磁力轴承转子系统的力耦合和力矩耦合分析

为减轻或消除磁力轴承转子系统中存在的力耦合和力矩耦合,针对八极径向磁力轴承,在不考虑时间因数的情况下,以转子与定子的偏心为变量,分析和计算了电磁力的分布,推导了径向磁力轴承沿周向任意点处电磁力的表达式,提出了磁力轴承转子系统力耦合和力矩耦合概念,并推导出交叉耦合系数计算公式。计算结果表明：力耦合和力矩耦合总是存在的,结构设计无法解决,只有采用控制补偿的方法才能减少或消除这两种耦合。     

基于盘类转子的磁力轴承系统研究

一般基于轴类转子的磁力轴承系统由一个推力磁力轴承和两个径向磁力轴承组成，这种结构不可避免地带来各种磁力耦合，经常会使转子产生激振或位移，给控制系统造成很大的干扰。提出了一种基于盘类转子的磁力轴承系统，在很大程度上减轻了这种影响。     

磁悬浮转子系统演示装置的研制

磁悬浮转子系统是磁力轴承的一个典型应用。介绍了一种科普用磁悬浮转子系统演示装置的基本结构、控制原理，并给出了基于MATLAB的径向磁力轴承的控制方案和仿真结果。     

磁力轴承-转子-基础系统的耦合动力学分析

研究了基础运动对磁力轴承转子系统动力学特性的影响,结合转子运动方程和系统控制器的电学微分方程,分析了陀螺效应、传感器与磁轴承非共点安装对系统动力学性能的影响,建立了磁悬浮轴承-转子-基础系统的机电耦合动力学模型,应用所建模型对5自由度磁悬浮转子系统进行了动力学性能分析。结果表明,基础的支承刚度对转子的摆动频率及临界转速影响显著,该模型适用于5自由度磁悬浮轴承-转子-基础系统的动力学性能研究。     

大气隙混合磁悬浮轴承-转子系统耦合特性仿真分析

磁悬浮支承技术是利用可控电磁力使物体沿着一个方向或几个方向保持一定位置,从而使物体与基础之间无机械接触,根据磁力轴承工作原理,磁悬浮转子在实际工作时,在结构和控制系统中存在着多种耦合现象。介绍了大气隙混合磁悬浮轴承的结构以及这种轴承的工作特点与工作原理;建立其等效磁路模型;针对大气隙混合磁悬浮轴承结构,利用有限元软件分析其磁场耦合特性,以偏心距为变量,分析大气隙混合磁悬浮轴承-转子系统的力耦合与力矩耦合。结果表明:偏心距越大,耦合越强。     

一种离心式心脏泵磁悬浮系统的耦合特性

为实现一种离心式心脏泵的稳定磁悬浮,需研究该心脏泵的耦合特性。文中分析了径向永磁轴承和开关磁阻电机的耦合特性,导出磁悬浮转子径向运动方程以及干扰力与径向位移的传递函数;并根据永磁轴承磁场分布特性,提出一种基于霍尔传感器的磁悬浮转子位移检测方案;最后,分析了径向和轴向位移在霍尔传感器检测结果中的耦合关系,据此给出解耦方法,实现磁悬浮转子位移检测。研究表明,径向永磁轴承和开关磁阻电机混合磁悬浮控制有利于提高控制系统正刚度并降低电磁能耗,基于霍尔传感器的转子位移检测方案能准确描述磁感应强度检测中径向二自由度位移间的耦合关系。     

大气隙混合磁悬浮轴承磁场仿真与实验

针对一种大气隙径向八极混合磁悬浮轴承结构,采用有限元技术和实验方法,探讨永磁和电流激励下磁场耦合特性。研究结果表明:当偏移量固定时,某方向(x或y)电流越大,其耦合现象越明显;当转子在平衡位置时或偏移量较小时(如0.5 mm),x和y两方向的电流耦合现象不明显;如转子偏移量进一步增加(达到1.2 mm),其电流磁力耦合增加,且电磁力非线性越强烈。     

一种新型组合磁悬浮支承系统的分析

提出了一种新型的磁悬浮支承系统，它是由电动磁力轴承和带锥面磁隙的永磁磁力轴承构成的。分析了电动磁力轴承的悬浮机理，对比分析了平面磁隙和锥面磁隙的两种永磁磁力轴承的悬浮特性，利用电磁场有限元理论计算了两种永磁轴承在不同径向偏移时的径向磁力，并绘制了它们的关系曲线。     

磁悬浮轴承控制系统的模型与参数优化

为弥补采用差动形式装配的径向磁悬浮轴承在精度、反应速度和抗干扰方面存在的不足,通过改进系统的结构模型,增强系统的反应速度和抗干扰能力,采用坐标原点不是磁力中心的电磁力计算数学模型来提高计算精度,采集实际系统的运行数据,用拟合算法对磁力参数进行优化,减小输出力的误差,并对系统进行测试,结果表明,优化后径向磁悬浮轴承控制系统在精度、反应速度和抗干扰方面达到了工业上精密控制的要求。     

磁悬浮硬盘转子机电耦合动力学分析

为研究磁悬浮硬盘转子的动力学特性,建立了一种基于状态空间的统一的动力学模型,同时将磁力轴承为弹簧阻尼支承系统建立简化的转子动力学模型,通过两种模型的计算结果分析,机、电、磁、控制相互耦合的作用,对磁悬浮硬盘转子系统的特征值有较大的影响。     

径向磁轴承磁路耦合对磁力的影响及其解耦控制策略

由于磁路在磁轴承定子磁极间的耦合,磁力的分布会发生变化,致使理论模型推导的控制电流难以提供准确的回复力。基于Boit-Savart定理建立了磁场分布模型并分析了磁路耦合的影响因素;建立了考虑磁路耦合的磁力等效模型;分析了磁路耦合对磁力误差的影响,并提出了解耦控制策略;进行了电磁场仿真,验证了解耦控制的正确性;通过磁轴承稳态悬浮实验,验证了解耦控制策略的有效性。     

基于轴向电机泵的被动永磁轴承设计与力学分析

随着现代先进制造业的高速发展,对于轴承的要求越来越高,传统轴承很难满足这些要求。将磁悬浮技术引入泵的转子系统上,用被动永磁轴承替代传统的机械轴承,基于磁路设计原理计算出轴承尺寸,并通过等效磁荷法分析永磁轴承的承载力及轴向力。     

基于频域整形的电磁轴承最优控制

针对电磁轴承刚性转子的不平衡振动，提出基于频域整形最优控制，该控制器的设计，包括保证系统稳定的最优调节器设计，以及频域整形的权函数设计，通过权值函数，改变轴承动特性，从而实现电磁轴承系统不平衡振动的力补偿或位移补偿。实验结果表明，电磁轴承频域整形最优控制可有效抑制主轴不平衡振动。     

Dynamic responses of rotor drops onto double-decker catcher bearing

In an active magnetic bearing(AMB) system,the catcher bearings(CBs) are indispensable to protect the rotor and stator in case the magnetic bearings fail.Most of the former researches associated with CBs are mainly focused on the dynamic responses of the rotor drops onto traditional single-decker catcher bearings(SDCBs).But because of the lower limited speed of SDCB,it cannot withstand the ultra high speed rotation after rotor drop.In this paper,based on the analysis of the disadvantages of SDCBs,a new type of double-decker catcher bearings(DDCBs) is proposed to enhance the CB work performance in AMB system.In order to obtain the accurate rotor movements before AMB failure,the dynamic characteristics of AMB are theoretically derived.Detailed simulation models containing rigid rotor model,contact model between rotor and inner race,DDCB force model as well as heating model after rotor drop are established.Then,using those established models the dynamic responses of rotor drops onto DDCBs and SDCBs are respectively simulated.The rotor orbits,contact forces,spin speeds of various parts and heat energies after AMB failure are mainly analyzed.The simulation results show that DDCBs can effectively improve the CBs limit rotational speed and reduce the following vibrations,impacts and heating.Finally,rotor drop experiments choosing different types of CBs are carried out on the established AMB test bench.Rotor orbits,inner race temperatures as well as the rotating speeds of both inner race and intermediate races after rotor drop are synchronously measured.The experiment results verify the advantages of DDCB and the correctness of theoretical analysis.The studies provide certain theoretical and experimental references for the application of DDCBs in AMB system.     

磁力轴承刚度的实验测量方法

在磁力轴承研究中关于磁力轴承刚度存在两种不同的定义,从转子受力分析和控制系统传递函数角度看,这两种刚度定义之间存在差异。针对两种不同的刚度定义分别给出了其测量方法,并设计了磁力轴承刚度测量的实验系统。该实验系统可以实现磁悬浮转子静态悬浮、刚性旋转和柔性旋转工作状态下的刚度测量。     

Computational and analytical studies of the processes in electromagnetic bearings in adjustment of the rotor of a turbine engine

The stability of an electromagnetic bearing control system-rotor system with a nonlinear dependence of the magnetic force on the control current is studied by analytical and experimental methods. The possibility of implementing an electromagnetic suspension of a rotor in the absence of currents of initial magnetic biasing is demonstrated. The advantages and disadvantages of such an implementation of the control system are determined. A program for calculating the time evolution of the motion of a rotor on electromagnetic bearings is developed and implemented in practice. A technique for verifying the program under conditions where initial data for calculations are not known accurately is proposed.     

STUDY ON THE COUPLED ELECTROMECHANICAL DYNAMICS OF ROTOR SYSTEM EQUIPPED WITH MAGNETIC BEARINGS

The influences of thrust magnetic bearing and journal tilt on dynamic characteristics of rotor system are studied mainly. The outcome shows that the influences of coupling effects of thrust magnetic bearing and tilt of journal on critical rotational speeds of system are very large, and the stability of system reduces greatly. That shows it is important that the influence of coupling effects of thrust and radial magnetic bearings due to the rotor tilting must be considered in the study of rotor-magnetic bearings system dynamic characteristics, and also shows it is important that the rotor is mounted and debugged in ideal alignment of magnetic bearings.     

基于ANSYS的主动磁轴承电磁场的有限元分析

在介绍主动磁轴承转子的数学模型及其简化计算的基础上,给出了有限元计算模型及其边界条件,并用有限元分析软件ANSYS对主动磁轴承电磁场的耦合现象及转子偏心量和控制电流对磁场分布的影响进行了仿真,给出定子和转子中的二维磁力线分布图、磁通密度分布图及电磁力随转子位移和控制电流的变化规律.所得结论对磁轴承的设计具有一定的指导意义.     

飞轮储能磁轴承系统结构及其悬浮特性

介绍了一种由径向永磁轴承与电磁推力轴承组成的单轴主动控制的飞轮储能磁轴承系统结构 ,径向永磁轴承提供径向恢复力与轴向悬浮力 ,电磁推力轴承提供轴向恢复力。并对系统的结构参数计算及其磁悬浮特性进行了分析与讨论。研究结果表明 ,永磁轴承动、静磁环轴向位移对系统承载力与刚度有明显影响 ,采用多对磁环永磁轴承 ,有利于提高系统承载力与径向刚度