焦建彬，男，1967年出生，工学博士，哈尔滨工业大学现代生产技术中心副教授。主要从事CAD/CAM、敏捷制造等方面研究。参加并完成国家863项目2项，参与编写论著3部，发表论文30余篇。

电磁轴承是机械领域中一种新型的支承部件,其工作原理是依靠电磁力使转子非接触地悬浮于轴承体内。在分析研究电磁轴承系统的动态特性时,有2个重要的方面,即轴承转子系统动力学特性和系统陀螺效应对系统稳定性的影响。介绍电磁轴承系统在考虑了陀螺效应时的系统理论分析方法和结果,并讨论了系统的设计方法和特点;提出了系统控制器的设计思想和实现的一种方法;同时以2个实际的电磁轴承转子系统为例,指出了陀螺效应在具体应用中的分析原则。为电磁轴承支承的转子系统动态特性分析提供了理论依据。     

一种新型的电磁轴承系统辅助轴承的设计

采用了一种应用于电磁轴承系统的,用电磁铁控制的可移动新型辅助轴承结构。介绍了电磁轴承的系统构成、工作原理,报告了辅助轴承的使用现况,具体说明了新型辅助轴承主要部件的设计过程。     

陀螺效应对电磁轴承系统设计的影响

电磁轴承是机械领域中一种新型的支承部件 ,其工作原理是依靠电磁力使转子非接触地悬浮于轴承体内。在分析研究电磁轴承系统的动态特性时 ,有 2个重要的方面 ,即轴承转子系统动力学特性和系统陀螺效应对系统稳定性的影响。介绍电磁轴承系统在考虑了陀螺效应时的系统理论分析方法和结果 ,并讨论了系统的设计方法和特点 ;提出了系统控制器的设计思想和实现的一种方法 ;同时以 2个实际的电磁轴承转子系统为例 ,指出了陀螺效应在具体应用中的分析原则。为电磁轴承支承的转子系统动态特性分析提供了理论依据     

电磁轴承开关功放设计

讨论了电磁轴承开关描放各主要参数的方法以及这些参数和电磁轴承系统的关系，提出了设计中的一般原则和注意事项，针中具体的做作制作，结果令人满意。     

基于频域整形的电磁轴承最优控制

针对电磁轴承刚性转子的不平衡振动，提出基于频域整形最优控制，该控制器的设计，包括保证系统稳定的最优调节器设计，以及频域整形的权函数设计，通过权值函数，改变轴承动特性，从而实现电磁轴承系统不平衡振动的力补偿或位移补偿。实验结果表明，电磁轴承频域整形最优控制可有效抑制主轴不平衡振动。     

电磁轴承研究的最新发展

总结了电磁轴承研究领域的一些新动向，从结构优化、系统建模与控制角度分析电磁轴承理论与应用的新发展。     

转子支承系统中的向心电磁轴承结构设计

讨论了向心电磁轴承的主要结构形式、决定轴承系统性能的主要参数的选取原则、轴承定子与转子结构参数的设计方法，并给出设计实例；通过对实例模型的两维静态场分析，验证和校正了结构设计过程中的假设条件和设计结果；给出了关于向心电磁轴承结构设计的较系统和精确的设计方法。     

电磁轴承辅助设计系统研究

电磁轴承辅助设计系统是电磁轴承设计中的重要手段 ,根据电磁轴承设计的现状 ,分析轴承辅助设计系统的需求 ,进而对系统的数据组成以及轴承数据表示方法进行了研究 ,在此基础上设计了系统的用例模型 ,最后给出了系统的主要功能     

转子──电磁轴承系统性能研究

本文介绍了电磁轴承的特性及其研究发展状况，给出了五自由度电磁轴承──转子系统模型，阐述了使转子稳定悬浮和运转的基本控制规律，分析了转子在电磁轴承中运转特性，并给出了转子稳定运转的实验记录曲线。     

电磁轴承力学特性的有限元分析

利用有限元法对轴向电磁轴承的磁场分布进行了数值模拟分析，并通过对某一实际电磁轴承的轴向轴承磁场分布及电磁力的分析计算，得出了轴向电磁轴承的承载力工作范围和静态刚度曲线，所得结果可作为轴向电磁轴承实际设计的准则。     

磁力轴承转子系统的力耦合和力矩耦合分析

为减轻或消除磁力轴承转子系统中存在的力耦合和力矩耦合,针对八极径向磁力轴承,在不考虑时间因数的情况下,以转子与定子的偏心为变量,分析和计算了电磁力的分布,推导了径向磁力轴承沿周向任意点处电磁力的表达式,提出了磁力轴承转子系统力耦合和力矩耦合概念,并推导出交叉耦合系数计算公式。计算结果表明：力耦合和力矩耦合总是存在的,结构设计无法解决,只有采用控制补偿的方法才能减少或消除这两种耦合。     

可控磁悬浮径向轴承结构内部干扰因素分析及抑制干扰的对策

本文分析了可控磁悬浮轴承系统中径向支承结构内部存在的电磁力相互干扰因素及其对所支承转子的动态性能的影响，给出了抑制这种内部干扰力的相应对策，有效地提高了转子的动态性能。     

电磁轴承-刚性转子系统轴承传递力主动控制

针对电磁轴承支承的刚性转子系统轴承传递力的主动控制,分析了轴承传递力的组成,基于一种变步长三角形迭代搜寻算法辨识出转子位移中同频分量的方法构建了零电流控制及零传递力控制策略,分别在恒定转速和匀加速运动过程中对两种控制策略的有效性进行了仿真分析,最后在某磁悬浮高速飞轮储能系统上进行了试验验证。理论与试验结果表明,零电流控制策略能对绝大部分轴承传递力进行抑制,零传递力控制策略能对轴承传递力进行完全消除。     

基于磁悬浮轴承高速电主轴的法向磨削力检测方法

利用磁悬浮轴承高速电主轴作为检测器件解决高速磨削法向磨削力实时在线测量困难的问题。通过对磁悬浮轴承高速电主轴转子的动力学分析,得到法向磨削力与电主轴转子位移的两阶导数和转子受到的电磁力的关系。转子的位移数据可由磁悬浮轴承电主轴中的位移传感器的输出得到。为了精确求取电磁力,气隙磁通密度采用图解法求出,消除线性化引入的系统误差;气隙宽度由遍历搜索法标定,消除系统加工装配误差对电磁力测量带来的影响;引入修正系数对由漏磁、磁滞和边缘效应带来的测量误差进行补偿,修正系数由三层神经网络动态实时求出。通过静态和动态试验对电磁力和动态磨削力的检测结果进行验证,试验结果证明基于磁悬浮轴承高速电主轴的法向磨削力检测方法的有效性和准确性。     

基于轴向电机泵的被动永磁轴承设计与力学分析

随着现代先进制造业的高速发展,对于轴承的要求越来越高,传统轴承很难满足这些要求。将磁悬浮技术引入泵的转子系统上,用被动永磁轴承替代传统的机械轴承,基于磁路设计原理计算出轴承尺寸,并通过等效磁荷法分析永磁轴承的承载力及轴向力。     

Investigations on a permanent magnetic–hydrodynamic hybrid journal bearing

In the present work, a permanent magnetic–hydrodynamic hybrid journal bearing is developed. The force of the journal bearing comes from the hydrodynamic film and the permanent magnetic field. When a hydrodynamic film does not form, such as during starting and stopping a machine, the journal bearing relies on the magnetic force to support the rotor system. This paper studies a model of the permanent magnetic force and develops an experimental rig of the journal bearing. Experiments show that the hydrodynamic film force uncouples with the magnetic force in the journal bearing. Predictions from the model are compared with experimental data.     

磁动压混合推力轴承的研究

提出了一种利用磁场力辅助流体动压轴承工作的磁动压混合推力轴承。这种轴承在机器起动和停车阶段，依靠磁场力支承转子系统，当机器达到一定转速后，主要由动压油膜承受轴上载荷，从而克服了流体动压轴承在此阶段出现混合摩擦的问题。研究了这种混合推力轴承承载能力的数学模型，计算了磁轴承的承载能力。设计制造了试验装置并对这种轴承在不同气隙和转速下的性能进行了试验测试。结果表明这种磁动压混合的工作原理是可行的，可以改善流体动压轴承的工作性能。     

新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性

研究一种集成转子径向扭转与轴向平动控制功能的新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性,以解决磁轴承系统的轴向尺寸和精度之间的矛盾。采用等效磁路法进行磁轴承的磁路建模,在建立磁极气隙表达式的基础上采用积分型方法进行磁阻计算以提高计算精度,并根据磁路模型给出磁轴承磁力的积分型计算公式,得到轴向磁轴承闭环系统的磁力特性曲线。对某飞轮用磁轴承系统的分析表明:磁轴承磁力与磁极气隙和控制电流间具有良好的线性关系,且各控制通道近似解耦,与典型磁轴承结构相比,利于磁轴承系统控制精度的提高和轴向尺寸的减小,适用于磁悬浮飞轮系统。     

重复控制与积分正反馈组合的磁轴承低功耗控制

本文提出一种重复控制与积分正反馈相结合的控制方法,以抑制磁轴承系统功耗。首先建立了磁轴承系统的数学模型,分析了由重力、转子不平衡和位移传感器噪声引起的电流噪声的频率特性,分析发现其可分为直流和多谐波两大类;其次推导了用于消除直流电流的控制器需满足的条件,在此基础上,设计了一种电流积分正反馈算法。通过调节转子的悬浮位置,利用混合磁轴承中永磁体产生的磁力抵消重力,抑制电流的直流分量,采用根轨迹方法确定保证闭环系统稳定的参数取值范围;然后提出一种嵌入式重复控制方法抑制转子不平衡和位移传感器引起的多谐波电流噪声,采用重构谱理论判定系统的稳定性。最后以磁悬浮控制力矩陀螺为测试平台,对所提出的控制算法进行仿真和实验研究。结果表明:采用该算法后,电流的直流分量基本被抑制,谐波分量的峰峰值减小了88.3%,功耗减小了7W,验证了该算法的有效性。     

磁力轴承刚度的实验测量方法

在磁力轴承研究中关于磁力轴承刚度存在两种不同的定义,从转子受力分析和控制系统传递函数角度看,这两种刚度定义之间存在差异。针对两种不同的刚度定义分别给出了其测量方法,并设计了磁力轴承刚度测量的实验系统。该实验系统可以实现磁悬浮转子静态悬浮、刚性旋转和柔性旋转工作状态下的刚度测量。