高功率密度磁悬浮高速电机转子动力学建模与分析

与传统电机相比,高功率密度磁悬浮高速电机的运用范围越来越大。但由于转速的提高,转子在加速或减速过程中跨越临界转速会导致共振现象,因此为避免共振带来的问题,需对转子进行动力学建模及分析。以12.3 kW高功率密度磁悬浮高速电机转子系统为研究对象,建立基于有限元法的动力学模型,并对其进行模态计算,使用Ansys Workbench进行模态仿真。通过B&K敲击试验对高功率密度磁悬浮高速电机转子进行模态分析,与基于有限元法的模态计算结果和Ansys Workbench模态仿真结果进行对比。结果表明:3种方法数据较为吻合,其建立的动力学模型有足够的准确性。

非线性支承下磁悬浮转子系统μ综合控制的研究

针对磁悬浮转子系统支承力的非线性和不平衡扰动问题,采用μ综合控制方法对系统进行控制。根据磁悬浮转子系统模型推导出系统状态空间方程,并对其中的非线性支承力进行平衡点线性化,对状态空间方程进行模态分析,得到低阶控制模型,再通过D-K迭代法得到μ综合控制器,并将其应用于非线性支承下的磁悬浮转子系统。结果表明:μ综合控制下的闭环转子系统具有良好的起浮性能和抗干扰性能;与PID控制比较,μ综合控制下转子系统不平衡响应基频幅值和倍频幅值显著降低;系统不平衡扰动和非线性效应得到了抑制。

大气隙混合磁悬浮轴承承载力模型的研究

等效磁路法是混合磁悬浮轴承的主要研究方法,然而等效磁路法是基于一系列假设条件提出的,大气隙下这些假设将不再成立,磁路法的应用范围将受到限制,无法对大气隙混合磁悬浮轴承展开研究。因此,需要对大气隙混合磁悬浮轴承承载力模型进行研究,以解决混合磁悬浮轴承在大气隙场合的推广及应用。结合ANSYS有限元分析软件分析在气隙变化时,常规磁路法在混合磁悬浮轴承承载特性分析过程中的适用范围,获得了当气隙增加时磁路法模型计算误差变化规律;针对漏磁这一导致计算误差的影响因数,提出一种混合磁悬浮轴承气隙磁场的漏磁导模型的分析方法,建立基于漏磁导修正的混合磁悬浮轴承承载力理论模型;利用ANSYS有限元分析软件和试验对修正后的混合磁悬浮轴承承载力模型进行了验证。

基于Halbach阵列的永磁轴承承载力解析模型及设计方法

基于Halbach阵列的永磁轴承能有效地增强永磁轴承的承载能力,具有广阔的应用前景。但目前关于Halbach阵列的永磁轴承的理论模型研究并不完善,缺少任意角度连续磁化的Halbach阵列永磁轴承的解析模型和设计方法,限制了其应用。研究针对Halbach阵列的永磁轴承,利用标量磁位的模型建立了永磁体阵列的磁场分布模型,在此基础上基于虚位移法建立了永磁轴承的承载力模型和支承刚度模型,并对永磁轴承的最大承载力和支承刚度特性展开了研究,给出了永磁轴承设计过程中的参考因素。最后利用有限元分析软件对所建立的理论模型和提出的结论进行了验证,取得了较好的效果。

小型磁悬浮风力发电机起动阻力矩研究

针对风力发电机中磁悬浮支承与发电机间存在耦合,磁悬浮支承对发电机起动阻力矩会产生影响等问题,分析了风力发电机中起动阻力矩产生的原因,建立了磁悬浮风力发电机中永磁发电机的有限元模型,并分析了载荷对磁悬浮支承下风力发电机起动阻力矩的影响,最后对计算结果进行了实验验证。

基于联轴器不对中的磁悬浮双转子系统不平衡响应分析

为探讨联轴器不对中故障对磁悬浮双转子系统振动响应的影响,基于有限元法构建包含不对中故障的磁悬浮双转子系统动力学模型,利用Newmark-β法求解其运动方程,通过时域和频域分析不对中情况下转子系统的振动响应。研究结果表明:在不对中引起的附加力作用下,磁悬浮双转子系统的响应会呈现显著的二倍频分量,且随着不对中程度的增加,二倍频分量的幅值也相应增大;内转子由于不对中故障引起的二倍频分量会通过中介轴承传递到外转子上;在不同控制参数下不对中故障对系统的影响有所不同,通过选取合适的比例系数和较大的微分系数,可以有效降低不对中故障对系统振动响应的影响。

裂纹磁悬浮双转子系统动态响应研究

本文对已出现裂纹的磁悬浮双转子系统的动态响应进行研究。首先建立由三个主动磁悬浮轴承和一个机械中介轴承支承的双转子系统结构模型;采用PID控制策略,并运用有限元法建立了带有横向呼吸裂纹的双转子系统动力学模型;最后通过Newmark-β法得到系统的稳态不平衡响应,分析了不同裂纹情况下系统的频率响应以及控制参数对系统动态特性的影响。结果表明,裂纹除了能激发转子的旋转频率外,还能激发内、外转子的高阶谐波和叠加频率,且频率分量与裂纹的位置有关;当控制参数在一定范围内时,内转子裂纹能激发系统的一阶后向涡动频率。

磁轴承功率放大器研究综述

功率放大器是磁轴承系统的重要组成部分,其性能直接影响整个设备的运行性能和使用寿命。结合磁轴承功率放大器的相关研究,根据控制反馈量、工作原理、主功率拓扑对功率放大器进行了分类,探讨了功率放大器的效率、带宽及纹波3种主要性能指标,并介绍了功率放大器的脉宽调制控制、采样-保持控制、空间矢量调制控制、节点电位控制、单周期控制5种主要控制策略。结合现有研究成果提出了提高数字功放的响应速度,降低噪声,改善散热的措施,最后展望了在高电压下实现高频响、高精度工作是磁轴承功率放大器的未来研究方向。

小型低风速风力发电机永磁轴承的设计与分析

风能是重要的可再生能源,低风速风能的利用对风力发电的发展有重要意义。磁力轴承能有效地减小风力发电机的启动阻力矩、降低启动风速。永磁轴承具有体积小、无功耗、结构简单、零响应时间等优点而被广泛应用。对永磁轴承的结构设计进行了分析,并采用轴向磁化轴向叠加多环径向永磁轴承作为低风速风力发电机主轴支承,用有限元法分析计算了的永磁径向轴承的径向力,完成了实验样机,对比实验表明,该样机的启动阻力矩比传统的风力发电机降低了40%。

基于偏转模型的轴向磁化径向永磁轴承磁力特性研究

分析了机械永磁轴承系统中永磁轴承内磁环的运动规律;运用有限单元法分析了轴向磁化单对径向永磁轴承偏转模型和径向偏移模型的磁力之间的关系,得出运用径向偏移模型会高估轴承的径向磁力而低估轴承的轴向磁力;运用同样的方法分析了在偏转模型中轴向磁化单对磁环的磁力与它的外形尺寸之间的关系,得出其径向磁力随气隙的减小或磁环厚度的增大而增大,轴向磁力随气隙的减小而增大。

高功率密度磁悬浮高速电机支承设计及其磁场仿真

高功率密度电机具有体积小、转速高等特点,被广泛运用于涡轮发动机、飞轮储能等领域。为追求更小的体积和更高效的功率输出,将具有高转速、高效率优点的磁悬浮轴承作为电机的支承系统,可有效地提高电机的转速和功率密度,提升其工作性能。针对高功率密度磁悬浮高速电机,设计电机的支承结构,并对其进行磁场仿真,最后对设计的可行性进行总结。

主动磁悬浮轴承磁饱和研究

采用等效磁路法对主动磁悬浮轴承进行了建模,结合有限元软件分析了磁路法在忽略轴承漏磁及磁饱和现象时导致的轴承承载力误差,并重点对磁饱和现象进行了研究。采用有限元软件获取了主动磁悬浮轴承结构参数改变时磁饱和的变化规律,在此基础上从饱和控制电流的角度出发,对磁饱和进行了定量描述,对磁饱和程度进行评估,并将表征饱和程度的拟合表达式与有限元仿真计算结果进行了对比,证明该表达式的计算精度较高。

磁悬浮双转子系统的定点碰摩特性

采用Lankarani-Nikravesh模型描述了磁悬浮双转子系统定点碰摩过程中的法向冲击力,基于有限元法建立系统动力学模型,并对碰摩故障下的系统振动特性及接触过程进行了分析。研究结果表明:内外转子的转频是其转频差的整数倍时,碰摩发生时可观察到转频差的整数倍频率分量,随着碰摩程度的加剧,分数阶转频差频率分量出现;碰摩过程中的最大接触深度和法向冲击力取决于初始冲击速度;选择使系统运行角速度远离临界角速度的比例系数或较大的微分系数可显著减小系统碰摩的严重程度。

基于Midas/Civil的自动抹灰机非对称桁架优化设计与试验

针对初步设计的自动抹灰机横移导轨非对称桁架需要轻量化和减小挠度、扭转变形等问题,采用专业钢架有限元软件Midas/Civil与双因素无重复试验相结合的方法,分析了非对称桁架在静恒载作用下的挠度、扭转变形量和强度等。通过对不同型号的方形钢管的组合验证,得到符合自动抹灰机横移支撑桁架的结构。最后通过试验证明了该方法的有效性,在满足桁架轻量化的同时,提升了桁架抗弯扭性能。专业钢架分析软件的使用方便了设计者的操作,提升了工作效率,对自动抹灰机的桁架设计具有重要的参考价值。

路面裂缝检测融合分割方法

为同时获取路面裂缝的位置信息与分布路径,以及形状延展和密度信息等,对目标检测算法与图像分割算法的融合进行了研究,在分析了目标检测算法与图像分割算法的网络结构与特征融合方式后提出了一种基于YOLO V5与PSPnet的PSP-YOLO裂缝检测分割算法。同时针对裂缝图像采集困难、样本不足的问题提出一种基于GAN网络的数据扩增网络,生成以假乱真的裂缝图像对裂缝样本进行扩增。试验结果表明,PSP-YOLO检测分割算法能够同时获取裂缝的位置与形状延展等信息,在该数据集下,其路面裂缝检测的平均精度为93.18%,分割模块的平均交并比为74.68%。在相同的试验条件下,所提方法比原YOLO V5的平均精度提高了2.69%,分割模块的平均交并比比原PSPnet的提高了1.54%。

基于作动器非线性的主动悬架减振性能研究

针对电磁主动悬架中直线作动器非线性特性对车辆减振性能产生影响的问题,采用麦克斯韦应力张量法建立输入电流与输出电磁力的非线性解析模型。通过拟合作动器非线性力的办法将解析模型中多结构参数问题缩减到二维,再将作动器拟合模型应用到采用LQG控制器的1/4车辆悬架模型中,研究作动器非线性对车辆减振性能的影响。结果表明:作动器的非线性使LQG控制效果变差,实际减振性能降低;作动器结构参数中极对数与初级定子长度的比值接近车辆共振频率时,减振性能最差。

基于非线性支承的磁悬浮双转子系统碰摩特性研究

采用Lankarani-Nikravesh模型,建立了磁悬浮双转子系统的定点碰摩动力学模型,并将磁悬浮轴承的非线性支承力模型融入动力学模型中,研究了非线性支承下磁悬浮双转子系统定点碰摩特性和各参数对系统定点碰摩响应的影响。结果表明,磁悬浮轴承的非线性支承特性对双转子系统的碰摩特性会造成较大影响,且系统碰摩对外加负载更加敏感;当负载较大时,非线性支承下磁悬浮双转子系统的碰摩更加剧烈;此外,合理选择比例系数和较大的微分系数可有效降低系统的碰摩程度。

磁悬浮双转子系统的模态与不平衡响应分析

针对一种永磁轴承作为中介轴承,电磁轴承支承外转子的双转子系统,利用ANSYS分析了永磁中介轴承支承刚度一定时,系统模态随电磁轴承支承刚度的变化规律及其不平衡响应特性。结果表明:外转子激发或内、外转子混合激发的模态下,内、外转子的不平衡振动均可控;内转子激发的刚性模态下,外转子的不平衡振动可控,内转子的不平衡振动不可控;内转子激发的柔性模态下,内、外转子的不平衡振动均不可控。研究为同类双转子的变刚度控制提供依据。

非线性磁悬浮转子系统的不平衡响应分析

考虑漏磁及磁饱和等非线性因素对磁悬浮轴承支承特性的影响,建立非线性磁悬浮转子系统动力学模型,分析运行参数和控制参数对系统不平衡响应的影响,结果表明:负载较大时,非线性磁悬浮转子系统不平衡响应更复杂;相同转速范围内非线性磁悬浮转子系统更易失稳;比例系数较大和微分系数较小会使非线性磁悬浮转子系统振幅增大,不平衡响应明显。

磁悬浮轴承非线性支承特性的研究

目前磁悬浮轴承支承特性的研究主要是基于线性支承力模型或者忽略非线性因素(漏磁及磁饱和)的非线性支承力模型,然而这样的研究方法不能全面地反应磁悬浮轴承的支承特性。因此需要对考虑了非线性因素的支承特性进行研究。首先,建立考虑漏磁及磁饱和的非线性支承力模型,接着利用simulink对磁悬浮轴承系统进行动态仿真,最后对磁悬浮轴承的非线性支承特性进行了分析。研究表明,控制电流越大,系统的漏磁及磁饱和现象越严重,非线性系统提供的支承刚度更小、抵御干扰的能力更差;转子偏离轴承中心越远,非线性因素对支承特性的影响越大。考虑了非线性影响因素的磁悬浮轴承系统对实际工作状况更具有指导意义,可为磁悬浮轴承在非线性下的实际研究提供基础。