磁悬浮轴承悬浮能力及控制系统分析研究

磁悬浮轴承以无摩擦、高转速、高精度、无需润滑等优点,成为高速或超高速回转机构中轴承发展的方向之一。本文依据电磁感应理论和自动控制原理,自行设计和研制出的五维控制磁悬浮轴承装置及其控制系统,在实验室成功进行了多次长时间悬浮旋转。并在其静态磁悬浮特性和动态磁悬浮特性试验的基础上,重点对磁悬浮轴承的悬浮能力和闭环控制系统进行了分析研究,结果表明,该磁悬浮轴承及其闭环控制系统能成功把9kg重的轴悬浮在空中高速旋转,为实际应用提供了理论基础和实践依据。     

轴流式磁悬浮人工心脏泵磁悬浮轴承系统设计

人工心脏泵要求体积小、质量轻、功耗低。为契合上述要求,实现人工心脏泵转子的五自由度全悬浮,采用径向永磁轴承和轴向电磁轴承相结合的磁悬浮系统,在对轴流式人工心脏泵转子受力分析的基础上,提出了低功耗和单轴向电磁轴承这两种磁悬浮轴承系统结构设计方法,给出了采用这两种方法进行结构设计时,径向永磁轴承和轴向电磁轴承的设计原则。比较来看,采用单轴向电磁轴承结构设计方法虽然会增加电磁轴承的功耗,但是大大降低了系统的体积和质量;简化系统结构和电磁轴承的控制复杂性,更具优势。根据单轴向电磁轴承设计方法,设计并加工一台轴流式磁悬浮人工心脏泵原型机,成功实现转子的五自由度稳定悬浮,验证了所提方法的可行性,为磁悬浮人工心脏泵的结构设计提供参考依据。     

基于DSP的磁悬浮轴承控制系统

针对磁悬浮轴承控制系统设计复杂、价格昂贵等问题,采用数字信号处理器为核心设计了磁轴承控制系统.采用FUZZY-PID控制算法,编制了控制软件.连续运转试验表明,磁悬浮轴承悬浮稳定,旋转速度达4×104 r/min.控制系统结构简单,性价比高,可满足高速铣削电磁悬浮主轴要求.     

无轴承异步电动机的系统实现

在对无轴承交流电机的磁悬浮机理进行一般性描述的基础上,采用电枢绕组气隙磁场定向控制来实现转矩控制和悬浮力控制之间的动态解耦,并以无轴承鼠笼式异步电动机为研究对象,研制了一套控制系统,并在原理样机上进行实验,实现了转子轴的稳定悬浮,而且动态性能良好,验证了提出的无轴承异步电动机控制系统的可行性．     

永磁型无轴承电机的设计与运行分析

针对永磁型无轴承电机设计中转矩绕组和悬浮绕组设计的特殊性，提出了一种永磁体厚度优化设计新方法.该方法基于永磁型无轴承电机运行原理，进行了永磁型转子结构、悬浮绕组和永磁体厚度优化的设计.导出了计及定、转子定位偏心的永磁型无轴承电机悬浮力的解析模型，通过对磁悬浮力与悬浮绕组电流和转子偏心关系的电磁场分析，来验证该模型的精确度，并应用该模型建立了永磁型无轴承电机的控制系统.仿真结果表明，该设计方法提高了永磁型无轴承电机的转矩和悬浮性能，降低了设计的复杂性，且样机具有良好的动、静态悬浮特性.     

交流圆弧磁悬浮感应电机机制研究

磁悬浮(无轴承)电机利用磁场力使转子悬浮并驱动其实现高速或超高速旋转.基于传统电机技术提出一种交流圆弧电机原理,并按电磁轴承悬浮技术,水平方向对称于转子布置2个圆弧电机,垂直方向对称于转子布置2个圆弧电机,构成交流磁悬浮感应电机;建立电机在干扰作用下转子与定子间的间隙(气隙长度)变化规律,基于电磁理论建立了气隙磁感应强度的分布规律,利用虚位移原理建立电机电磁悬浮力和电磁转矩数学模型;通过有限元分析对磁感应强度、电磁悬浮力和电磁转矩等分布特性进行了仿真研究.     

基于三电平PWM开关功放磁推力轴承控制系统

针对磁悬浮推力轴承控制系统的特点和要求,设计了三电平PWM开关功率放大器,对其输入、输出信号跟踪等特性进行分析,并对磁悬浮推力轴承转子运动控制系统进行仿真。仿真结果表明,采用三电平PWM开关功率放大器可以有效降低电流纹波,缩短电流响应时间,并显著提高转子控制系统的精度。     

主动磁悬浮轴承的工作原理及发展趋势

磁悬浮轴承是利用磁场力将转轴悬浮在磁场中，使转轴在空间无机械接触、无磨损地旋转的一种新型高性能轴承。与传统轴承相比，具有许多优点。介绍了主动磁悬浮轴承的结构和工作原理，提出了磁悬浮轴承的现存问题。     

磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析

通过对磁悬浮轴承一转子系统的模态分析,可为系统的振动特性分析以及结构动力特性的优化设计提供依据.在NASTRAN中建立了相应的磁悬浮轴承-转子系统三维有限元模型,计算前4阶固有频率、振型和临界转速,用锤击法对磁悬浮轴承-转子系统进行试验模态分析.结果表明,其分析结果与试验模态分析结果基本一致,NASTRAN对磁悬浮轴承一转子系统的动态仿真对系统设计有一定的指导意义.     

磁悬浮转子位移测量传感器的研究

在磁力轴承系统中,磁悬浮转子的位移信号是控制磁力轴承稳定悬浮并能够高速旋转的重要依据,因此,位移传感器测量数据的可靠性、稳定性和精确性直接影响到磁力轴承的整体性能。针对磁悬浮转子对位移传感器的特殊要求,从理论上分析了涡流位移传感器的设计原理,并根据理论分析设计制作了传感器;还介绍了传感器的实验方法和实验步骤,并对实验结果进行了分析。     

基于支持向量机的磁力轴承系统辨识研究

针对磁力轴承控制系统的设计分析,提出了一种基于支持向量机(SVM)的磁力轴承系统辨识方法。首先通过闭环控制使转子稳定悬浮,然后在控制器的输出信号中加入扰动信号,以使系统被充分地激励。在该闭环控制系统的基础上,对控制输入数据和输出数据进行采样,然后用SVM算法对磁力轴承系统进行辨识分析。该辨识系统的输入为控制电流,输出为转子位移。将该方法与BP神经网络进行比较,仿真结果表明,SVM用于磁力轴承系统辨识具有良好的辨识效果,辨识精度高,且训练速度快。     

磁力轴承高速磨削主轴结构设计

介绍了一种适用高速，甚至是超高速磨削主轴的磁力轴承，并论述了采用磁力轴承磨削主轴的优越性，结合笔者的研究工作，提出了磁力轴承磨削主轴结构的设计方法。     

电磁轴承阻尼上限的动态特性分析

为了研究电磁轴承系统的高频稳定性问题,需要研究电磁轴承阻尼的动态特性.以单自由度系统中力和刚度、阻尼的基本力学方程为基础,忽略电气系统的影响,推导了在一定的振动幅值下,电磁轴承最大阻尼随转子振动频率增加而变化的关系,结果表明,电磁轴承能够提供的阻尼随着转子转速或振动频率的增加而迅速减小.这在研究高速转子稳定性问题时应给予足够的重视.     

可倾瓦气体径向轴承工作性能的计算机辅助分析与计算

可倾瓦气体径向轴承具有高速稳定性等突出特点,是一种常用的气体动压轴承形式.本文以计算机辅助分析技术为基本工具,系统介绍了可倾瓦气体径向轴承的工作性能参数和轴承转子系统的动力分析计算的实用化方法.文章侧重介绍应用微型计算机进行计算机辅助分析、计算的方法及编程思想.     

混合陶瓷球轴承高速性能的试验研究

通过对混合陶瓷轴承的温升和振动进行测试,说明混合陶瓷球轴承的温升比钢球轴承低,振动和钢球轴承相当,这表明混合陶瓷球轴承是一种高速轴承。     

磁极数对径向磁轴承承载力的影响

针对径向磁轴承,以实际工程经验为基础给出气隙、磁极、转子、定子、磁极面积、线圈等的设计原则,并设计不同转子直径和不同磁极数的径向磁轴承结构。利用有限元分析软件对设计的径向磁轴承进行电磁场仿真分析,得到磁场分布和电磁力。根据仿真结果研究不同转子直径下,磁极数对轴承承载力的影响。仿真结果表明,当转子直径不超过150 mm时,径向磁轴承的承载力随着磁极数的增加显著减小。当转子直径达到150 mm后,磁极数对径向磁轴承的承载力并无明显的影响。     

磁悬浮硬盘转子机电耦合动力学模型

磁悬浮硬盘转子系统由定子、转子、电磁作动器、传感器、控制器和放大器等部件组成。为了研究磁悬浮硬盘转子的动力学特性，不仅要建立转子的动力学模型，还要将定子和磁力轴承的动力学模型融入到转子模型之中。提出了一种基于状态空间的统一的动力学模型，它包含了机、电、磁、控制系统之间的耦合关系，这个统一的动力学模型能够用于磁悬浮转子系统的稳定性、极限转速、动态响应等特性分析。     

润滑油黏度对高速球轴承性能及损伤的影响

为探究高速工况下润滑油黏度对轴承润滑状态及性能的影响,试验研究了Si_3N_4陶瓷和GCr15轴承钢材质的7014C型角接触球轴承在不同润滑油黏度条件下的温升和振动特性.结果表明,轴承温升及振动随润滑油黏度的增大呈现出先下降后上升的趋势,影响程度随转速的增大而增大.同时,陶瓷轴承较钢制轴承在不同润滑油黏度条件下均表现出更优越的性能.将试验结果与轴承润滑状态分析结合,讨论了润滑油黏度、润滑状态、轴承性能三者的关系,为高速角接触球轴承适用润滑油黏度的选择提供了重要依据.此外,本文还对不同润滑条件下的轴承滚动面损伤进行了分析.结果显示,全膜弹流润滑条件下,陶瓷轴承与钢制轴承滚动面损伤较小且差异不明显.部分膜弹流润滑条件下的轴承滚动面损伤严重,表面出现大量凸峰和凹谷,轴承滚动体及外滚道表面损伤较内滚道严重,钢制滚动体的表面划痕较陶瓷滚动体密且深.