平面转子磁悬浮陀螺的结构设计与分析

如何实现转子自由、稳定悬浮,以及对悬浮系统的优化设计是实现一个性能优良的磁悬浮转子微陀螺的关键.本文利用铁氧体作为悬浮磁芯,采用LC调谐式的悬浮控制方式,设计了一种尺寸在毫米量级的磁悬浮转子陀螺实验装置,讨论了转子的旋转和悬浮驱动.研究结果表明这种装置能够使转子比较稳定地悬浮、旋转,并验证了实现五个自由度检测的类似结构微型磁悬浮转子陀螺的可行性,为微陀螺的设计、加工提供理论和实验依据.     

平面转子磁悬浮陀螺的原理、建模与分析

实现平面转子的稳定悬浮是磁悬浮陀螺的关键所在.介绍了一种利用微细加工方法实现的磁悬浮陀螺仪模型的悬浮系统.在该悬浮系统中,利用电感检测的方法获取转子的位置信号,并对该信号进行PID处理,再将其用于控制悬浮线圈中的电流大小对悬浮力进行控制,最终实现了平面转子的稳定悬浮.文中进行了系统建模,对系统悬浮力进行分析,同时利用Mat lab/simulink对其仿真,得出了转子位置的动态响应,并通过改变仿真参数,对系统结构、悬浮高度等参数进行优化.     

轴流式人工心脏泵混合磁悬浮系统的耦合特性

植入式人工心脏泵要求体积小、质量轻、功耗低,为了满足这些要求,需要研究磁悬浮人工心脏泵的轴承特性。为此,对径向永磁轴承自身的耦合特性进行了理论分析与仿真,据此提出了心脏泵转子的磁悬浮支承方案,该方案采用两个径向永磁轴承和一个轴向电磁轴承来实现转子的五自由度稳定悬浮。根据径向永磁轴承的磁场分布特性,提出了采用两个关于转子轴线对称布置的霍尔传感器,从转子径向方向检测转子轴向位移的方法,理论分析揭示了转子径向位移和轴向位移在检测结果中的耦合关系,并给出了解耦方法,得出了轴向位移。基于研究成果设计了轴流式磁悬浮人工心脏泵原型机,并成功实现了转子的五自由度稳定悬浮。     

抗磁 气流混合悬浮理论及仿真分析*

提出了一种抗磁 气流混合悬浮结构,利用提升磁铁和气流使悬浮转子稳定地悬浮于热解石墨板上方。通过理论分析和有限元数值分析方法对该抗磁悬浮结构的悬浮特性开展研究;利用压缩氮气作为气源进行实验测试研究。在标准温度和压力下,当气流量为2 198 sccm时,悬浮转子转速达到16 666 r/min,悬浮间隙为07 mm。通过调整喷嘴的垂直位置,悬浮转子可以在悬浮间隙为02~08 mm的任意高度上稳定悬浮旋转。当气流速度达到2 748 sccm时,悬浮转子的转速增加到22 300 r/min。采用混合悬浮结构的悬浮转子具有较大的悬浮间隙和较高的旋转速度。这种悬浮结构有望应用于气流驱动下的传感、能量采集和空气轴承。     

新结构混合型径向磁悬浮轴承

介绍了一种混合型径向磁悬浮轴承的结构及工作原理.该混合型径向磁悬浮轴承为同极性结构,可降低转子旋转时产生的磁滞损耗,因此转子可采用实心结构,从而可以承受更高的转速.利用等效磁路法推导了其悬浮力、控制电流及转子位移之间的函数关系,并通过有限元仿真和实验验证了其工作原理的正确性.它能够实现转子在0～10 000ffmin的稳定悬浮.     

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力全周期模型构建

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统磁通与多个转子齿铰链，导致悬浮系统的等效磁路在整个转子位置周期内具有变结构特征，需要提出新的建模方法，揭示全位置周期内的悬浮力动态变化特性。针对上述问题，该文基于有限元模型开展了12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力电磁特性分析，明晰了转子位置动态变化下的悬浮系统磁通铰链规律。利用麦克斯韦应力法“区域性”建模优势，提出“主-边磁路并行解析”策略，构建了考虑磁通多齿铰链的全周期悬浮力数学模型。通过有限元分析的方法验证了模型优良特性。开展实验研究，结果表明，建立的悬浮力模型可以有效揭示12/14磁悬浮开关磁阻电机独特本体结构下的悬浮力特性，实现稳定悬浮，进一步验证了所提建模方法的可行性。该方法可以推广至一类具有悬浮系统磁通多齿铰链特征的磁悬浮开关磁阻电机建模研究中。     

电动汽车磁悬浮飞轮电池储能系统设计

为了提高电动汽车动力蓄电池能效,增加电动汽车的启动功率,设计了一种电动汽车用五自由度主动悬浮控制的磁悬浮飞轮电池储能系统,阐述了系统的悬浮控制原理,并结合一种数字比例-积分-微分(PID)控制算法建立了该磁悬浮飞轮径向单自由度传递函数.仿真分析了该传递函数的频谱特性及飞轮转子的运动轨迹曲线,实现了对磁悬浮飞轮电池样机30 000 r/min的旋转实验.实验结果表明:该磁悬浮飞轮转子可以高速稳定旋转,具有良好的储能能力;可以辅助电动汽车原动力蓄电池工作,有助于提高原动力电池的充放电性能以及延长原动力蓄电池的使用寿命.     

磁悬浮开关磁阻电动机转子径向偏心时的仿真

磁悬浮开关磁阻电动机结合了开关磁阻电动机和磁轴承的特点,通过电磁力控制转子径向位置。分析了磁悬浮开关磁阻电动机悬浮力和旋转力的产生原理。基于开关磁阻电动机转子的四个特殊位置,利用二维有限元方法分析了转子位于中心位置与有径向偏心时的电机内部磁场,给出了磁场分布图、径向悬浮力与径向偏心矩的关系曲线、旋转力与径向偏心矩的关系曲线,为进一步描述磁悬浮开关磁阻电动机悬浮力与旋转力的模型提供了依据。     

五定子单元的无轴承瓣形电机的设计与优化

无轴承薄片电机具有薄片转子的结构,其气隙大,结构简单,控制灵活,在工业领域具有很好的应用前景。在充分发挥薄片电机的优点的基础上,本文设计了具有五个相同定子单元的瓣形无轴承薄片电机,采用有限元分析仿真的方法对电机定子单元的结构和尺寸进行优化选择,并制造样机。通过对实验样机进行悬浮系统动、静态性能测试,结果表明,该结构的无轴承薄片电机转子位置控制系统响应速度快、抗干扰能力强,且制造工艺简单,成本较低,是目前小型泵类磁悬浮传动的最好解决方案。     

一种新型混合转子结构无轴承电动机磁悬浮力的矢量控制

无轴承电机具有无机械磨损和噪声等优点，其转子旋转和悬浮的电磁转矩和磁悬浮力皆由电机本身产生。在对不同转子结构转矩和磁悬浮力进行有限元对比分析的基础上，该文提出了一种兼有永磁式和感应式转子共同优点的新型混合转子结构。该电机不仅能产生大的电磁转矩和磁悬浮力，而且提供了通过电流矢量定向实现悬浮力解耦控制的途径。基于数字信号处理器DSP(TMS320C32)和复杂可编程逻辑芯片CPLD(Xilinx)，构建了混合转子无轴承电机的控制系统，实现了悬浮力矢量控制策略。试验结果表明该文所提出的新型无轴承电机的设计与控制策略是可行的。