转子-轴承系统中电磁阻尼器理论研究

本文对转子轴承系统中电磁阻尼器控制进行理论研究.首先给出带电磁阻尼器的一般线性多自由度转子轴承系统的振动方程;推导出电磁阻尼器产生的电磁力与线圈中的电流,转子线位移和磁性材料性能之间的关系式.然后用状态空间分析方法对振动方程进行解耦,求出受控转子轴承系统的振动响应.最后求出最优控制下反馈电流和状态量之间的关系式.     

微驱动技术在新型镗床中的应用

介绍了一种采用微驱动技术的新型ＮＣ镗床。讨论了以压电元件为动力部件的变形镗件的工作原理，机械结构及其设计，简单介绍其控制。装有这种新型变形镗杆的ＮＣ镗床能高效地镗削活塞异形销孔，并达到微米精度的要求。     

新型动磁式直线振荡电机设计

针对短行程、高频往复运动应用场合,提出动磁式直线振荡电机新结构。该电机由单相交流电源驱动,含两"C"型外定子,无需内定子,结构简单、加工方便、电磁推力可控性好。采用等效磁路法与有限元法分析并推导该新型直线振荡电机关键参数计算公式及设计依据,提出实验测试方法,测得电机静态推力及空载反电动势。结果表明,该电机电磁推力与绕组电流成正比,与动子位移无关,电磁推力系数与反电动势系数基本相等。     

径向驱动式啮合电机结构设计与静态转矩分析

针对机器人系统对驱动电机的启动性能和空间适应性的要求,设计了一种径向驱动式啮合电机结构.该电机利用3个定子和1个转子间磁阻的变化将电能转化为机械能,驱动转子在十字滑块机构约束下绕定子轴线做圆周平动,进而直接带动摆线机构输出低速大扭矩.设计制作了一台物理样机,给出了该电机的控制方法,运用有限元方法分析了在不同转子位置角的...     

基于复合前馈补偿的混合磁悬浮CMG转子主动振动控制

为实现混合磁悬浮控制力矩陀螺转子高速旋转时产生与转速同频振动的主动控制,分析被动磁轴承径向平动自由度耦合磁力随转子径向扭转角的变化规律,提出基于复合前馈补偿的混合磁悬浮转子主动振动控制方法;在同频位移刚度力超前前馈补偿中考虑被动磁轴承径向耦合磁力影响,并在两径向通道之间补偿同频耦合电流刚度力。仿真结果表明,该方法可使同频轴承力减小至未补偿前的9.3%,从而验证该方法的有效性。     

被动式电磁阻尼器的原理和实验研究

为了简单可靠地增加系统的稳定性、抑制转子的共振峰值 ,提出了一种新型的被动式电磁阻尼器 ,它的结构类似于电磁轴承 ,但无需闭环控制 ,采用直流电工作。通过分析发现 ,电磁阻尼器线圈内由于转子涡动时变化的磁场而产生的波动电流与转子位移间的相位差是产生阻尼的原因 ,推导了波动电流、阻尼系数的计算公式。实验结果显示该阻尼器提供的阻尼能够有效地抑制共振振幅     

电磁式惯性型作动器的闭环控制策略与性能试验

针对电磁驱动AM D控制系统在开环控制模式下性能试验存在的问题,提出利用位置和速度反馈的闭环控制策略进行系统性能测试,从而可以研究系统在低频和大位移控制下的动态工作性能。首先借鉴运动伺服控制方法,把电磁驱动AM D控制系统的力-电关系模型转换成系统运动方程。其次类比于旋转电机并结合量纲分析方法,建立电磁驱动AM D控制系统闭环控制算法参数的理论计算公式,通过试验验证了公式及算法参数的准确性。最后分别进行正弦位移和阶跃位移控制下系统的闭环性能试验,实测结果表明电磁驱动AM D控制系统是一种响应迅速、线性性能良好的结构振动主动控制系统,基于试验结果与理论模型预测结果的比较,再次证实了系统力-电关系计算模型的正确性。     

自激励式电磁铆接铆钉镦头变形试验研究

目的掌握自激励式电磁铆接驱动力的作用方式,确定合理的工艺参数,探究铆钉变形规律。方法以2A10半圆头铆钉为研究对象,通过试验方法研究放电电压、放电电容及线圈结构对线圈放电电流和铆钉镦头变形的影响。结果自激励式电磁铆接驱动力源于两放电线圈电流的相互作用,两放电电流可分别进行独立控制。随着放电电压升高,线圈放电电流幅值增加,周期略有增加,铆钉镦头的变形量增加,相同放电能量下,放电电容值增加使放电电流幅值降低,周期增大,铆钉镦头变形量存在最大值;放电线圈匝数较多,导线宽度较小时,铆钉镦头变形量更大。结论自激励式电磁铆接是一种动力源可控的连接方法,为铆接驱动力的产生引入新方式,实现了铆接驱动力的主动控制,提高了控制的灵活性,其能量利用率较感应式高,为高强度大直径铆钉的成形提供一种有效的方式。铆钉变形是铆接驱动力幅值在一定时间下的作用效果,要综合考虑放电电流幅值与作用时间的关系。     

主动电磁轴承-柔性转子系统的不同位效应

在电磁轴承支承的柔性转子系统中，由于结构的限制，位移传感器无法安装在电磁轴承的中心位置，因而产生了传感器中心位置与电磁轴承中心位置的不同位问题。电磁轴承和位移传感器的不同位不仅会影响转子系统的振动控制性能，还会导致控制系统失稳。应用有限元法建立了电磁轴承-柔性转子系统的动力学模型；从转子系统动力学特性、开环传递函数的零极点、频率响应曲线以及根轨迹等四个角度分析了不同位对电磁轴承-柔性转子系统动力学特性的影响；用多输入多输出的状态方程确定了不稳定模态特征值的具体位置，提出了减小控制器增益和插入式自适应陷波器等抑制不稳定弯曲模态的方法；在电磁轴承-柔性转子试验台上进行了试验。仿真和试验结果表明：不同位效应会通过影响模态信号的衰减而影响转子系统的稳定性，所提出的方法可在一定程度上抑制不同位导致的弯曲模态的不稳定。     

基于实测相电流的永磁同步电机转矩波动阶次来源分析及幅值预测EI北大核心CSCD

由于转子磁场非正弦分布、定子开槽及电流谐波等因素影响,轮毂永磁同步电机输出转矩中存在波动,驱动转矩波动将给轮毂电机驱动车辆带来振动噪声问题。为分析各因素对转矩波动的贡献及影响机理,通过转鼓倒拖试验实测了电机空载反电动势,进而确定了转子磁场分布情况及转子磁通系数;通过电机驱动转鼓试验实测了电机三相负载电流信号,发现电流中存在丰富的谐波成分并确定了谐波幅值及初始相位;考虑转子磁通和相电流谐波解析推导了电磁转矩表达式,分析了转矩波动阶次来源并根据电流谐波幅值和相位规律预测了各阶次幅值大小,进而确定了转子磁通谐波和电流谐波对转矩波动的贡献;通过实测的振动加速度信号间接验证了转矩波动阶次分析及幅值预测的准确性。结合试验和理论准确分析了轮毂电机转矩波动的全貌及其来源,为电动轮系统的振动优化提供了方向。     

Analysis of magnetic field and levitation force characteristics for 3-DOF deflection type PM motors

The mechanism and characteristics of the electromagnetic radial force are important for motors with complicated structures. The three-dimensional analytical model of the air gap between the rotor and stator is established under rotor eccentricity conditions. Then, aiming at solving the unbalanced radial force problem with rotor static eccentricity, the air-gap flux density, radial electromagnetic force, and the comparisons of harmonic contents are calculated and presented based on FEA (Finite Element Analysis) and MATLAB simulation. Finally, the magnetic field model has been validated by experiments utilizing a prototype system. The results provide a theoretical guide for configuration design, optimization, and levitation control research on three degree of freedom deflection type motors.     

Rotor Design and Finite Element Analysis of Traveling Wave Rotaty Ultrasonic Motor

The dynamic transfer mechanism of the traveling wave rotary ultrasonic motor rotor-stator' s contact surface is studied in the paper and the key parts stator and cone flexible rotor of ultrasonic motor are designed.The three-dimensional contact model and finite element model considering the radial sliding between the rotor and the stator are established. The relation between the stator surface particle that amplitude frequency characteristics,resonance speed,radial displacement of ultrasonic motor and the tooth height are analyzed. Mass point radial relative displacement of contact surface between the cone flexible rotor,flexible rotor and the stator are contrasted. The cone flexible rotor is better placed on the surface of the stator tooth through its elastic deformation is interpreted. The cone flexible rotor reduces the radial slip between the stator and the output efficiency of ultrasonic motor is improved. The displacement trajectory of the stator surface is synthesized in a row wave cycle. The method of the stator mass point elliptical motion drives the rotor rotation is verified.     

混合轴承多跨转子多频轴承传递力自适应控制

介绍了一种基于电磁执行器动力特性可控的混合轴承结构;用有限元法建立了多跨转子系统的动力学模型,分析了转子通过轴承给基础的传递力及传递力控制的原理;基于自适应最小均方算法,提出了一种基于误差信号子带滤波,由多个单频力控制器并联而成的变步长自适应轴承传递力控制器;以双轴多跨转子系统为例对轴承传递力主动控制器的有效性进行了理...     

刚性转子自动平衡寻优控制方法与实验研究

摘要 在线消除转子系统的振动对保证旋转机械的可靠和高效运行是至关重要的。在转子振动控制初期,需要一个试探性的控制力,该力可能会使系统振动加剧或减小,这取决于控制力与原激振力相位之间的关系。为此本研究在转子系统动力学及电磁力可控特性分析的基础上对控制力相位进行区域划分,建立系统寻优控制模型并提出具体寻优策略;采用有限元分析的方法获取工作转速下转子系统理论滞后角,初步确定控制力相位;以此相位值作为寻优参数起始值,按照既定寻优策略实现转子自动平衡控制,并确保控制全过程转子振幅不大于初始不平衡故障振幅;最后建立实验台并对算法进行实验验证,结果表明该方法是有效的。     

车用永磁同步电机电磁噪声分析研究

以电动汽车驱动用永磁同步电机为研究对象,从作用于电机定子表面的电磁力波和电机定子结构的动态特性两个方面对电动汽车驱动用永磁同步电机空载工况的电磁噪声展开研究.通过研究永磁同步电机产生电磁力波的机理,推导了空载工况电磁力波的解析分析方法,结合电磁仿真的手段,精确计算了电机在空载工况下电磁力波的波次、频率和幅值;通过建立电机定子结构的有限元仿真模型及有限元模态仿真计算,得到了定子结构的模态频率和振型.发现：电机定子结构的前6阶模态频率较低,电机空载工况在调速过程中所激发的电磁力容易引起电机定子结构的共振.该研究为电动汽车驱动用永磁同步电机的减振降噪提供了指导.     

基于电磁自愈力的转子自动平衡方法与实验研究

本文提出一种转子同频（基频）振动的在线消除策略,该策略利用电磁力执行机构给转子施加一个和转子转速同频率的旋转矢量电磁力,该力在转子测振平面上引起的振动用于抵消转子的初始振动,从而实现同频振动的在线消除。本研究首先对转子同频振动及电磁力可控特性进行分析;接着对系统进行理论分析,在此基础上建立了以转子振动响应为指标、磁极线圈电流幅值和相位为寻优参数的寻优控制模型,并提出相位整周搜寻算法;运用Matlab /Simulink软件对算法进行仿真分析;最后建立试验装置并进行实验研究,结果表明本文提出的控制策略可以有效降低转子同频振动。     

Comparison of the Unbalanced Magnetic Pull Mitigation by the Parallel Paths in the Stator and Rotor Windings

An eccentric rotor creates an electromagnetic force between the rotor and stator of an electrical machine. This force tends to further increase the rotor eccentricity and may severely degrade the performance of the machine, causing acoustic noise, vibration, excessive wear of bearing, rotor and stator rubbing, and so forth. Parallel connections are known to be a simple yet effective remedy for the problems associated with rotor eccentricity. We have investigated two common types of electrical machines running with eccentric rotors. We examined operation over a wide whirling frequency range. We numerically evaluated and compared the effects of parallel connections in the stator and rotor windings on the eccentricity force. We found that the parallel stator windings can be more effective in mitigating the unbalanced magnetic pull than the rotor cage (or damper winding), which normally has many more parallel circuits.     

Field weakening for radial force reduction in brushless permanent-magnet DC motors

In brushless permanent-magnet dc (BLDC) machines, the attraction between the rotor permanent magnets and the stator iron causes radial stator forces that excite the stator structural response and radiate unwanted acoustic noise. In this paper, we develop an analytical model that predicts rotor torque and radial force ripple as functions of the stator currents. The model shows that field weakening of sinusoidally commutated BLDC machines can reduce radial forces but requires higher currents to maintain the desired torque. We confirmed the analytical results numerically on a BLDC motor using ANSYS finite-element analysis and found a 30% reduction in force ripple at no load.     

旋转型行波超声电机理论模型的仿真研究

建立了旋转型行波超声电机定、转子间的摩擦驱动模型，不仅考虑了接触界面上的纵向分布力，而且分析接触力沿周向和径向上的分量，在此基础上结合定子和转子的动力学模型得到了整个电机的机电耦合模型。文章分析了预压力影响电机驱动频率的本质原因，说明该频率不能直接通过分析自由定子得到，最后通过数值计算分析了接触界面力对电机工作频率的影响，取得了与实验一致的结果。