永磁磁悬浮轴承

磁轴承是利用磁场力将转轴悬浮起来工作的一类轴承。按工作原理，可将磁悬浮轴承系统分为3类：主动磁轴承、被动磁轴承和混合磁轴承。被动磁轴承大体上可分为全被动磁轴承(超导体、抗磁体)和永磁磁悬浮轴承(简称永磁轴承)2类。在被动磁轴承中，常用的是永磁磁悬浮轴承。     

三支承磁悬浮轴承的不对中特性

应用多个磁悬浮轴承支承的转子系统,由于机械加工以及安装等方面的误差会导致各个磁悬浮轴承之间有一定的不对中量。提出了将转子偏离磁轴承中心悬浮,以减小各个支承悬浮位置的不对中量;结合单自由度磁轴承控制原理,分析了转子悬浮位置偏离中心对磁轴承悬浮性能的影响;从理论和试验两个方面对比研究了3个不对中磁悬浮轴承支承的转子悬浮在磁轴承中心和偏离中心后磁轴承的控制电流和抗扰动性能。研究结果表明一定程度的偏离磁轴承中心悬浮能够提高磁悬浮轴承系统的稳定性。     

磁悬浮飞轮轴向混合磁轴承参数设计及分析

磁悬浮飞轮系统是空间飞行器实现高精度姿态控制常用的执行机构,磁轴承作为磁悬浮飞轮中的重要组成部分,要求其具有结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低、效率高等优点。提出了一种新型轴向混合磁轴承,该磁轴承采用永磁体提供静态偏置磁场,功耗低、体积小,尤其适合在磁悬浮飞轮系统中应用。在阐述磁轴承结构和工作原理基础上,采用等效磁路法推导出磁轴承悬浮力数学模型,得出了磁轴承最大承载力数学表达式;给出了详细的参数设计方法,设计了轴向承载力400 N的磁悬浮飞轮轴向磁轴承;采用有限元方法对其磁路及最大承载力进行了仿真计算和分析,并进行了试验研究。理论和试验结果证明了数学模型的正确性和参数设计合理性。     

磁悬浮轴承在高速旋转机械上的应用及一种混合径向磁悬浮轴承的设计

着重阐述高速轴承家族的一颗新星一磁悬浮轴承。第一部分讲述磁悬浮轴承的工作原理及其分类,磁悬浮轴承的特点及国内外对这项技术的研究与应用现状,并预测它的发展前景;第二部分结合具体生产实践,提出一种混合径向磁悬浮轴承的设计,对径向被动磁轴承部分进行了定性分析,对其工作稳定性和可靠性进行了理论论证,详细讨论了各种因素对其径向稳定性,轴向稳定性和横轴稳定性的影响,提出了消除这些影响的方法与措施,通过计算机数值分析掌握了磁环几何参数对磁轴承径向刚度的影响,并对磁轴承的径向刚度进行校核,对轴向主动磁轴承部分给出一种完全新型结构和控制方法,具有结构紧凑、控制电路简单、方便实用的特点。本文为混合磁悬浮轴承的设计提供了一定的理论基础,按此设计原理和计算公式,可设计出多种负载能力的径向混合磁悬浮轴承。     

同极型和异极型磁轴承的磁场分布和功率损耗分析

采用有限元软件ANSYS详细分析了同级型和异极型2种结构磁悬浮轴承的磁场分布,给出了2种结构磁轴承的二维磁力线分布图和磁场分布图,并分析了同级型磁轴承二维磁场矢量分布和三维磁通密度矢量分布。详细计算了在不同频率下2种结构磁轴承的功率损耗,给出了功率损耗随交变电流频率变化拟合曲线。分析结果表明,同极型磁轴承磁力线分布在同一方向,全部平行于转子的轴线,因而耦合效应小,功率损耗小,在应用上具有更加明显的优越性。     

五自由度磁悬浮电主轴结构与有限元分析

提出一种五自由度稳定悬浮的电主轴,由二自由度磁悬浮异步电机与三自由度轴向混合磁轴承实现五个自由度的稳定悬浮。其中,三自由度混合磁轴承采用四个定子磁极来控制轴向悬浮力与径向扭转力,可有效减少轴向长度。文中介绍了五自由度磁悬浮电主轴工作原理,建立磁悬浮异步电机和混合磁轴承的数学模型,并用电磁场分析软件welll5．0分析其磁场和悬浮力,验证电主轴的可行性,最后运用biatlab软件建立基于转子磁场定向的无轴承异步电机控制系统,仿真结果表明该控制方法可有效稳定控制电机。     

永磁偏置径向磁轴承能量优化与实验

针对磁悬浮飞轮低功耗的要求,对一种经典永磁偏置径向磁轴承进行能量优化研究。介绍了磁轴承的磁路结构和工作原理,基于磁轴承电流刚度和位移刚度数学模型,提取出轴承能量优化因子σ。在此基础上,建立了磁轴承功耗的目标函数,并对磁轴承功耗进行优化,得到了最优功耗数学表达式及其对应的σ大小。通过有限元法对轴承功耗优化结果进行仿真验证,其结果与理论分析结果基本吻合。在此基础上,基于优化结果研制了一套磁轴承,并通过改进现有15Nms磁悬浮飞轮进行功耗测试。结果表明:振幅为10μm时,单组绕组的最优功耗为0.87W,与理论最优值0.79 W的最大误差为9%。该能量优化方法提高了磁轴承低功耗设计效率,对飞轮系统整体功耗优化具有重要意义。     

自检测磁轴承系统转子位置检测方法的研究

为了降低磁轴承的制造成本,提高可靠性和系统结构的紧密性,在介绍自检测磁悬浮轴承的位置自检测原理及结构的基础上,向线性功放的输入端加入一个高频信号进行调幅,然后让磁轴承线圈两端的电压经过谐振电路提取包含转子位移信息的高频电压信号并进行解调。将解调信号经过精密整流后,可得到一个脉动的直流电压信号,最后通过低通滤波就可得到反映转子位移的平滑直流电压信号。将该信号可作为反馈信号来控制磁轴承的转子位置。仿真结果表明:该自检测磁悬浮轴承系统可以成功检测转子位移。     

推力磁轴承的力学特性及其对径向磁轴承的影响

讨论了计入推力盘静态倾斜影响后的推力磁轴承的力学特性,导出了其静、动特性的系数公式,并结合某涡轮膨胀机的推力磁轴承进行了实例计算。结果表明,推力盘的静态倾斜对推力磁轴承的力学特性产生显著影响,并改变径向磁轴承的静负荷分配,使得推力磁轴承与径向磁轴承之间产生强烈的耦合作用。该结果可用于5自由度磁悬浮轴承－转子系统的机电耦合动力学研究。     

一种低功耗径向磁轴承的结构及磁力研究

针对磁悬浮轴承电流消耗大且难于调节的问题,提出了一种新型的低功耗径向磁轴承结构,采用永磁上吸下斥作用力抵消转子重力,再通过电磁排斥力动态调节转子位置。在分析磁路的基础上,进行磁力计算,使用MATLAB绘制磁力曲线,得到转轴半径和抵消重力的关系,得到电磁调节力与控制电流的关系,为磁轴承的设计研究提供新的角度和方法。     

永磁偏置五自由度磁轴承结构及磁路分析

介绍了永磁偏置五自由度磁悬浮轴承结构示意图及悬浮力产生的机理，利用有限元计算进行原理仿真，用等效磁路法对永磁和励磁混合磁轴承的磁路进行了计算，得出了最大承载力的条件和数学表达式，给出了参数设计和计算方法。理论研究和仿真分析表明：永磁偏置五自由度磁轴承结构合理紧凑、机械结构简单、效率高。在磁悬浮电机、高速飞轮储能等系统中具有广阔的应用前景。     

一种永磁偏置磁轴承容错方法的试验研究

磁轴承控制系统的结构复杂,单个磁轴承控制通道的损坏都会导致磁轴承系统整体失效,其可靠性问题成为制约其应用于要求严格场合的瓶颈问题.为提高磁轴承系统的可靠性,提出一种采用电流分配阵的容错控制方法.该方法针对一种采用Homopolar磁极结构的永磁偏置径向磁轴承的磁悬浮飞轮,通过磁路分析和力不变原理,求解一路线圈或相应功放系统故障情况与正常工作情况下的控制电流关系,进而得到故障情况下的电流分配矩阵.该方法具有原理简单、易于工程实现的特点.试验结果表明:该方法能够在磁轴承线圈(功放)损坏的情况下实现磁悬浮飞轮的静态悬浮和升速,实现了磁轴承线圈(功放)系统的容错控制,提高了磁悬浮飞轮磁轴承系统的可靠性.     

磁悬浮支承技术在机床中的应用

磁悬浮支承技术是目前世界上公认的高新技术之一。它在高档数控机床中可以作为高速机床电主轴和高速机床直线电机进给平台的支承技术。主动控制磁悬浮轴承(简称主动磁轴承A M B)是利用可控磁场力提供无接触支承、使转子稳定悬浮于空间且其动力学性能可由控制系统调节的一种新型     

磁悬浮轴承-转子系统的机电耦合动力学模型

对磁悬浮轴承 -刚性转子系统建立了完整的机电耦合动力学模型 ,其中除了人们通常所考虑的陀螺效应外 ,着重考虑和增加了推力磁轴承对转子横向振动的耦合效应和由于轴颈倾斜所引起的径向磁轴承之间的耦合效应 ,以及控制系统的电学微分方程和传感器与磁轴承非共点安装对系统性能所带来的耦合影响。该模型可用于五自由度磁悬浮轴承 -刚性转子系统的机电耦合动力学性能研究     

基于DSP的有源磁悬浮轴承数学控制系统研究

研究了有源磁悬浮轴承（AMB）的工作原理及其数字控制器,讨论了以定点数字信号处理器TMS320F240为核心的数字控制系统。控制算法采用改进的积分分离PID算法,实现了单自由度磁轴承的稳定悬浮。     

超精气磁轴承混合轴系的研究

提出一种提高轴系回转精度的方法，即气体轴承作为主要承载元件，由磁轴承修正气体轴承的误差和外界干扰的影响，达到超高精度，介绍了试验方案和试验结果。将气体轴承轴系的原有（磁轴承未工作）的径向振摆从0.25um，提高到（磁轴承工作后）0.04um左右。     

磁悬浮风力发电机用锥形被动磁轴承分析与设计

为从根本上解决传统风机轴承的机械摩擦问题以有效提高风能利用率,提出了主、被动相结合的风力发电机全磁悬浮支承方案,在对小型水平轴磁悬浮风机轴承系统受力特性分析的基础上,将锥形被动磁轴承作为轴向轴承,利用有限元法分析了其力学特性,并在空间限定的情况下以刚度最大为优化目标对永磁体的尺寸、环数等进行了优化设计,最后给出了锥形被动磁轴承的实例设计结果。     

磁悬浮风力机用轴向磁轴承电磁场分析

介绍了磁悬浮风力机的工作原理,对其进行磁场分析。以功率1k W自重364N的风力机样机为例,通过有限元软件分析气隙值和主轴倾角对轴向磁轴承电磁场的影响。结果表明:在正常工况下,气隙值取0.4±0.006mm,主轴倾角在±0.06°内时,磁轴承漏磁小,电磁力较稳定,主轴转子抗干扰能力强,能满足磁悬浮风力机稳定悬浮并平稳运行的要求。为磁悬浮风力机的结构优化提供了理论依据。     

单片DLP色轮采用磁轴承支承的研究

阐述了单片DLP投影机色轮运行和磁轴承的基本原理,对磁轴承技术在色轮驱动系统的应用进行了研究,采用一个主动型轴向磁轴承和两个被动型径向磁轴承来实现色轮转子的五自由度悬浮.基于色轮转子的重量与转速,设计出了磁悬浮轴承的参数,并利用有限元分析软件ANSYS对设计结果进行了仿真.     

基于ARM7TDMI微处理器开发平台的对主动型磁悬浮轴承数字控制的研究

本文简单介绍了磁悬浮轴承控制系统的组成和工作原理,选用CPU内核为ARM7TDMI的S3c44b0x芯片为控制器,并介绍了基于ARM7TDMI的单自由度磁轴承数字控制器的总体结构。控制上采用了非线性PID控制策略。本文中所研制的数字控制器结构简单、性能稳定、可扩展性强、实时调试方便。实验结果表明,采用基于ARM微处理器用于磁悬浮轴承数字控制效果良好,研究结果对开发数字控制磁轴承系统具有参考和应用价值。