针刺巨量转移平台用高推力聚磁式直线电机

针对针刺式巨量转移平台用无铁芯直线电机推力小,边缘效应明显导致转移速度慢的问题,提出一种高推力聚磁式直线电机,利用外层V字形结构抑制漏磁效应,通过双层Halbach结构提高气隙磁密,并采用有限元法对3种方案气隙磁密和漏磁磁通进行比较分析。V形双层Halbach方案的气隙磁密和漏磁磁通分别为0.6 T和0.05 T,与单层梯形方案相比气隙磁密提高了17.6%,与双层Halbach方案相比漏磁磁通降低了71.4%。利用等效磁化电流法对电机磁场进行区域分割,采用分割补偿法建立矩形边界条件,建立了直线电机磁路数学模型,得到了影响电机推力线性度的关键结构参数,并基于有限元法对形状及结构参数进行优化。结果表明,优化后气隙的最大磁密和最小磁密分别0.67 T和0.47 T,x向和y向磁密变化率分别为25%和29.8%,推力仿真计算结果为278 N,推力波动率为2.1%,空载加速度为10 m/s^(2),理论芯片转移速度可达50颗/秒。根据优化结果研制了一台直线电机用于巨量转移平台,测试结果与优化结果一致,本研究对提高巨量转移平台转移效率具有重要意义。

Mini/Micro LED巨量转移技术研究与发展现状

对巨量转移(Mass Transfer, MT)方案和运动定位平台(Motion Positioning Platform, MPP)的研究现状及其未来发展进行了详细阐述。根据芯片转移方式,将MT方案分为精准拾取-释放技术、自组装技术、滚轴转印技术、激光剥离技术,结合芯片转移效率和良率,论述了国内外MT方案的发展过程。在此基础上,从平台支撑方式,详细介绍了机械构型、气浮构型、磁浮构型和混合构型的MPP结构及工作原理,考虑运动行程、运动定位精度等因素,比较了MPP性能的优劣。展望了MT方案和MPP技术的未来发展方向,指出基于微孔液气双态介质的激光剥离MT和具备周向小角度修正以及轴向微高度调节能力的“机械+磁浮”混合构型MPP是Mini/Micro LED芯片转移技术的研究重点。

原子磁强计标定测试教学实验平台构建

原子磁强计是近年来发展非常迅速的一种量子传感器,它利用激光检测碱金属原子自旋在磁场中的拉莫尔进动从而实现磁场测量,可达到fT(10^(-15)T)级甚至更高的测量灵敏度。为了解决学生对于原子磁强计工作原理以及极弱磁场量级理解较为困难等问题,搭建了原子磁强计标定测试教学实验平台。该平台主要由多层坡莫合金磁屏蔽桶、三轴匀强磁场线圈、高精度电流源、磁通门磁强计、原子磁强计以及上位机组成。该平台可以强化学生的实验动手能力,同时也为研究生和本科生的相关课程提供了有力支撑。

碱金属气室参数测试教学实验平台搭建

碱金属气室是原子磁强计、原子陀螺仪、原子钟等量子传感器的核心敏感元件,其内部的碱金属原子蒸汽通过与激光、磁场等相互作用,实现对物理量的高精度测量。实验室搭建了针对一类高温、高压碱金属气室的参数测试教学实验平台,该平台通过测量激光吸收光谱,获得气室内部缓冲气体的压强以及碱金属原子蒸汽的原子数密度。该平台使学生能够直接观察到激光与原子的相互作用,有助于学生加深对碱金属气室的理解以及培养学生的实验动手能力,同时也为研究生和本科生的相关课程提供了有力支撑。

磁悬浮压缩机顶隙调压模型与实验

风压紊乱是造成压缩机旋转失速、喘振等故障的直接原因,磁悬浮压缩机具有主动控制磁悬浮转子轴向位移对风压进行调控的优势。通过建立主动磁轴承轴向控制的动力学方程,首先,分析了磁悬浮转子稳定悬浮及轴向位移调整原理;其次,采用对磁悬浮压缩机风压性能有决定性影响的转速、叶轮高度、叶轮顶端间隙等参数,建立了磁悬浮压缩机叶轮顶隙与蜗壳出口风压之间关系的数学模型;最后,以30kW磁悬浮压缩机为实验对象,在叶轮顶隙分别改变0.1mm及0.2mm时,对出口风压及流量进行采集与分析。实验结果表明,磁悬浮压缩机蜗壳出口风压在数值上与所建数学模型的解算值契合度较高,并且叶轮顶隙对其有显著影响。针对压缩机不同故障状态,可依据数学模型选择不同叶轮顶隙进行调节。

基于霍尔矢量相位跟踪的永磁同步电机转子位置与速度估算方法

三相开关式霍尔位置传感器常用于检测永磁同步电机低分辨率的转子位置信息。针对霍尔信号不对称引起转子位置及速度估算误差增大的问题,该文提出基于霍尔矢量相位跟踪的永磁同步电机转子位置与速度估算方法。首先将三相霍尔信号经过3/2坐标变换转换为包含转子位置信息的霍尔旋转矢量;然后将同频跟踪滤波器分别作用于旋转矢量的两个正交分量,滤除其中的高频干扰,得到与转子位置相关的基频信号,该信号分别为转子位置的正弦与余弦函数;最后利用正交锁相环提取出精确的转子位置与速度信息。该方法可以有效降低由于安装工艺导致霍尔信号不对称所引起的转子位置及速度估算误差,实施过程简单,估计精度好,对电机参数不敏感,性价比高。仿真分析与实验验证了所提方法的正确性和有效性。

Modeling and Analysis of Novel Integrated Radial Hybrid Magnetic Bearing for Magnetic Bearing Reaction Wheel

Conventional ball bearing reaction wheel used to control the attitude of spacecraft can＇t absorb the centrifugal force caused by imbalance of the wheel rotor,and there will be a torque spike at zero speed,which seriously influences the accuracy and stability of spacecraft attitude control.Compared with traditional ball-bearing wheel,noncontact and no lubrication are the remarkable features of the magnetic bearing reaction wheel,and which can solve the high precision problems of wheel.In general,two radial magnetic bearings are needed in magnetic bearing wheel,and the design results in a relatively large axial dimension and smaller momentum-to-mass ratios.In this paper,a new type of magnetic bearing reaction wheel（MBRW） is introduced for satellite attitude control,and a novel integrated radial hybrid magnetic bearing（RHMB） with permanent magnet bias is designed to reduce the mass and minimize the size of the MBRW,etc.The equivalent magnetic circuit model for the RHMB is presented and a solution is found.The stiffness model is also presented,including current stiffness,position negative stiffness,as well as tilting current stiffness,tilting angular position negative stiffness,force and moment equilibrium equations.The design parameters of the RHMB are given according to the requirement of the MBRW with angular momentum of 30 N ？ m ？ s when the rotation speed of rotor reaches to 5 kr/min.The nonlinearity of the RHMB is shown by using the characteristic curves of force-control current-position,current stiffness,position stiffness,moment-control current-angular displacement,tilting current stiffness and tilting angular position stiffness considering all the rotor position within the clearance space and the control current.The proposed research ensures the performance of the radial magnetic bearing with permanent magnet bias,and provides theory basis for design of the magnetic bearing wheel.

Integrated Power and Single Axis Attitude Control System with Two Flywheels

The existing research of the integrated power and attitude control system（IPACS） in satellites mainly focuses on the IPACS concept,which aims at solving the coupled problem between the attitude control and power tracking.In the IPACS,the configuration design of IPACS is usually not considered,and the coupled problem between two flywheels during the attitude control and energy storage has not been resolved.In this paper,an integrated power and single axis attitude control system using two counter rotating magnetically suspended flywheels mounted to an air table is designed.The control method of power and attitude control using flywheel is investigated and the coupling problem between energy storage and attitude control is resolved.A computer simulation of an integrated power and single axis attitude control system with two flywheels is performed,which consists of two counter rotating magnetically suspended flywheels mounted to an air rotary table.Both DC bus and a single axis attitude are the regulation goals.An attitude ＆ DC bus coordinator is put forward to separate DC bus regulation and attitude control problems.The simulation results of DC bus regulation and attitude control are presented respectively with a DC bus regulator and a simple PD attitude controller.The simulation results demonstrate that it is possible to integrate power and attitude control simultaneously for satellite using flywheels.The proposed research provides theory basis for design of the IPACS.

激光巨量转移复合型运动平台用洛伦兹磁轴承

针对现有Mini/Micro LED巨量转移运动定位平台不具有轴向微高度调整能力的问题,提出了一种基于轴向平动单自由度洛伦兹磁轴承的复合构型运动定位平台(Motion positioning platform,MPP)。为提高平台轴向悬浮控制带宽与控制精度,设计了“L”型永磁体和倾斜磁化永磁体叠加的多通道磁轴承拓扑构型,利用等效表面电流法建立了气隙区域磁通密度数学模型,得到了影响磁通密度大小和均匀性的结构参数,借助灵敏度分析筛选设计参数并进行优化设计。优化后轴承气隙磁密强度为478.20 mT,气隙磁密轴向波动率为10.6%,分别比原始方案的323.07 mT和10.8%提升48.02%和1.8%。根据优化结果研制了一台基于洛伦兹磁轴承的复合支撑运动平台,并应用于巨量转移设备,进行磁密测量验证和芯片转移效果测试。结果表明,优化方案轴承气隙平均磁密强度为476.75m T,气隙磁密轴向波动率为11.1%,与设计结果相符。转移中使用轴向轴承主动承接芯片,可消除因芯片未完全剥落产生的转移坏点,对提升巨量转移效率和良率有重要意义。

高速磁悬浮鼓风机涡轮锁紧装置设计分析及试验

高速磁悬浮鼓风机由于采用磁轴承支撑和高速直驱的工作方式,相比于传统鼓风机可以显著提高工作效率,具有清洁、静音、维护费用低,无需油膜润滑等优点,但是相对于传统鼓风机,高速磁悬浮鼓风机对涡轮叶片的锁紧装置有特殊的要求。针对一台额定功率为315kW额定转速为30000r/min的高速磁悬浮鼓风机的涡轮锁紧装置进行设计和动力学分析,建立其在加速过程、稳速运行、降速过程和意外跌落过程等4种工况下的力学模型,分析了其工作原理与失效的原因,并针对磁悬浮转子意外跌落的冲击载荷进行了结构上的改进设计,使其满足在所有工况下的可靠锁紧。改进后的锁紧装置通过试验证明了其有效性和可行性,本研究可以为同类机构的设计提供参考。