飞轮电池转子偏移对磁轴承性能的影响

由于飞轮电池转子在高速运转时避免不了会产生一定的偏移,偏移会对飞轮电池磁轴承的刚度产生影响,为了更加清楚地知道其具体影响,本文介绍了自归位轴承的模型和磁力计算理论,同时借助有限元法,描述了转子在不同方向偏移下,磁轴承产生自归位磁力和磁轴承刚度的变化,最终得:随着转子偏移量的增大,磁轴承所受到自归位磁力也随之增大,其自归位效果良好;在转子刚刚发生偏移时,磁轴承刚度变化较大,随着转子偏移量增大磁轴承刚度逐步趋向稳定;转子产生径向位移时磁轴承刚度远小于产生轴向位移时的磁轴承刚度.     

飞轮电池磁轴承系统结构及控制

文章提出了一种由径向永磁轴承与推力电磁轴承组成的单轴主动控制的飞轮电池磁轴承系统结构,径向永磁轴承提供径向恢复力和轴向悬浮力,推力电磁轴承提供轴向恢复力,在磁轴承系统数学模型的基础上,采用状态反馈控制的设计方法建立闭环控制系统,并进行计算机仿真。仿真结果表明,闭环系统在较短时间内达到稳定,具有良好的动态特性。     

可控磁悬浮系统的转子周期性振动抑制

为了有效抑制电磁轴承支承转子的周期性振动,研制了一种结构为重复控制和比例-积分-微分(PID)控制相结合的混合控制器.该混合控制器不仅保证了磁轴承的动态特性,而且消除了系统中的周期性扰动.通过讨论重复控制器的增益系数、截止频率对磁轴承的响应速度、稳定性的影响,给出了控制器的设计过程和参数整定方法.采用高速磁悬浮电机对磁轴承的性能进行了试验,试验结果表明,该控制器具有良好的动态特性,可有效地抑制电磁轴承-转子系统的周期性振动,并减少了转子频谱中的三倍频成分,从而提高了电磁轴承的支承精度.     

磁悬浮轴承系统的试验研究

对数字控制五自由度磁轴承系统的结构、硬件电路的组成进行了研究,实现了数字控制五自由度磁轴承全悬浮.综合分析了磁轴承系统的特性,作为磨削电主轴的磁轴承,其静态轴向最大承载力为1 160 N,径向前后端磁轴承最大承载力分别为798 N和428 N,轴向最小静刚度为1 412 N/μm,径向为535 N/μm.所设计的磁轴承满足磨削电主轴的承载力要求,实测静刚度在承载能力范围内达到应用要求.转子位移数据及轨迹的记录反映了磁轴承的精度,冲击试验说明系统基本上具备了大范围一致稳定性.     

主动磁悬浮轴承的非线性反演变结构控制

基于主动磁悬浮轴承的非线性模型,提出了一种非线性的控制方法——全阶电磁机械系统的反演变结构控制法．在对转子位置、速度及电流进行测量的基础上,控制器解决了主动磁轴承控制中存在的不确定性非匹配问题,实现了位置跟踪．仿真实例证明了控制器的有效性．     

25 kWh/100 kW储能飞轮轴向磁轴承设计与分析

储能飞轮支承系统性能的稳定性是转子系统高速正常运行的前提。磁轴承作为支承系统的核心部件,其结构设计是系统稳定性的根本。针对25 k Wh/100 k W储能飞轮系统的特点,进行磁轴承设计时,用横截面为梯形的永磁环取代传统的矩形永磁环,得到一种新型的永磁磁轴承结构。采用磁路分析及有限元方法相结合的手段对该磁轴承结构进行了分析,并对这两种结构的磁轴承性能做了对比,结果表明该磁轴承的电磁磁路在工作气隙之外基本不经过永磁环本身,不产生附加径向力;该磁轴承具有效率高,电磁线圈损耗小,励磁线圈电流低,发热小,便于控制等特点,适用于大型储能飞轮支承系统。     

推力磁轴承转子系统温度场

以实心铁芯涡流损耗及线圈铜损耗为主要热源,研究了推力磁轴承转子系统的电磁场、温度场及电磁场-温度场耦合效应.给出了基于电磁场-温度场耦合的轴对称温度场有限元求解方法.研究表明,造成系统温升的主要原因是推力磁轴承实心推力盘的涡流损耗.     

电磁轴承功放结构对系统性能的影响

电磁轴承的感性负载直接影响着高速轴承-转子系统抗干扰能力。分析了电流反馈对电磁轴承转子系统高频控制信号的影响，在此基础上提出引入电流反馈后，电磁轴承必须采用双极性开关功放结构．才能有效提高系统高频动刚度。对某高速磁浮内圆磨系统进行了动态仿真，比较了引入电流反馈后，系统高频控制信号的波形以及功放结构对系统动刚度的影响，仿真结果与理论分析一致。     

新型混合径向磁轴承结构及其磁力特性

针对当前永磁偏置径向磁轴承的永磁磁路的磁通密度低,磁力小,缺乏自稳定的问题,提出一种应用于立式轴流泵的新型混合径向磁轴承结构.应用分子电流法及虚位移定理建立新型混合径向磁轴承承载力的非线性模型及其线性化方程,分析得出新型径向混合磁悬浮轴承在径向某个自由度上具有自稳定的特点,且永磁轴承可以减小系统总的位移负刚度.研究结果表明,采用Halbach阵列结构后,混合磁轴承气隙的磁通密得到很大提高.电流刚度和位移刚度与平衡点的初始电流及初始间隙密切相关,在平衡位置附近电流刚度和位移刚度呈线性变化,当气隙增大时仍保持较好的线性度,而当气隙减小时呈现一定的非线性特性.     

磁悬浮主被动飞轮和被动磁轴承轴向力设计分析

针对现有商业卫星用磁悬浮飞轮存在发射成本高、体积大、重量大、功耗大、结构复杂和控制难度大等缺陷,提出了采用三自由度自稳定被动磁轴承代替原有磁轴承方案的磁悬浮主被动飞轮。分别介绍了飞轮和被动磁轴承结构、工作原理;通过等效磁荷法对被动磁轴承轴向力和轴向力刚度进行了数学建模;采用数值分析法,对被动磁轴承不同高宽比和气隙宽度的轴向力—位移曲线进行分析比较,并基于工程实际,选用高宽比为2和气隙宽度为1mm的被动磁轴承模型;采用有限元法,对飞轮在仅轴向偏移、径向偏移扰动、径向扭转扰动和同时发生径向偏移扰动与径向扭转扰动四种工作状态下轴向力自稳定性进行了分析。研究结果表明,轴向自稳定性满足性能需求,该自稳定被动磁轴承为商业航天卫星的磁悬浮飞轮的性能提升与成本降低提供了新的思路。     

磁悬浮机床主轴的自由递阶变结构控制

研究了变结构控制方法在磁悬浮主轴系统中的应用,以铣削过程作为外界扰动,建立了主轴－磁轴承系统动力学模型,设计了自由递阶变结构控制器,仿真结果表明,该控制方法以于由阶跃,冲击以及切削等外扰动引起的主轴振动具有很强的抑制能力,对系统模型摄动及复杂加工过程亦有良好的适应能力。     

超高速数控精密磨床磁浮轴承主轴单元设计

介绍了磁浮轴承的优点,并提出了磁浮轴承作为磨床主轴轴承的设计方法.同时,首次提出了超高速数控外圆磨床磁浮轴承主轴单元设计方法和设计过程.并针对一台250m/s超高速外圆磨床磁浮轴承主轴单元进行了设计.经过实验证明,提出的设计方法是正确的.并指出,应用该技术的超高速磨床,虽然初期投资成本高,但其优越的使用性能使其综合效益高.该结果对我国发展高速主轴技术有一定的意义.     

磁力轴承的发展及应用

综述磁力轴承的基本原理、优越性、分类、发展历史以及国内外应用研究现状,特别是磁力轴承在转子振动主动控制中的应用—电磁动力吸振器;提出电磁动力吸振器固有频率控制的新方法—间隙控制法,即保持电磁铁线圈电流不变,只通过调整电磁动力吸振器与转子之间的间隙来改变动力吸振器的固有频率;详细论述了采用间隙控制法的间隙控制型电磁动力吸振器的结构和原理。通过分析刚度计算公式,表明采用间隙控制法的电磁动力吸振器,固有频率调节范围宽,系统功耗小,响应速度快。     

采用有限元法分析径向永磁轴承的力学特性

文章采用有限元法对径向永磁轴承的磁场分布进行了数值模拟分析 ,并就轴承结构参数对轴承特性的影响进行了研究。研究结果表明 ,对于斥力型径向轴承 ,两磁环之间的轴向位移对轴承的承载力与刚度有明显影响 ;对于吸力型轴承 ,两磁环之间的气隙选择至关重要。研究结论为径向永磁轴承的设计、优化与应用提供了科学依据。     

主动磁悬浮推力轴承的状态反馈线性化控制

研究了无预磁化偏流的单边方式主动磁悬浮推力轴承的控制,针对系统的非线性模型,应用状态反馈线性化方法,构造出非线性控制器,使得系统在大范围内精确线性化,然后应用线性系统理论对线性化学系统进行综合。研究表明,系统具有良好的静、动态性能。由于这种单边方式推力轴承的电磁力线圈不需要预磁化偏流,与常规的差动式有预磁化偏流结构的系统相比,系统的功耗大为降低,效率显著提高,而且系统的温升及阻尼均大为减少。     

Three-dimensional magnetic field topology in a region of solar coronal heating

Flares and X-ray jets on the Sun arise in active regions where magnetic flux emerges from the solar interior amd interacts with the ambient magnetic field. The interactions are believed to occur in electric current sheets separating regions of opposite magnetic polarity. The current sheets located in the corona or upper chromosphere have long been thought to act as an important source of coronal heating, requiring their location in the corona or upper chromosphere. The dynamics and energetics of these sheets are governed by a complex magnetic field structure that, until now, has been difficult to measure. Here we report the determination of the full magnetic vector in an interaction region near the base of the solar corona. The observations reveal two magnetic features that characterize young active regions on the Sun: a set of rising magnetic loops and a tangential discontinuity of the magnetic field direction, the latter being the observational signature of an electric current sheet. This provides strong support for coronal heating models based on the dissipation of magnetic energy at current sheets.     

高速气浮电主轴转子系统不平衡响应分析

针对高速气浮电主轴转速高,动力学行为复杂,对不平衡激励敏感的特点,基于推广的拉格朗日方程,建立了高速电主轴转子气体轴承系统的动力学数学模型,获得了自由振动微分方程与强迫振动微分方程。在分析气浮电主轴系统残余不平衡质量产生的惯性离心力及不平衡磁拉力的作用机理的基础上,利用有限元方法,对某最高工作转速为250000 r／min 的高速气浮电主轴转子系统进行了不平衡激励的谐响应分析,揭示了运行于超临界模式的高速气浮电主轴在不平衡激励下的动力学行为,为实际工程应用中的高速气浮电主轴转子系统的优化设计、振动控制等提供了理论依据。     

三自由度混合磁悬浮轴承耦合特性

介绍了三自由度永磁和励磁混合磁轴承基本结构和悬浮力产生的工作原理；用等效磁路法对永磁和励磁混合磁轴承的磁路进行了分析，得出了悬浮力数学表达式；利用Matlab对磁轴承各自由度之间运动、磁路之间的耦合特性进行了计算分析，给出了三维网格图。理论分析表明各自由度在平衡位置附近时，运动之间没有耦合；各自由度控制磁通是相互独立的，磁路之间不存在耦合。试验表明：在不考虑运动、磁路耦合情况下，采用分散独立的PID控制方法，实现了磁轴承稳定工作，并且满足磁轴承性能控制要求。