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恒磁通磁轴承轴向电感位移传感器参数研究

振动．测试与诊断 2023年第6期43卷 1095-1102,1242页

作者：王纯一徐旸张剀清华大学工程物理系北京100084

恒磁通轴向电感位移传感器可有效抵抗外磁场干扰,但灵敏度较低。为提升其灵敏度,针对该传感器新式拓扑结构和测量原理,推导了灵敏度与机械参数和电气参数的关系式,给出了提升灵敏度的方法。理论和实验表明:平衡气隙越小,传感器灵敏度越... 详细信息

恒磁通轴向电感位移传感器可有效抵抗外磁场干扰,但灵敏度较低。为提升其灵敏度,针对该传感器新式拓扑结构和测量原理,推导了灵敏度与机械参数和电气参数的关系式,给出了提升灵敏度的方法。理论和实验表明:平衡气隙越小,传感器灵敏度越高,且灵敏度与气隙大小近似成反比;激励频率、传感器激励线圈消耗的视在功率越大,灵敏度越高,且灵敏度与两者的算术平方根均成正比。通过减小气隙大小、增大激励频率及提高传感器视在功率,可以提升此传感器的灵敏度,并给出了在功率放大器输出能力范围内最大化传感器灵敏度的参数设计方法。

关键词：磁轴承电感传感器灵敏度恒磁通抗干扰

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磁轴承激励下转子系统动力学特性

中国机械工程 2021年第8期32卷 901-907页

作者：李胜远郑龙席西北工业大学动力与能源学院西安710072

为分析磁轴承激励下转子系统的振动机理,应用一维有限元方法建立了双盘转子系统动力学特性计算模型,研究了不同类型磁轴承激励下转子系统的动力学行为。研究结果表明:同向旋转的扫频激励力激发了转子系统的正进动模态,而反向旋转的扫频... 详细信息

为分析磁轴承激励下转子系统的振动机理,应用一维有限元方法建立了双盘转子系统动力学特性计算模型,研究了不同类型磁轴承激励下转子系统的动力学行为。研究结果表明:同向旋转的扫频激励力激发了转子系统的正进动模态,而反向旋转的扫频激励力激发了转子系统的反进动模态,两种情况下转子系统均以圆轨迹进动;由于单向简谐激励力可以分解为同向旋转激励力和反向旋转激励力之和,因此在单向简谐扫频激励力作用下,转子系统的反进动和正进动模态均被激发,转子系统以椭圆轨迹进动;在双向简谐扫频激励力作用下,转子系统的进动方向和进动轨迹取决于两个激励力的相位差。研究成果为评估高压压缩机转子系统稳定性时磁轴承激励方案的选取提供了理论依据。

关键词：转子系统磁轴承简谐激励正进动反进动

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轴-径向混合磁轴承动态特性及控制研究

西南交通大学学报 2022年第3期57卷 640-647,656页

作者：肖玲赵晨曦窦经纬程文杰郑善栋西安科技大学陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室陕西西安710054

为了减小三自由度轴-径向混合磁轴承(ARHMB)的涡流损耗并增加轴向磁力,提出轴向采用软磁复合材料(SMCs)制备的推力轴承,在推力盘与转子的气隙处引入Halbach阵列以增强轴向气隙磁密,径向采用叠片结构.首先,基于动态磁通分布及等效磁路法... 详细信息

为了减小三自由度轴-径向混合磁轴承(ARHMB)的涡流损耗并增加轴向磁力,提出轴向采用软磁复合材料(SMCs)制备的推力轴承,在推力盘与转子的气隙处引入Halbach阵列以增强轴向气隙磁密,径向采用叠片结构.首先,基于动态磁通分布及等效磁路法,建立综合考虑涡流、漏磁及交叉耦合效应的等效磁阻模型;其次,对比分析了材料类型及交叉耦合效应对等效磁阻频率响应、动态刚度的影响;最后,采用计及涡流、漏磁及交叉耦合效应不完全微分PID控制对ARHMB进行研究.研究结果表明:SMCs制备的ARHMB相比碳钢材料可以提供更大、更稳定的磁力以及更大的工作带宽,在高频条件下具有更好的动态特性;考虑交叉耦合效应时,SMCs制备的ARHMB动态特性在高频时变化率较大,不可忽略;对于低带宽工作的碳钢轴承,交叉耦合效应不明显;电磁轴承系统响应速度很快、超调量小、稳态误差近似为0,具有良好的控制特性.

关键词：磁轴承磁路漏磁交叉耦合效应动态特性不完全微分PID控制

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新型转子结构的三自由度混合磁轴承损耗分析

西南交通大学学报 2022年第3期57卷 675-681页

作者：鞠金涛徐澎朱熀秋徐通王祥飞居方明杜佳慧常州工学院电气信息工程学院江苏常州213032 常州大学机械与轨道交通学院江苏常州213164 江苏大学电气信息工程学院江苏镇江212013

为减少六极径向-轴向混合磁轴承(radial-axial hybrid magnetic bearing,RAHBM)高速下转子产生的损耗,提出了一种部分叠片的转子结构.首先,用等效磁路法推导了六极RAHMB的悬浮力数学模型,依据该模型设计磁轴承结构参数,对不同转子叠片... 详细信息

为减少六极径向-轴向混合磁轴承(radial-axial hybrid magnetic bearing,RAHBM)高速下转子产生的损耗,提出了一种部分叠片的转子结构.首先,用等效磁路法推导了六极RAHMB的悬浮力数学模型,依据该模型设计磁轴承结构参数,对不同转子叠片深度下的铁损和悬浮力进行仿真分析,选择叠片深度最优值;然后,在有限元仿真软件中设定转子转速为50 000 r/min,向六极RAHMB分别施加径向和轴向最大控制电流,分析磁轴承产生最大承载力情况下实心转子与部分叠片转子的损耗;最后,对部分叠片转子在正弦扰动电流下的涡流损耗和磁滞损耗进行计算和仿真.研究结果表明:在产生最大承载力条件下,部分叠片转子结构能够将损耗降低69.7%,虽然轴向承载力减小了14.7%,但仍能够满足设计要求;部分叠片转子可将正弦扰动电流下铁损降低55.4%.

关键词：磁轴承铁损涡流损耗磁滞损耗三自由度

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磁轴承复合位移传感设计与实验研究

电工技术学报 2021年第7期36卷 1425-1433页

作者：李志苏振中胡靖华李文印舰船综合电力技术国防科技重点实验室(海军工程大学) 武汉430033

针对传统磁轴承位移传感器结构复杂、适装性差、存在检测位置与执行器错位,而位移自传感方法鲁棒性、实用性差等问题,该文提出一种基于探测线圈的磁轴承位移检测方法,通过在磁轴承磁极上布置探测线圈可实现定转子相对位移测量。首先,建... 详细信息

针对传统磁轴承位移传感器结构复杂、适装性差、存在检测位置与执行器错位,而位移自传感方法鲁棒性、实用性差等问题,该文提出一种基于探测线圈的磁轴承位移检测方法,通过在磁轴承磁极上布置探测线圈可实现定转子相对位移测量。首先,建立等效电路模型,并通过Simulink仿真,证明模型正确性;其次,提出差动检测方案,并通过半桥检测电路将相对位移变化转换为电桥输出电压变化,提高了位移检测灵敏度与线性度;最后,在搭建的试验平台上对该传感器进行静态性能测试,当定转子相对位移在±0.3mm范围内变化时,位移检测灵敏度为1.2mV/μm,位移检测分辨率约为7μm,验证了基于探测线圈磁轴承定转子相对位移检测的可行性。该方法结构简单、鲁棒性好,为实现紧凑可靠的磁轴承位移测量奠定了基础。

关键词：磁轴承位移测量传感器探测线圈

基于Bang-Bang+前馈策略的磁轴承执行器失效故障容错控制

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电工技术学报 2023年第1期38卷 177-189页

作者：刘奇苏振中姜豪吴超晏明舰船综合电力技术国防科技重点实验室(海军工程大学) 武汉430033

对于传统磁轴承系统,发生单个下执行器失效故障后,悬浮的转子通常会与保护轴承发生碰撞,影响运行稳定性,甚至导致悬浮系统失稳,危害系统安全运行。在不改变磁轴承硬件架构的基础上,通过容错控制可以避免该碰撞,对于提高系统可靠性具有... 详细信息

对于传统磁轴承系统,发生单个下执行器失效故障后,悬浮的转子通常会与保护轴承发生碰撞,影响运行稳定性,甚至导致悬浮系统失稳,危害系统安全运行。在不改变磁轴承硬件架构的基础上,通过容错控制可以避免该碰撞,对于提高系统可靠性具有重要意义。为此,该文首先建立考虑部分执行器故障的两自由度转子动力学模型,提出针对上执行器的Bang-Bang控制算法,实现了故障磁轴承侧转子回到平衡位置的时间最优控制,并结合前馈控制使转子在BangBang控制结束后直接达到稳定状态。仿真和实验结果表明,在全转速范围内故障侧最大位移幅值与转子正常轴振幅值相差不超过0.04mm,且转子在0.2s内恢复至稳定悬浮,故障侧轴承座振动加速度在0.03s内恢复到正常幅值,避免了定转子碰撞,证明了该算法的有效性。

关键词：磁轴承执行器故障容错控制 Bang-Bang控制前馈控制

考虑部分通道故障的磁轴承系统动态承载力分析

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电工技术学报 2023年第10期38卷 2625-2636页

作者：刘奇苏振中姜豪吴超晏明海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

通道故障后,磁轴承系统的动态承载力将发生变化,该文建立了考虑部分通道故障的磁轴承系统模型以分析该变化。首先以单自由度模型为例,分析由转子位移及通道电流计算系统动态承载力的方法。其次建立考虑动载荷、转子不平衡量以及故障通... 详细信息

通道故障后,磁轴承系统的动态承载力将发生变化,该文建立了考虑部分通道故障的磁轴承系统模型以分析该变化。首先以单自由度模型为例,分析由转子位移及通道电流计算系统动态承载力的方法。其次建立考虑动载荷、转子不平衡量以及故障通道电磁力变化的四自由度系统模型,并将单自由度系统承载力分析方法应用于该系统模型,从而得到四自由度系统动态承载力。然后分析通道故障后控制参数对系统动态承载力的影响。最后进行仿真与实验的对比。结果表明,故障前后转子最大位移幅值误差小于3.9%,验证了所建模型用于计算系统动态承载力的有效性。

关键词：磁轴承动态承载力不平衡量通道故障控制参数

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磁轴承用新型自感位移传感器设计与实验研究

仪器仪表学报 2018年第1期39卷 100-109页

作者：张利胜王坤郑世强北京航空航天大学惯性技术重点实验室新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191 北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心北京100191

随着磁轴承在航空航天、军事及民用工业领域的广泛应用,提高其位移传感器的可靠性成为发展重点。而传统磁轴承用电感式位移传感器的结构复杂、测量电路元器件过多,降低了磁轴承系统的可靠性。针对高转速和小转子磁轴承,设计了一种新型... 详细信息

随着磁轴承在航空航天、军事及民用工业领域的广泛应用,提高其位移传感器的可靠性成为发展重点。而传统磁轴承用电感式位移传感器的结构复杂、测量电路元器件过多,降低了磁轴承系统的可靠性。针对高转速和小转子磁轴承,设计了一种新型自感式位移传感器,分析了自感式位移传感器的工作原理,提出了优化的传感器结构,设计了对应的测量电路,并对传感器的性能进行了分析与测试。实验结果表明,在-0.5~0.5 mm测量范围内,传感器的线性度为±1.25%,灵敏度为25.94 mV·μm,迟滞为±0.28%,重复性为±0.22%,传感器的动态响应带宽为4.7 kHz,悬浮精度为2.4μm。该传感器完全适用于磁轴承系统,同时传感器结构简单易实现,测量电路得到大大简化,满足航空航天、军事及民用工业领域高可靠性的要求。

关键词：磁轴承自感位移传感器性能可靠性

六极径向–轴向主动磁轴承电磁特性分析及实验研究

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中国电机工程学报 2020年第5期40卷 1653-1663页

作者：朱熀秋王绍帅江苏大学电气信息工程学院江苏省镇江市212013

提出一种由三相逆变器驱动的六极径向–轴向主动磁轴承,与三极径向–轴向主动磁轴承相比,该磁轴承具有乘载力大、径向两自由度之间没有磁路耦合等优点。首先详细介绍六极径向–轴向主动磁轴承的基本结构、磁路、工作原理,并推导出其数... 详细信息

提出一种由三相逆变器驱动的六极径向–轴向主动磁轴承,与三极径向–轴向主动磁轴承相比,该磁轴承具有乘载力大、径向两自由度之间没有磁路耦合等优点。首先详细介绍六极径向–轴向主动磁轴承的基本结构、磁路、工作原理,并推导出其数学模型;然后,对其电磁特性和最大承载力进行有限元仿真分析。与三极径向–轴向主动磁轴承的分析结果相比,六极径向–轴向主动磁轴承的承载力提高了约33%,径向两自由度之间不存在磁路耦合,并解决了力–电流特性的非线性问题。最后,在样机的基础上进行验证实验和静态悬浮实验,验证了六极径向–轴向主动磁轴承的性能。实验结果表明,六极径向–轴向主动磁轴承的性能优于三极径向–轴向主动磁轴承,验证了理论分析的正确性。

关键词：六极磁轴承承载力力–电流特性非线性