磁悬浮径向球面纯电磁磁轴承的设计

作     者：赵航 缪存孝 张立元 韩天 任元 樊亚洪 ZHAO Hang MIAO Cunxiao ZHANG Liyuan HAN Tian REN Yuan FAN Yahong

作者机构：北京科技大学机械工程学院北京100083 装备学院航天装备系北京101416 北京控制工程研究所北京100190 

出 版 物：《北京航空航天大学学报》 (Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics)

年 卷 期：2017年第43卷第1期

页      面：159-166页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：中央高校基本科研业务费专项资金(FRF-TP-15-024A2 FRF-TP-14-019A1) 国家自然科学基金(51475472 61403396)~~ 

主　　题：球面磁轴承 柱面磁轴承 干扰力矩 偏转 偏移 

摘      要：针对柱面磁轴承偏转时干扰力矩较大问题,本文提出一种径向球面纯电磁磁轴承设计方法。在本设计中,当磁轴承产生偏转或偏移时,电磁力会指向转子球心,从而降低定子磁极对转子产生的干扰力矩,提高磁轴承的控制精度。首先,阐述球面磁轴承的工作原理并建立数学模型,运用等效磁路理论方法和有限元数值方法分析其电流刚度和位移刚度,2种方法的计算结果基本吻合,表明球面磁轴承的有限元分析模型是合理的。接着,运用有限元方法分析球面磁轴承和柱面磁轴承产生偏转时的干扰力矩,结果表明当转子达到最大偏转角0.3°时,球面磁轴承的干扰力矩是柱面磁轴承的干扰力矩的1.8%,表明球面磁轴承相对于柱面磁轴承在抗干扰力矩能力方面有很大的提高。最后,进一步分析球面磁轴承产生X方向或Z方向偏移时的干扰力矩,计算结果与偏转时干扰力矩的量级相当。综上所述,本文提出的径向球面纯电磁磁轴承有低干扰力矩的优点,可用于航天航空工程中惯性执行机构的高精度控制和角速率检测。