hiện bộ treo chủ động theo 5
trục. Hai ổ đỡ không tiếp xúc cần thiết phải có để phát ra lực hƣớng tâm theo 4 trục.
Thêm 1 ổ đỡ từ dịch chuyển nhằm xác định vị trí của trục theo trục tọa độ thứ 5. Có 2
Hình 1.5 - Hình dạng cơ bản của ổ đỡ từ
Hình 1.6 - Bộ treo chủ động theo 2 trục:
(a) điểm đỡ trục tại đáy (b) không có tiếp xúc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

rôto trên trục tác động theo bộ đôi ở trong hình 1.7a. Rôto và trục quay bên trong 2 lõi
stato. Các phụ tải dạng bơm và quạt nén có thể đƣợc gắn vào 1 đầu của trục.

Trong hình 1.7b rôto nằm phía bên ngoài 2 stator. Cấu trúc này phù hợp cho các
truyền động bánh đà của ổ đĩa DVD và các truyền động cho ổ đĩa cứng. Cấu trúc trong
hình 1.7c là một biến thể của hình 1.7a với một trục rỗng cho phép dòng khí thổi qua. Ổ
đỡ dịch chuyển dọc nằm giữa 2 ổ đỡ từ tính tạo nên 1 bộ treo đầy đủ theo 5 trục. Cấu trúc
này phù hợp cho các hệ nhƣ đồng hồ đo lƣu lƣợng, bơm đóng hộp và spindle. Trục rỗng
cũng có thể đƣợc sử dụng để lắp bánh xe. Trong hình 1.7 (a.c), 1 ổ đỡ từ dịch chuyển dọc
(c)
(d)
Hình 1.7 - Những biến đổi hệ treo tác dụng theo 5 phương
a. Rotor bên trong; b. Rotor ngoài;
c. Rotor rỗng; d. không gian lắp đặt tải nằm giữa trục.

















Rotor
Rotor

ổ từ
treo 1
ổ từ
treo 2
Stator
ổ từ
treo 1
ổ từ
treo 2
Ổ từ
chặn
Stator








ổ từ
treo 1
ổ từ
treo 2
Ổ từ
chặn
Rotor
Stator
Rotor
Stator

ổ từ
treo 1
ổ từ
treo 2
(a)
(b)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

trục quay đƣợc sử dụng, tuy nhiên nó không cần thiết trong vài trƣờng hợp nếu lực dọc
trục quay nhỏ hoặc không yêu cầu việc xác định chính xác vị trí của trục.Đối với các
trƣờng hợp trên việc xác định vị trí dọc trục có thể đƣợc thực hiện bởi bộ định vị bị động
nhƣ trong hình 1.7d.Ở đây các rôto của 2 ổ đỡ từ tính bị hấp dẫn 1 cách tự nhiên đến các
vị trí trung tâm của trục nhờ các lực từ. Bởi vì các ổ đỡ từ tính phát ra từ thông đáng kể,
trục sẽ chịu đủ lực đàn hồi qua sự di động theo hƣớng trục để giữ cho truyền động ổn
định theo hƣớng dọc trục.

Hình vẽ 1.8(a-c), chỉ ra mặt cắt ngang của các ổ đỡ không tiếp xúc khác nhau khi
chúng đƣợc kết hợp với ổ đỡ từ tính thông thƣờng hoặc ổ đỡ cơ khí thông thƣờng. Ở hình
vẽ 1.8a ổ đỡ phía bên trái là 1 ổ đỡ từ tính hƣớng tâm truyền thống. Chỉ có ổ đỡ phía bên
phải là 1 ổ đỡ không tiếp xúc. Sự sắp đặt này phù hợp cho 1 tải có lực hƣớng tâm lớn nối
vào phía bên trái của trục. Trên hình 1.8b các ổ đỡ cơ khí đƣợc đặt ở cả hai phía của ổ đỡ
không tiếp xúc. Khi tốc độ quay cực cao, trục sẽ có tốc độ bị giới hạn do tính chất bị bẻ
cong của trục đàn hồi. Tại những tốc độ này, những rung động sẽ xuất hiện. Ổ đỡ không
tiếp xúc có thể triệt tiêu các rung động này và hỗ trợ sức nặng của trục. Trên hình 1.8c, 1
Hình 1.8 - Sự kết hợp với ổ đỡ từ và ổ đỡ cơ khí thông thường : (a) với
ổ đỡ từ thông thường; (b) với ổ đỡ cơ khí thông thường; (c) với trục
quay dà i
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

phụ tải đƣợc kéo bởi 1 động cơ thông thƣờng với một trục dài. Ổ đỡ không tiếp xúc đƣợc
đặt gần chính giữa trục này với mục đích để triệt tiêu các rung động của trục.
Một số hình ảnh ổ đỡ từ truyền thống:

Sau đây là so sánh một vài đặc điểm của các loại động cơ ổ đỡ không tiếp xúc
Các đặc tính và chuẩn hoạt động đƣợc chia thành 2 thành phần : Lực và mô men
Từ đặc tính hoạt động theo mô men, hiệu suất của động cơ là 1 tỉ số giữa đầu ra của
trục và công suất đầu vào điện. Hiệu suất này thƣờng là cao đối với động cơ từ trƣờng
vĩnh cửu. Động cơ cảm ứng có rôto hình trụ và mômen êm ả. Chúng cũng gọn nhẹ bởi sự
phát triển của nam châm vĩnh cửu dùng vật liệu hiếm. Động cơ cảm ứng có một rôto hình
trụ bền vững và một mômen xoắn êm dịu. Các động cơ từ trƣờng gián đoạn và động cơ
đồng bộ có lợi thế về sự đòi hỏi về vật liệu thấp nên rất thích hợp cho các sản phẩm có
khối lƣợng.
Hình 1.9 - Một số hình ảnh ổ đỡ từ truyền thống
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Bảng 1. Bảng so sánh các động cơ ổ đỡ không tiếp xúc
Tiêu chuẩn
Cảm ứng
Nam châm
vĩnh cửu
Điện trở
đồng bộ

Điện trở dịch
chuyể n
Lực xoắn




Hiệu suất
4
5
4
4
Tính chính xác
4
5
4
4
Tính bền vững
3-5
3-5
3-5
4
Tính ổn định
5
4
4
3
Giá thành ĐC
4
3

5
5
Mô men quay




Nhiệt độ
3
4
4-5
5
Điều khiển gián tiếp
3
4
5
4
Sự khử ghép lĩnh vực cố
hữu
4
4
5
4
Lực/hoặc radio hiện thời
4
3-5
5
5
Động cơ độc lập có biến
tần

3
5
3-5
3
Ghi chú : 5. Đặc biệt tốt, 4. Rất tốt, 3. Tốt, 2. Khá, 1. Trung bình
Từ đặc điểm của việc phát ra lực hƣớng tâm, các động cơ cảm ứng và động cơ nam
châm vĩnh cửu độc lập với nhiệt độ. Trong các động cơ cảm ứng, điện trở của rôto là 1
hàm của dây quấn rôto hoặc nhiệt độ của lồng kim loại dẫn điện. Điện trở suất của đồng
hoặc nhôm có thể thay đổi đáng kể trong phạm vi nhiệt độ hoạt động của động cơ, dẫn
đến tình trạng không chuẩn trong định hƣớng trƣờng tính toán ở 1 số trƣờng hợp. Sự
không chuẩn xác trong định hƣớng trƣờng này đôi khi dẫn đến các vấn đề về sự treo của
trục. Vấn đề tƣơng tự cũng có thể xuất hiện trong các động cơ nam châm vĩnh cửu bởi vì
từ dƣ (hoặc độ mạnh) của các nam châm vĩnh cửu suy giảm ở nhiệt độ cao. Sự thay đổi
này phụ thuộc vào vật liệu làm nam châm. Sự sai khác trong độ mạnh của nam châm dẫn
đến sai số trong tính toán hƣớng của từ trƣờng. Tuy nhiên động cơ từ trở đồng bộ và
động cơ từ trở gián đoạn thì bền vững với sự biến thiên của nhiệt độ do chúng không có
mạch điện hoặc nam châm trong rôto.
Việc phân tách mômen và lực hƣớng tâm là ƣu việt trong các động cơ ổ đỡ không
tiếp xúc 1 cực, lai và cực hệ quả. Trong các động cơ này, hƣớng và độ lớn của các lực
hƣớng tâm đƣợc phát ra không phụ thuộc vào sự phát ra mômen mà phụ thuộc vào sự
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

tƣơng tác giữa các nam châm của rôto với từ thông đƣợc tạo ra bởi dòng điện trong cuộn
dây của bộ treo.
Lực treo đƣợc tạo ra bởi dòng điện trong cuộn dây của bộ treo phụ thuộc vào độ dẫn
từ của mạch từ mà từ thông đƣợc phát ra chảy trong đó. Độ dẫn từ tƣơng ứng của nam
châm vĩnh cửu thì thấp và nó thƣờng liên quan đến vật liệu chế tạo nam châm. Do vậy,
nam châm vĩnh cửu có thể đƣợc coi là khe hở không khí do đó nam châm và khe hở
không khí có thể đƣợc lấy chung với nhau cho ra các đƣờng dẫn từ có độ dẫn từ thấp,
tƣơng ứng với từ trở lớn. Điều này dẫn tới tỉ số lực/dòng điện thấp. Tỉ số này cũng thấp

đối với động cơ cảm ứng rôto lồng sóc bởi vì từ thông tạo bởi dòng điện dây quấn treo bị
suy giảm dần bởi dòng điện trong lồng rôto. Nguyên nhân của hiện tƣợng này là do từ
thông bởi dòng điện treo sẽ gây ra 1 sức điện động trong lồng rôto, tạo ra dòng điện và do
đó sinh ra từ thông đối kháng với từ thông nguyên bản. Vấn đề này có thể đƣợc giải
quyết bằng cách sử dụng cách nối cực rôto đặc biệt trong mạch rôto. Với cách nối này
hầu nhƣ toàn bộ dòng điện cuộn dây treo đều phát ra một cách có hiệu quả lực treo nên tỉ
số lực dòng điện cũng lớn nhƣ với động cơ từ trở. Trong động cơ từ trở đồng bộ và động
cơ từ trở gián đoạn, tỉ số lực hƣớng tâm dòng điện lớn bởi từ dẫn lớn của đƣờng dẫn từ
nâng lên (trong vị trí đƣợc căn chỉnh trong trƣờng hợp máy điện từ trở và trên trục tọa độ
trong trƣờng hợp máy điện đồng bộ cực lồi). Thêm vào đó, vì khe hở không khí giữa rôto
và stato thƣờng đƣợc thiết kế nhỏ trong những loại động cơ kể trên, độ dẫn từ lớn cũng
tồn tại trong đƣờng dẫn từ chính của động cơ. Đối với các máy điện đơn cực, lai và cực
từ hệ quả, độ dẫn từ của đƣờng dẫn từ có thể đƣợc thiết kế có giá trị lớn nếu chiều dài khe
hở không khí cũng ngắn nhƣ với các động cơ từ trở, dẫn tới 1 tỉ số lực dòng điện lớn.
Cũng cần chú ý rằng tỉ số lực dòng điện có thể đƣợc cải thiện bởi việc tăng số lƣợng
các dây dẫn đƣợc nối nối tiếp trong các cuộn dây treo. Tỉ số lực dòng điện này chỉ có ý
nghĩa nếu đƣợc xem xét trong điều kiện có cùng số vòng quấn nối tiếp.
Dung sai của bộ biến đổi cũng là một yếu tố quan trọng đối với động cơ ổ đỡ không
tiếp xúc. Trong vài trƣờng hợp, dòng điện động cơ có thể bị ngắt bởi lỗi của bộ biến đổi.
Thậm chí trong tình trạng này, bộ treo từ tính nên đƣợc tiếp tục hoạt động trong vài ứng
dụng để tránh những phá hủy xa hơn. Với các động cơ ổ đỡ không tiếp xúc nam châm
vĩnh cửu, lai và cực từ hệ quả, bộ treo từ tính hoạt động độc lập với dòng điện cuộn dây
rotor bởi việc sử dụng từ thông của nam châm vĩnh cửu.
Vậy công nghệ ổ đỡ không tiếp xúc nằm giữa kỹ thuật điện và cơ khí. Ngày nay,
hầu hết yêu cầu về bảo dƣỡng trong một truyền động công nghiệp đều liên quan đến các
ổ đỡ cơ khí. Dầu bôi trơn phải đƣợc thay thế định kỳ. Ổ đỡ cũng cần phải đƣợc thay thế
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

định kì với yêu cầu phải tháo phần thân của động cơ. Nếu nhƣ trục đƣợc treo bởi một lực
từ, những yêu cầu bảo hành này sẽ không cần thiết. Do vậy tiến tới sử dụng “ổ đỡ không

tiếp xúc” là rất cần thiết.
1.1.6 Cấu trúc của cuộn dây
Động cơ truyền thống có các loại cuộn dây 3 pha, 2 pha và 1 pha. Cần thiết phải
thêm vào các cuộn dây 2 pha hoặc 3 pha để tạo ra lực hƣớng tâm và do đó có nhiều cách
khác nhau để làm việc này. Thuật ngữ “cuộn dây 4 cực và 2 cực” tức là 1 động cơ ổ đỡ
không tiếp xúc với một tập hợp cuộn dây động cơ 4 cực cho việc phát momen xoắn và 1
tập hợp cuộn dây 2 cực cho việc phát ra lực hƣớng tâm. Ví dụ các cuộn dây 3 pha 4 cực
và các cuộn dây 3 pha 2 cực có thể đƣợc quấn ở stato với 1 rôto nam châm vĩnh cửu 4
cực. Cấu hình cuộn dây ứng dụng nói chung cho lý thuyết về động cơ ổ đỡ không tiếp
xúc nên nó áp dụng đƣợc cho nhiều loại động cơ nhƣ động cơ từ trở đồng bộ và cảm ứng
và các kiểu động cơ nam châm vĩnh cửu bao gồm các cấu hình rôto kiểu bề mặt, bên
trong và buried-spoke. Các cuộn dây động cơ và cuộn dây bộ treo thì tƣơng đối tách biệt
và cuộn dây treo hoạt động sử dụng nguyên tắc vi sai.
Cuộn dây 4 cực và 2 cực cũng có thể hiểu là 1 cuộn dây động cơ 2 cực và 1 cuộn
dây treo 4 cực, chức năng của các nhóm cuộn dây chỉ đơn giản là tráo đổi cho nhau. Một
từ trƣờng quay 2 cực đƣợc phát bởi dây quấn của động cơ nên nó yêu cầu 1 rôto nam
châm vĩnh cửu có 2 cực. Chiến lƣợc quấn dây này rất hợp với các rôto trụ từ tính ví dụ
nhƣ các động cơ cảm ứng và động cơ nam châm vĩnh cửu gắn trên bề mặt. Với các động
cơ cực từ lồi nhƣ các động cơ từ trở đồng bộ hoặc động cơ nam châm vĩnh cửu trong, lực
hƣớng tâm cũng là 1 hàm của vị trí góc quay của rôto, do đó bù bổ xung là cần thiết.
Thuật ngữ “dây quấn 2 cực với rôto đơn cực” đƣợc hiểu là một máy điện ổ đỡ
không tiếp xúc đơn cực, một máy điện ổ đỡ không tiếp xúc lai hoặc có thể là một máy
điện ổ đỡ không tiếp xúc cực từ hệ quả. Những máy điện này có cực từ rôto đƣợc kích
thích theo duy nhất một hƣớng, tức là từ thông sẽ xuyên qua khe hở không khí một lần và
trở về theo một đƣờng khác. Do vậy, một sức từ động cuộn dây trên hai cực là cần thiết
để phát ra một trƣờng điện từ không cân bằng. Lực hƣớng tâm sẽ đƣợc phát theo hƣớng
của sức từ động. Với sự lựa chọn phù hợp số lƣợng cực từ của rôto, lực hƣớng tâm sẽ
không phụ thuộc vào vị trí góc của rôto.
Thuật ngữ “dây quấn vi sai bƣớc ngắn” tức là có các cuộn dây bƣớc ngắn trên mỗi
cực stator. Cấu hình cuộn dây này đặc biệt cho các động cơ từ trở gián đoạn mặc dù

chúng cũng đƣợc sử dụng cho các động cơ nam châm vĩnh cửu nhỏ với sự điền đầy rãnh
stator cao và các ổ đỡ từ tính. Các cuộn dây vi sai có thể đƣợc quấn đè lên các cuộn dây
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

rôto nên sức từ động có thể đƣợc tạo ra một cách không đối xứng theo một cách thức
đƣợc điều khiển để tạo ra một sự phân bố từ thông không cân bằng và do đó tạo ra một
lực từ hƣớng tâm giữa roto và stator. Nhƣ đã đề cập, dây quấn vi sai có thể áp dụng cho
các động cơ nam châm vĩnh cửu, động cơ ổ đỡ không tiếp xúc kiểu từ trở gián đoạn
1.1.7 Phân loại ổ đỡ từ
Ổ đỡ từ có thể đƣợc phân loại theo các cách sau:
1. Phân loại theo điều khiển
- Loại có điều khiển (chủ động)
- Loại không có điều khiển (bị động)
- Loại tổng hợp (vừa có điều khiển, vừa không có điều khiển)
2. Phân loại theo cảm biến
- Loại có cảm biến
- Loại tự cảm biến
4. Phân loại theo lực từ
- Loại có lực đẩy
- Loại có lực hấp dẫn
5. Phân loại theo từ trƣờng (hiệu ứng từ)
- Loại có từ trƣờng tĩnh (hiệu ứng điện từ)
- Loại có từ trƣờng động (hiệu ứng điện động)
6. Phân loại theo tải trọng
- Loại dọc trục hay dịch chuyển
- Loại hƣớng kính hay dạng nón
7. Phân loại theo ứng dụng
- Ứng dụng trong chuyển động quay: Động cơ có ổ đỡ, động cơ không có ổ
đỡ.
- Ứng dụng trong chuyển động tịnh tiến: Bộ truyền động

1.1.8 Một số ứng dụng của động cơ và máy phát kiểu treo từ tính
- Trong truyền động động cơ và máy phát điện tốc độ cao yêu cầu bảo dƣỡng ổ đỡ
thƣờng xuyên nếu lắp các ổ đỡ cơ khí nên việc dùng ổ đỡ từ không cần bảo dƣỡng là rất
phù hợp.
- Dùng trong các dây chuyền chế biến thực phẩm và dƣợc phẩm, môi trƣờng khắc
nghiệt việc rò rỉ dầu do nắp của các ổ đỡ cơ khí bị vỡ phải đƣợc loại trừ. Trong các điều
kiện môi trƣờng đặc biệt nhƣ: môi trƣờng chân không, nhiệt độ rất cao hoặc rất
thấp.Trong bơm và quạt gió cho chất lỏng hoặc chất khí độc hại, dễ cháy nổ hoặc môi