永磁电机振动故障机理与诊断方法

永磁电机于20世纪80年代正式被应用于工农业.作为动力装置,它的发展有着美好的未来.永磁电机用永磁体代替电励磁,因此在转子上因启动电流过大或过载引起的笼条断裂等方面的故障率大大降低,但定子线圈依然存在诸如匝间、层间、相间短路,定子松动的故障.论文针对永磁同步电机转工作时产生的电磁力波进行分析,得出当定子不平衡时的振动特征.     

基于DSP无轴承永磁同步电机控制系统设计

为了控制无轴承永磁同步电机的旋转和转子的稳定悬浮,设计出了以TMS320LF2407A为微处理器核心的无轴承永磁同步电机控制系统,充分利用TMS320LF2407A的中断系统设计出能同时控制电机电磁转矩和径向力的软件模块,利用DSP的QEP模块和光电编码器的复位中断CAP6INT实现电机位置的准确检测.最后通过试验测试控制系统输出的转矩绕组和径向力绕组的指令电流波,验证了软件系统设计的实时性和准确性,证明其能满足无轴承永磁同步电机的旋转和稳定悬浮的要求.     

永磁型无轴承电机解耦控制策略研究

根据无轴承电机转子悬浮力产生机理,针对一类表面贴装式永磁型无轴承电机提出了基于转矩绕组气隙磁场定向的解耦控制算法,根据转子磁场定向坐标系统中电机数学模型推导出气隙磁场定向坐标系统中电机电磁转矩、气隙磁链以及可控悬浮力数学模型,在此基础上构建了永磁型无轴承电机转矩绕组气隙磁场定向解耦控制系统,有效解决了转子磁场定向控制存在的缺陷.仿真结果证明了提出的控制算法的正确性与可行性.     

辐射状均压槽气浮支承静态性能仿真研究

为提高静压气体轴承静态特性,设计了一种新型径向槽结构静压气体轴承。建立了径向槽结构静压气体轴承CFD模型,分析了径向槽结构深度、半径、数目、角度和供气压力对静压气体轴承承载能力和刚度的影响。静压气体轴承承载能力随槽结构深度、数目、角度和供气压力增加逐渐增大,槽结构数目和供气压力对其承载能力影响尤为显著;静压气体轴承承载能力随槽结构半径增加先增大后减小;静压气体轴承径向槽结构深度、数目、角度、半径和供气压力影响静压气体轴承刚度及其刚度峰值所在的气膜厚度,槽结构半径、数目和供气压力对刚度值影响显著,槽结构角度和半径对静压气体轴承刚度峰值所在的气膜厚度影响显著。辐射状均压槽气浮支承静态性能仿真研究,为高承载和高刚度气浮支承研究发展奠定了良好的理论基础。     

利用交叉耦合效应抑制转子系统碰摩的控制方法

为了揭示交叉耦合效应对转子/定子碰摩响应的影响,解析推导了考虑定子质量、碰摩面刚度及交叉耦合阻尼和刚度项的转子/定子模型的同频全周碰摩解,并分析了该解的稳定性.结果表明:碰摩时转子的交叉耦合刚度和定子的交叉耦合阻尼可以减少摩擦力向转子横向振动的能量输入,从而减小碰摩力和转子碰摩响应的幅值.依据此特性,本文提出了通过产生交叉耦合效应来主动抑制转子碰摩破坏的控制思想,并通过仿真计算说明了相应控制方法的有效性.     

五自由度无轴承异步电机[[alpha]]阶逆系统解耦控制

五自由度无轴承异步电机是一个多变量、非线性、强耦合的复杂控制对象，要实现电机转子稳定悬浮和运行，必须对电机转矩力和悬浮力进行动态解耦控制.本文应用多变量非线性[[alpha]]阶逆系统方法，对这个复杂控制系统进行动态解耦控制研究.首先介绍了三自由度磁轴承的工作原理和二自由度无轴承异步电机径向力产生机理，并给出三自由度磁轴承轴向力、径向悬浮力方程和二自由度无轴承异步电机转矩力和径向悬浮力方程，建立了电机的状态方程，然后分析了基于阶逆系统理论解耦控制的可行性，应用状态反馈线性化方法，将原复杂系统解耦并线性化，最后采用线性系统理论进行了综合和仿真.仿真结果表明这种控制策略能够实现五自由度无轴承异步电机转矩力与悬浮力之间的动态解耦，系统具有良好的动、静态性能.     

主动控制可倾瓦轴承-转子系统动态性能仿真研究

为了主动控制径向滑动轴承转子系统的振动性能,提出了调节径向滑动轴承可倾轴瓦的径向位移及周向角度的方法来实现主动控制,开展主动控制可倾瓦轴承-转子系统动态性能理论仿真研究,以掌握该主动控制方法对轴承转子系统振动特性的影响规律。建立了不同径向位移和周向角度的可倾瓦轴承静动特性以及转子系统轴心轨迹理论计算方法,在控制不同可倾瓦径向位移及周向角度的情况下分析轴承的静动态性能,并对其轴心轨迹进行分析。理论研究结果表明,增加对轴瓦径向位移和周向角度的控制量可以有效减小转子轴颈振幅,提高轴承-转子系统的运行稳定性,为可倾瓦轴承-转子系统实现主动控制奠定了理论基础。     

轴承预紧力对转子系统静动态特性的影响

轴承预紧力的大小直接影响到滚动轴承-转子系统的静动态特性. 综合考虑离心力和陀螺力矩效应,在Romax软件中建立了5自由度轴承-转子系统动力学模型,分析了预紧力对轴承刚度、工作接触角以及工作寿命的影响,并搭建了轴承 转子系统试验台做验证试验. 在不同轴承预紧力下,分别研究了轴承刚度、工作接触角、工作寿命、静载荷作用下轴承 转子系统的静变形以及动不平衡载荷作用下主轴系统的振动响应等,并在轴承-转子试验台上进行试验验证,得到了轴承预紧力与这些因素的关系曲线. 在此基础上,研究了预紧力对转子系统固有频率的影响,结果表明加大预紧力有助于提高系统的固有频率. 研究结果可为轴承-转子系统的设计与分析提供理论参考.     

多物理场仿真开关磁阻电机定子的径向电磁振动

由于双凸极结构及磁饱和特性,开关磁阻电机较它型电机有较大的径向振动.通过多物理场仿真方法,开展定子壳体径向电磁振动耦合仿真.先通过二维电磁场有限元,分别在三相和六相工作模式下,计算额定转速下电机各定子齿所受径向电磁力密度的时程.再利用定子振动特征方程,进行了定子的模态分析.最后,将电磁力密度施加到相应定子齿作为外部激励,通过瞬态结构场分析获得了定子壳体的整体变形,以及关键节点加速度在时域和频域的振动特性.结果表明,在三相模式下,正方变形模态是壳体的典型振型;在六相模式下,椭圆变形是壳体振动的典型振型.正方变形时的加速度幅值要小于椭圆变形.该工作能从振动方面指导开关磁阻电机工作模式的选择和优化.     

混合磁悬浮轴承转子系统的仿真分析

通过ANSYS对UG中所建立的转子的三维实体模型进行有限元分析,生成了柔性转子的模态中性文件,将其导入ADAMS中分别建立了轴向永磁、径向四自由度电磁悬浮和轴、径向三自由度永磁、其余两径向自由度电磁悬浮的五自由度混合磁悬浮轴承柔性转子系统模型,采用基于接口的方法在MATLAB和ADAMS环境下对系统进行了起浮和旋转联合仿真,并根据仿真结果对设计参数进行了优化,可为混合磁悬浮轴承转子系统的设计与研究提供参考。     

异步电动机电磁振动噪声自动抑制方法

针对电动机噪声抑制过程受到电动机部位、零件振频的影响,导致噪声抑制效果不均等问题,提出一种异步电动机电磁振动噪声自动抑制方法.根据电磁振动中基波磁场产生的倍频力波和定转子谐波磁场产生的径向力波,得出提高力波阶数能够一定程度对噪声进行抑制.由于电动机不同部位、不同零件的振频不同,可以针对其各自特征,采取特定的抑制方法,因...     

Effects of thrust hydrodynamic bearing stiffness and damping on disk-spindle axial vibration in hard disk drives

This paper aims at investigating the effects of variations in thrust hydrodynamic bearing (HDB) parameters such as axial stiffness and damping coefficients on the axial vibration of disk-spindle systems in hard disk drives. For a parametric study, a closed-form axial frequency response function (FRF) of HDB spindle systems is derived as a function of the axial stiffness and damping coefficients of thrust HDBs. It is known that the axial vibration of the disk-spindle system is composed of two main parts: the vibration of the rigid hub in the axial direction and the disk deflection in the transverse direction. The results from this research clearly show that the vibration amplitudes at low frequency range is dominated by the axial vibration of the hub, and the amplitude of the unbalanced (0,0) mode is dominated by the disk deflection. The parametric study reveals that at low frequency range an increase in the bearing stiffness significantly reduces the hub axial vibration, and hence the axial vibration of the disk-spindle system. Surprisingly, a too much increase in the damping results in a higher amplitude of the unbalanced (0,0) mode. This is because a heavy damping constrains the hub vibration to nearly no motion, resulting in a direct transmission of vibration from the base to disk. To confirm the parametric study, a vibration test was performed on two HDB spindle motors with identical design but different fluid viscosity. The higher viscosity represents the higher axial stiffness and damping in the thrust bearing. The test result indicates that the spindle motor with higher viscosity has a larger unbalanced (0,0) mode amplitude when subjected to an axial base excitation.     

Design of a PCB stator coreless axial flux permanent magnet synchronous motor based on a novel topology Halbach array

A novel topology Halbach permanent magnet array is proposed and applied to the design of a printed circuit board (PCB) axial flux permanent magnet (AFPM) motor. Compared with the traditional coreless AFPM motor, this novel topology for a Halbach permanent magnet array PCB stator AFPM motor has larger air-gap magnetic flux density and air-gap flux per pole. The magnetic flux leakage is effectively reduced, and the air-gap magnetic density is close to the sine wave. Results of the finite element analysis and prototype experiments verify the feasibility and effectiveness of the novel Halbach permanent magnet array PCB stator motor. A reference basis and practical value for the design of the PCB AFPM motor are provided.

     

滚动轴承支承下松动-裂纹耦合故障转子系统动力学特性分析

支座松动转子因两端刚度不对称而引发振动异常增大,进而可能导致转子出现裂纹故障,裂纹和松动故障耦合下的转子系统呈现强非线性特性.建立滚动轴承支承的支座松动-弓形裂纹转子动力学模型,研究转速、松动间隙、松动质量及裂纹角等对转子系统非线性动力学响应的影响.考虑非线性Hertz接触力,采用分段线性方程描述支座松动的刚度和阻尼,转子横向裂纹采用呼吸裂纹模型来研究,依据拉格朗日方程建立转子系统动力学方程,采用Runge Kutta法求解方程获得转子振动响应的分岔图、频谱图、轴心轨迹图、Poincaré图等.计算结果表明,当系统转速达到2300rad/s时,松动-裂纹耦合故障系统较仅裂纹系统在1/3分频处有明显的间谐波成分,混沌区域更为宽泛;当裂纹参数恒定时系统随着松动间隙减小会更加稳定;当松动质量ms＞41.25kg时,系统振幅剧增,发生“跳跃”现象.研究工作对松动-裂纹转子系统的故障诊断和健康监测具有重要的工程应用价值.     

离心机转子减振控制:一种新型的自适应混合控制*

本文提出了一种减小离心机转子振动的新型控制方案。     

齿轮箱吊杆节点刚度对轴箱内置式高速列车驱动系统动态特性影响研究

为探明齿轮箱吊杆节点刚度对驱动系统悬挂节点力和驱动系统振动加速度的影响规律,以某型轴箱内置式高速动车为研究对象,基于多体动力学理论,建立了考虑驱动系统和齿轮啮合的车辆系统动力学模型,研究了齿轮箱吊杆节点刚度对齿轮箱吊杆节点力、电机吊点力、齿轮箱车轴铰接力、车辆平稳性和驱动系统振动加速度的影响.研究结果表明：由于1、2位驱动系统的齿轮啮合力方向不同,1位驱动系统悬挂节点的垂向力比2位驱动系统悬挂节点的垂向力大.齿轮箱吊杆节点刚度在1～30 MN/m增大时,1位齿轮箱吊杆节点力增大,1位电机吊点力减小,1位齿轮箱车轴铰接纵向力增大、横向力减小;2位齿轮箱吊杆节点力增大,2位电机吊点垂向力增大,纵向力和横向力减小,2位齿轮箱车轴铰接纵向力减小,横向力增大.齿轮箱吊杆节点刚度在30～100MN/m增大时,各悬挂节点力变化不明显.此外,车体的平稳性指标、电机和齿轮箱的振动加速度受齿轮箱吊杆节点刚度变化的影响较小.     

滚动轴承-柔性碰摩转子系统非线性动力学响应分析

针对现有轴承-转子系统动力学模型的不足,考虑非线性滚动轴承力、不平衡量、碰摩故障及陀螺效应,建立了滚动轴承-柔性对称碰摩转子系统非线性集中质量模型.通过数值计算与比较,结果表明:低转速下系统响应主要表现为滚动轴承的变刚度振动,高转速下轴承变刚度振动的影响相对减弱,转子不平衡和碰摩故障对系统的影响逐渐增强,陀螺效应对高转速下对称转子的响应不容忽略.     

转子-电磁轴承非线性系统时滞减振研究

电磁轴承具有与转子无接触、可施加主动控制等特性,越来越多地被应用于高速旋转机械的支撑与减振.为了研究转子-电磁轴承系统中时滞的减振作用,在主共振情况下推导了八极电磁轴承支撑的转子非线性振动方程.应用多尺度法获得了振动方程的近似解,并利用Lyapunov方法对解的稳定性进行判定.结果表明,时滞的某些取值会使转子在x和y方向上的振幅相对于无时滞时减小,称之为时滞的“减振区域”,并且x和y方向上“减振区域”不同;通过计算不同比例系数与微分系数下的时滞-振幅曲线,发现比例系数对“减振区域”的范围影响更大;同一时滞量参数不能保证所有转速下均减振,当时滞量选取不合适时,会造成系统失稳;通过计算偏心率-振幅曲线,发现时滞控制能有效降低由于转子不平衡所产生的振幅,并且消除了非线性现象如多值、突跳等,系统稳定性增加.数值模拟验证了解析结果的正确性.     

时滞反馈作用下压电梁的参数共振分析

基于Hamilton原理建立了受控压电梁的参数振动方程,研究了轴向激励压电梁时滞速度反馈控制的主参数共振.采用非线性振动的多尺度法研究了压电梁的亚谐波主参数共振,并对其稳定域进行分析.通过算例分析得到了不同时滞,控制增益,轴力影响下压电梁参数共振的稳定域和时程曲线.结果表明:时滞值增大,系统承受轴向力减小,相对于控制增益则反之.同时,随着轴向力增大,在一定范围内主动阻尼增加,时滞反馈能有效降低响应幅值.随着时滞值增大,减振效果变差.