电磁轴承

摘要： 针对比例-微分控制(proportional-derivative,PD)控制下轴向电磁轴承-转子系统,运用多尺度法详细研究了控制器比例增益、微分增益以及扰动力对系统软硬弹簧特性的影响,并根据骨架线方程推导出判别软硬弹簧特性的条件;使用四阶Runge-Kutta法探究转子非线性振动及分岔。研究结果表明:扰动力对软硬弹簧特性没有影响;无量纲比例增益K_(p)增大时系统会在软弹簧与硬弹簧特性之间切换,K_(p)>2时表现为软弹簧特性;微分增益较大时幅频特性曲线发生分裂,稳态解不再具有多值现象;随着扰动频率的增加,发生二次Hopf分岔,转子振动由周期-1变为拟周期振动,拟周期情况下振动形式为拍振,在基频f_(0)附近存在相近的频率f_(0)±f_(b)。

摘要： 针对电磁轴承支承转子质量不平衡引起的同频振动问题,提出了一种基于模型参考自适应系统(model reference adaptive systems,MRAS)的转子不平衡量辨识与在线补偿相结合的算法,该算法鲁棒性强且能够有效简化控制器结构。针对转子在两个轴承平面内的等效不平衡量,提出了基于模型参考自适应的不平衡量辨识算法,根据Popov超稳定性理论进行自适应律设计并通过设计相位补偿角保证辨识算法在全转速范围内的稳定性;针对模型误差和复杂工况带来的系统参数变化,根据辨识结果生成补偿电流的初始值,并利用同样的模型参考自适应算法对补偿电流进行在线微调,从而在保证补偿精度的前提下大大提高了算法的收敛速度。仿真分析和实验研究结果表明:所提算法能够使两端轴承处的转子振幅在0.2 s内迅速衰减并保持稳定,对振动位移中的转速同频分量抑制效果达到90%以上,且能够自适应转速的变化。所提算法能快速准确地抑制不平衡所引起的转子振动,可满足多种场合下对转子高回转精度的要求。

摘要： 针对自传感磁轴承建模的电感估计和悬浮力精度问题,以8极异极磁轴承为对象,考虑气隙磁通的边缘效应,建立了包含涡流和漏磁计算的耦合磁阻网络模型(RNM)。引入动态相对磁导率,利用等效建模替代方法得到涡流对磁场的影响规律。基于上述模型,进行了不同偏心距下的磁轴承电感和磁通的计算以及同时考虑涡流和漏磁影响下的悬浮力计算。数值仿真结果表明,磁路中电感和磁通的参数计算误差不超过5%,考虑涡流和漏磁后的悬浮力计算具有较高精度,研究结果可为基于电感估计位移的自传感磁轴承提供有益参考。

摘要： 保护轴承是电磁轴承结构的最后一道安全屏障。由于拆机检查成本较高,且因为保护轴承的特殊性,拆机后单独对保护轴承检查难以判断其还能否继续工作,迫切需要一种在线评估方法。本文首先开展电磁轴承高速跌落试验,直到某型号保护轴承完全失效。记录每次高速跌落前转子低速跌落过程中的位移数据。基于上述数据,分别应用多尺度排列熵、马氏距离、多尺度模糊熵等方法,研究保护轴承随着高速跌落次数增加的衰退规律。研究发现,应用多尺度模糊熵指标可反映多次高速跌落后保护轴承性能的衰退,实现对保护轴承性能在线评估。马氏距离指标也可用于辅助判断,但效果不如多尺度模糊熵方法。而多尺度排列熵指标不适合这一应用。

摘要： 推力磁轴承是磁悬浮系统的重要组成部分,主要用于控制转子的轴向位移.设计获得质量轻巧、损耗较低、性能良好的推力磁轴承是工程中追求的目标.在考虑轴承承载力、温升及磁密限制等约束情况下建立了寻求轴承最优质量的目标函数,利用相应的求解方法获得了轴承的最优结构参数.同时对优化模型进行了有限元分析,得到不同频率下气隙磁密、涡流损耗等参数,揭示了不同工作条件下涡流的影响程度.

摘要： 针对主动电磁轴承-转子系统多变量、非线性和强耦合的特征,提出了一种基于BP神经网络的逆系统解耦控制方法.建立了主动电磁轴承-转子系统的径向力数学模型,并对该模型进行可逆性分析.在证明系统可逆的基础上,采用BP神经网络构建逆系统,通过将此逆系统与原系统级联,使原系统解耦成4个独立子系统,实现了主动电磁轴承-转子系统的径向电磁力解耦,同时设计闭环控制器.仿真结果和实验数据表明,所提出的解耦控制方法能有效解决转矩与转子径向位移和悬浮力之间的耦合问题,并且能使主动电磁轴承-转子系统稳定悬浮,达到了高性能控制的目的.

摘要： 针对基础激励会导致转子碰撞保护轴承,甚至引起系统失稳的问题,对电磁轴承柔性转子系统在基础平动激励条件下的振动位移响应特性及其控制进行了研究.首先,在基础坐标系中建立了电磁轴承柔性转子系统的运动方程;然后,以基础加速度为输入信号和LMS变步长算法设计了自适应控制器,根据位移差值自适应调节其输出信号,抑制了系统在该种扰动下的振动位移响应;接着进行了数值仿真,分析了基础平动激励条件下电磁轴承柔性转子系统的振动位移响应特性,并验证了所设计的自适应控制器在基础平动激励条件下对电磁轴承柔性转子系统振动的控制效果.研究结果表明:在基础平动激励条件下,电磁轴承柔性转子系统的振动位移响应与激励频率、激励幅值、激励相位等有关;该自适应控制器能够有效地抑制基础平动激励条件下电磁轴承柔性转子系统的振动位移响应.

摘要： 当电磁轴承设计有容错要求时,往往采用磁极独立驱动的方案,磁极的拓扑结构体现更加复杂多样化。本文以8极结构独立驱动的径向电磁轴承为研究对象,对电磁轴承定转子本体模型进行网格剖分,以变分原理和分片差值为基础的数值分析,来确定网格内各点的矢量磁位,得到了不同拓扑结构(全N(S)型、NSNS型和NNSS型)下,电磁轴承定转子磁极磁场分布,给出了这3种拓扑结构下转子和定子的二维磁力线分布图、磁通密度分布图以及转子和定子间气隙的磁密波形图,从而以磁场分布的角度,分析这3种拓扑结构电磁轴承对转子稳定悬浮的影响。

摘要： 电感位移传感器由于其灵敏度高、线性度好、成本低等特点而被广泛应用于磁轴承转子位置的测量.电感传感器的灵敏度通常与功率正相关.为获得较高的灵敏度,需要提升功率,尤其对于恒磁通轴向电感位移传感器应用,这对功率运放提出了很高的要求.提出了一种用于电感传感器的无功补偿技术,可在不影响传感器灵敏度的前提下,在传感器的使用频率范围内(20～40 kHz),将功率放大器的输出视在功率降低70％以上,降低了对功率放大器的最大输出功率要求.评估了补偿电容精度对补偿效果的影响,证明了无功补偿对补偿电容容值精度要求不高,具有工程实用价值.

摘要： 飞轮储能具有高功率密度、高效率和低损耗的特点,在不间断电源和电网调频等领域有广阔的应用前景.飞轮储能轴承起到支撑飞轮重量、降低摩擦阻力的作用,是决定飞轮储能量、充放电效率和使用寿命的关键.结构和控制是飞轮轴承的两个核心关键技术.本文分析了应用于飞轮储能的机械轴承、电磁轴承、高温超导磁悬浮轴承以及混合轴承的结构,并总结了不同轴承飞轮储能的损耗、转速、储能量和承载力等性能参数,指出混合磁轴承性能最优,可以降低飞轮的损耗和提高飞轮的转速.另外归纳了目前应用于电磁轴承系统的控制方法,介绍了PID控制、滑模控制、模型预测控制和神经网络控制和解耦控制在电磁轴承控制方面的应用,并进一步分析了未来飞轮磁悬浮轴承控制技术的发展方向.对各种控制方法的比较分析结果表明:在飞轮转子线性工作范围内PID控制方法能保持系统稳定;在飞轮转子非线性工作区域,滑模控制、模型预测控制和神经网络控制效果更优;而解耦控制进一步提高了飞轮在高转速下的控制精度.本文可为开展飞轮储能轴承结构和控制方法的研究提供参考.

摘要： 为了抑制电磁轴承-转子系统的不平衡振动,提高旋转精度,提出一种采用电磁轴承的转子振动姿态解耦的不平衡补偿控制方法.首先通过振动识别获取转子的质心轴向位置,然后根据质心位置对转子振动姿态进行平动和锥动解耦,并以自适应迭代搜索的方式通过电磁轴承产生精确的补偿力和补偿力偶.算法能对转子振动的平动和锥动实现独立控制.在控制性能测试的实验中,对控制前后的振动信号进行了时域和频域分析.实验结果表明该方法对不平衡振动的抑制效果是显著的.

摘要： 10MW高温气冷堆是利用氦气循环载出核热能推动发电机组发电的新型反应堆,堆内主氦风机是高温气冷堆一回路系统的关键设备之一.目前世界上主氦风机的主要支承形式为油润滑机械支承方案,为了保证轴承的长期安全运行,油润滑的机械滚珠轴承系统非常复杂,长时间运行还会对氦气纯度形成威胁.电磁悬浮轴承有无需润滑、无摩擦、高转速等优点,可以用来替代机械支承以解决主氦风机支承的关键问题,但是与机械滚珠轴承相比,电磁悬浮轴承的支承刚度较小,其能否满足主氦风机的转速要求,尚需要进行研究.文章通过采用ABAQUS和SAMCEF软件建模,研究了165kW鼓风机转子在机械滚珠轴承和电磁轴承支承环境下的模态,找到了适合转速要求的电磁轴承刚度,并通过电磁轴承运行实验,验证了数值计算的准确性,并证明了在驱动电机叶轮等其他结构不变的条件下,使用电磁轴承替代机械滚珠轴承可以满足主氦风机的运转要求.

摘要： 电磁轴承是机电一体化系统,因具有无接触、零润滑、功耗低等优点,在高速旋转机械领域具有广阔的应用前景.由于电磁轴承具有非线性结构,且动态特性复杂,难以得到精确的数学模型来设计其控制器.本文将用于航空航天领域的特征建模方法用于电磁轴承系统的建模,并利用该特征模型设计黄金分割自适应控制器.通过建立Simulink仿真模型,对电磁轴承自适应控制系统进行了参数整定,并将仿真结果与PID控制系统进行了比较.研究结果表明,自适应控制算法可以实现系统的稳定性控制,且抑制干扰的能力优于PID控制.最后进行了自适应算法的实验验证.

摘要： PID控制算法在包括主动磁轴承在内的工业控制上得到了广泛应用,但电磁轴承控制系统的复杂性使得PID参数的整定十分困难.本文在对权重自适应粒子群算法(AW-PSO)研究的基础上,提出利用AW-PSO算法对电磁轴承控制系统的PID控制参数进行优化,并通过MATLAB仿真证明了这一方法的可行性,仿真结果表明AW-PSO在电磁轴承PID控制系统设计中将具有良好的应用前景.

摘要： 为解决电磁轴承在高速压缩机中遇到高负载、高发热等问题,设计研究了一种轴向力自平衡装置,以减小电磁轴承的负载,减少发热量.通过数值模拟方法,从性能和流场两个方面对本设计进行了验证.验证结果表明,自平衡装置在各工况点都可以较明显的减小压缩机整机的轴向力,并且可以在一定的工况范围内实现自平衡.在间隙变大时,压缩机级的等熵效率仅下降1％,在可以接受的范围,而总压比和轴功率基本保持不变;在间隙变小时,压缩机级的等熵效率上升2％,是期望见到的,总压比和轴功率变化很小.由此,证明本轴向力自平衡装置的设计是合理的、可行的,对减小电磁轴承的轴向负载是有重要意义的.

摘要： 电磁轴承系统的数学模型对于系统分析和控制器设计具有重要意义,现场测试是获取系统模型的重要手段.本文提出一种电磁轴承支承的柔性转子的测试与建模方法,该方法通过正弦扫描实验获取闭环系统频响模型,通过变换得到开环频响模型,然后通过辨识得到转子传递函数模型.本文在实际系统上验证了提出的方法.

摘要： 多频激励是电磁轴承动力学参数识别的常用方法.在电磁轴承多频激励信号设计中,如果所有频率成分任意叠加,可能会造成系统响应振动的峰值过大和电磁力饱和问题.若减小激励各频率成分的幅值,又会引起响应过于微弱,导致识别误差增大.施罗德相谐序列(SPHS)不降低各频率成分的幅值,通过合理安排各个频率成分的相位,使叠加后的多频信号峰值最小化,减小了电磁轴承振动超越间隙和电磁力饱和的可能性.实验表明SPHS对减小多频激励的振动峰值是有效的.

摘要： 不平衡振动问题普遍存在于旋转机械之中,由于电磁轴承具有独特的主动控制能力,因此在电磁轴承转子系统中可通过适当控制实现不平衡振动抑制.本文将从电磁轴承转子系统不平衡振动控制分类、国际研究进展、国内研究进展三个方面对不平衡振动控制进行简要介绍.总体来看，国内针对电磁轴承不平衡振动控制研究工作深度不足，一部分研究是针对已有算法进行实验研究，另一部分理论研究多数针对的是固定转速，或特定的儿个转速，研究深度不足。目前，国内研究主要方向是如何解决变转速下的动态跟踪问题。

摘要： 自适应开环控制(AOLC)算法是不平衡控制领域的一种重要算法,其优点在于控制向量更新周期远大于系统采样时间,不破坏系统的闭环稳定性.为更好利用该算法进行不平衡控制,通过建立弱耦合的四自由度主动电磁轴承仿真模型,对刚性转子运用AOLC算法,在力自由模式下进行不平衡控制,分析算法原理并给出算法关于增益的理论稳定域,并通过仿真验证.仿真发现控制器时域响应对算法稳定性和算法性能的影响.最后,据此提出一种改进算法,通过仿真验证了其有效性.

摘要： 推进轴系振动通过轴承基座激发壳体结构振动,引起结构辐射噪声.针对推进轴系横向振动控制问题,将电磁轴承引入其中,研究基于电磁轴承的振动传递抑制方法.分析了电磁轴承的刚度和阻尼特性,并将电磁轴承引入到轴系-壳体耦合系统中,然后通过频响综合方法建立藕合系统模型,获得耦合系统的频响曲线,最后分析了电磁轴承控制参数对系统横向振动的影响规律.仿真结果表明,电磁轴承可以在宽频带内改变轴承界面力,从而改变轴系振动传递,实现横向振动控制.本文工作可为轴系-壳体耦合系统横向振动控制提供参考.

摘要： 本申请提供一种径向磁轴承定子的绕线方法、径向磁轴承定子及径向磁轴承。该径向磁轴承定子的绕线方法包括：S110，将第一成型定子绕组沿径向朝外套设在定子铁芯的第一定子齿部上；S120，将第二成型定子绕组沿径向朝外套设在定子铁芯的第二定子齿部上；S130，使得第一成型定子绕组的第一绕线与所述第二成型定子绕组的第二绕线串联；其中，所述第一定子齿部与所述第二定子齿部相邻，并且在其间形成定子槽部；且第一成型定子绕组的绕线量大于第二成型定子绕组的绕线量。根据本申请的径向磁轴承定子的绕线方法及由其制成的径向磁轴承定子与径向磁轴承，能够达成更高的槽满率，在不增加定子尺寸且维持低成本的同时，提高了磁轴承的工作效率。

摘要： 本发明公开了一种用于径向磁轴承及推力磁轴承散热的磁轴承座结构，磁轴承座的内腔壁上设有定位凸台，且定位凸台的左端面为径向磁轴承定位面，右端面为推力磁轴承定位面，径向磁轴承置于磁轴承座内，径向磁轴承固定环将径向磁轴承轴向定位于磁轴承座内，两推力磁轴承相隔一定间隙设于磁轴承座内，隔圈置于两推力磁轴承之间，内侧的推力磁轴承抵触于定位凸台的推力磁轴承定位面上，推力磁轴承固定环将推力磁轴承轴向定位于磁轴承座内，径向磁轴承与内侧的推力磁轴承之间形成有散热腔；在磁轴承座的圆周方向均布有若干散热孔。冷却空气的通道截面积不再受制于推力磁轴承的磁路限制，可以根据实际需求确定尺寸。

摘要： 径向电磁轴承和电动旋转驱动装置的单个电磁功能部件的悬浮、定中心、稳定和驱动的方法，电动旋转驱动装置通过磁通分量的作用可以在径向电磁轴承的定子(1)中移动和转动，该磁通基于对径向电磁轴承和电动旋转驱动装置的电磁功能部件的位置和/或速度和/或旋转加速度的监控感应出在轴向和/或径向和/或切向上作用于径向电磁轴承和电动旋转驱动装置的电磁功能部件上的力。来自分开的磁通源的稳定磁通和驱动磁通同时作用在径向电磁轴承和电动旋转驱动装置的对于径向电磁轴承和电动旋转驱动装置是公共的电磁功能部件上。本发明还涉及电磁轴承和驱动系统和转子纺纱机的纺纱机构。

摘要： 径向电磁轴承和电动旋转驱动装置的单个电磁功能部件的悬浮、定中心、稳定和驱动的方法，电动旋转驱动装置通过磁通分量的作用可以在径向电磁轴承的定子(1)中移动和转动，该磁通基于对径向电磁轴承和电动旋转驱动装置的电磁功能部件的位置和/或速度和/或旋转加速度的监控感应出在轴向和/或径向和/或切向上作用于径向电磁轴承和电动旋转驱动装置的电磁功能部件上的力。来自分开的磁通源的稳定磁通和驱动磁通同时作用在径向电磁轴承和电动旋转驱动装置的对于径向电磁轴承和电动旋转驱动装置是公共的电磁功能部件上。本发明还涉及电磁轴承和驱动系统和转子纺纱机的纺纱机构。

摘要： 本发明提供一种电磁轴承转子位移测量方法、装置以及电磁轴承系统，所述方法包括：接收位移传感器获取的转子在预设旋转角度内的径向位移信号；对所述预设旋转角度内的所述径向位移信号进行平均化处理，得到处理后位移信号，以供控制器基于所述处理后位移信号生成电磁力控制信号，所述电磁力控制信号用于在电磁铁中生成电磁力以对所述转子进行主动电磁力控制。本发明实施例提供的电磁轴承转子位移测量方法、装置以及电磁轴承系统，通过对电磁轴承转子在一定旋转角度范围内的径向位移的平均化处理，使控制器基于处理后的位移信号发出电磁力控制信号，有效降低了因为电气跳动所引起的转子的振动，确保了转子运行过程的稳定，提高转子运行性能。

摘要： 永磁轴承与电磁轴承混合支承的阶梯变截面转子飞轮储能系统，属于飞轮储能技术领域。本发明解决了现有的飞轮储能系统存在的飞轮转子的轴向长度，影响转子动力力学特性并将导致飞轮储能系统结构紧凑性欠佳的问题，本发明永磁推力轴承、上辅助轴承、外转子永磁同步电机和下辅助轴承安装在芯轴上，飞轮旋转体的上端和下端与上辅助轴承和下辅助轴承呈间隙配合状态；永磁推力轴承与飞轮旋转体的上端面间留有间隙；外转子永磁同步电机置于飞轮旋转体内，带动飞轮旋转体旋转；上径向电磁轴承、下径向电磁轴承固定安装在壳体上，径向电磁轴承与飞轮旋转体外壁呈无接触状态，飞轮主体为阶梯变截面结构。本发明转子系统结构紧凑，提升转子动力学特性。

摘要： 永磁轴承与电磁轴承混合支承的曲面变截面转子飞轮储能系统，属于飞轮储能技术领域。本发明解决了现有的飞轮储能系统存在的飞轮转子的轴向长度，影响转子动力力学特性并将导致飞轮储能系统结构紧凑性欠佳的问题，本发明永磁推力轴承、上辅助轴承、外转子永磁同步电机和下辅助轴承安装在芯轴上，飞轮旋转体的上端和下端与上辅助轴承和下辅助轴承呈间隙配合状态；永磁推力轴承与飞轮旋转体的上端面间留有间隙；外转子永磁同步电机置于飞轮旋转体内，带动飞轮旋转体旋转；径向电磁轴承固定安装在壳体上，电磁轴承与飞轮旋转体外壁呈无接触状态，飞轮主体为曲面变截面结构。本发明转子系统结构紧凑，提升转子动力学特性。

摘要： 永磁轴承与电磁轴承混合支承的圆柱转子飞轮储能系统，属于飞轮储能技术领域。本发明解决了现有的飞轮储能系统存在的飞轮转子的轴向长度，影响转子动力力学特性并将导致飞轮储能系统结构紧凑性欠佳的问题，本发明的永磁推力轴承、上辅助轴承、外转子永磁同步电机和下辅助轴承由上至下安装在芯轴上，飞轮旋转体的上端和下端与上辅助轴承和下辅助轴承呈间隙配合状态；永磁推力轴承与飞轮旋转体的上端面间留有间隙；外转子永磁同步电机置于飞轮旋转体内，带动飞轮旋转体旋转；上径向电磁轴承、下径向电磁轴承固定安装在壳体上，径向电磁轴承与飞轮旋转体外壁呈无接触状态。本发明转子系统结构紧凑，提升转子动力学特性。

摘要： 永磁轴承与电磁轴承混合支承的大储能量变截面转子飞轮储能系统，属于飞轮储能技术领域。本发明解决了现有的飞轮储能系统存在的飞轮转子的轴向长度，影响转子动力力学特性并将导致飞轮储能系统结构紧凑性欠佳的问题，本发明永磁推力轴承、上辅助轴承、外转子永磁同步电机和下辅助轴承安装在芯轴上，飞轮旋转体的上端和下端与上辅助轴承和下辅助轴承呈间隙配合状态；永磁推力轴承与飞轮旋转体的上端面间留有间隙；外转子永磁同步电机置于飞轮旋转体内，带动飞轮旋转体旋转；径向电磁轴承固定安装在壳体上，电磁轴承与飞轮旋转体外壁呈无接触状态，飞轮主体为具有斜面的阶梯变截面结构。本发明转子系统结构紧凑，提升转子动力学特性。

摘要： 永磁轴承与电磁轴承混合支承的圆柱转子飞轮储能系统，属于飞轮储能技术领域。本实用新型解决了现有的飞轮储能系统存在的飞轮转子的轴向长度，影响转子动力力学特性并将导致飞轮储能系统结构紧凑性欠佳的问题，本实用新型的永磁推力轴承、上辅助轴承、外转子永磁同步电机和下辅助轴承由上至下安装在芯轴上，飞轮旋转体的上端和下端与上辅助轴承和下辅助轴承呈间隙配合状态；永磁推力轴承与飞轮旋转体的上端面间留有间隙；外转子永磁同步电机置于飞轮旋转体内，带动飞轮旋转体旋转；上径向电磁轴承、下径向电磁轴承固定安装在壳体上，径向电磁轴承与飞轮旋转体外壁呈无接触状态。本实用新型转子系统结构紧凑，提升转子动力学特性。