基于RBF近似模型的磁悬浮轴承结构优化设计

主动磁悬浮轴承（active magnetic bearing，AMB）-转子系统中，转子质量分布上的不平衡引起不平衡振动，为提高系统的稳定性、减小转子在一阶弯曲临界转速处的不平衡振动，建立了考虑不平衡力和不平衡磁拉力的磁悬浮柔性转子机电一体化模型，并结合径向基（radial basis function，RBF）神经网络算法，得到转子振幅关于磁悬浮轴承结构参数的近似模型；以振幅最小为目标，通过参数灵敏度分析和多岛遗传算法（multi-island genetic algorithm，MIGA）对磁悬浮轴承进行结构优化设计. 数值仿真结果表明:在一定范围内增大磁悬浮轴承的偏置电流、磁极面积、线圈匝数，减少单边气隙能够增大系统阻尼，可以降低一阶弯曲临界转速处的不平衡振动幅值，优化后不平衡振幅较优化前减少近50%.      

主动磁悬浮轴承在余热发电机的应用研究

针对传统余热发电设备存在发电效率低、成本高、体积大等问题,设计了一款装备5自由度（5-DOF）主动磁悬浮轴承的余热发电机,用于余热发电有机朗肯循环系统. 首先,基于电机转子轴径限制和最大承载力要求,确定径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承的结构形式,采用一维磁路模型和二维有限元分析,计算并校核磁悬浮轴承的尺寸和性能参数;其次,为保证磁悬浮轴承的稳定裕度,采用三电平PWM功率放大器降低输出电流纹波,利用不完全微分PID控制器和不平衡补偿算法实现5自由度稳定悬浮;最后,将该磁悬浮余热发电机应用到实际客户现场,从稳定裕度、承载力和轴振峰峰值3个维度验证磁悬浮余热发电机的可靠性. 现场试验结果表明:磁悬浮余热发电机系统运行稳定可靠,实现了满功率发电和长期运行考核;在全工况运行范围,磁悬浮轴承系统的灵敏度函数小于12 dB,余热发电机转子振动峰峰值小于53 μm,满足ISO14839-3规定的长期稳定运行要求;轴向承载力最大达到3 600 N,满足实际工况需求.      

磁悬浮裂纹转子-轴承碰摩系统的动力学特性

为了研究磁悬浮裂纹转子-轴承碰摩系统的动力学特性,采用数值积分法,利用分岔图、时间响应图、Poincaré截面图和相图,首先探究裂纹深度A和裂纹角对β系统产生的影响,其次探明刚度比K、偏心量比U和库伦滑动摩擦系数μ对裂纹磁悬浮转子动力学的影响.结果表明:当磁悬浮转子出现裂纹时,随着裂纹的加深,转子的刚度会被裂纹的扩展所弱化,引发转子剧烈震动导致失稳,此外裂纹深度较大时,偏心量比U和库伦滑动摩擦系数μ对系统运动状态产生微弱的影响.     

数控磁悬浮智能转子系统的研究

探讨了利用磁悬浮技术支承转子,对高速精密转子进行智能控制;论述了磁悬浮转子系统智能控制所具有的特点;提出了采用离线选择、在线调节式的专家控制器结构。     

磁悬浮支承-飞轮系统稳定运行关键技术综述

作为飞轮电池（飞轮储能系统）中的核心部件,磁悬浮支承-飞轮系统能否稳定运行直接影响整个飞轮电池系统的运行品质. 为促进我国新能源技术发展,加快“双碳”目标实现,在大量前沿研究成果的基础上,系统分析并总结了影响系统运行品质的复杂振动行为,归纳出模态自激振动与强迫响应振动是导致飞轮转子系统失稳的主要因素;基于两类不稳定因素,介绍了拓扑结构、动力学建模、控制策略、辅助保护等与系统稳定运行相关的关键技术的研究现状;提出了拓扑轴系高集成化、系统材料合理配比、辅助控制容错能力及备用轴承高可靠性这几个方面是今后研究的重点领域,旨在为实现磁悬浮支承-飞轮系统的高稳定运行提供解决思路.      

磁场饱和与畸变对发电机电感参数计算的影响

为了提高发电机故障检测的灵敏性,需要准确计算发电机电感参数.考虑发电机负载运行时磁路的饱和与位置的畸变,分别应用磁路法和磁场法计算了不同饱和程度与畸变程度下的电感参数,讨论了磁路饱和与磁场畸变对电感参数的影响,指出磁路法计算电感参数的局限性.对一台一对极隐极式发电机样机进行的不同工况下转子匝间短路实验表明：磁场法可以充分考虑物理情况,参数计算结果更加准确.在要求准确计算电感参数的场合使用磁场法更合适.     

磁浮轴承系统的数学模型与控制分析

磁浮轴是一种依赖电磁力支承转子的新型无接触轴承,与传统油润滑轴承相比,具有许多优越性。介绍了磁浮轴承的基本原理和结构,在建立磁浮轴承一对径向定位电磁铁单自由度数学模型的基础上,对该不稳定系统进行了ＰＩＤ补偿控制,研究了控制器参数对系统稳定性的影响。     

基于响应面法发动机支架的优化分析

运用响应面法,以提高发动机支架的强度、刚度为目标,在极限工况下对发动机支架进行了优化分析,找出其最优设计值,分析表明:在涉及结构参数、设计要求、优化目标函数等多变量情况时,该方法能得到较好的优化结果。     

高速铁路板式轨道结构参数对轮轨噪声的影响

为了降低轮轨噪声,利用轮轨噪声预测模型与软件STTIN(Simulation of Train/Track In-teraction and Noise),分析了板式轨道结构参数对轮轨噪声的影响。发现以下规律:轨下胶垫刚度大于200 MN.m-1时,轮轨噪声水平显著上升;当轨下胶垫阻尼值偏离100 kN.s.m-1时,噪声将增大;改变板下支承刚度,轮轨噪声基本不变化;增加轨道板质量,轮轨噪声降低。结果表明,轨下胶垫的刚度与阻尼是影响轮轨噪声的主要因素,而轨道板质量次之,轨道板下支承刚度对轮轨噪声基本无影响。     

转子-轴承-密封系统的多因素动力行为研究

建立了转子-轴承-密封动力学模型,通过数值积分模拟方法,研究了轴系对中偏心、轴承支承润滑特性、密封力等动态因素对系统振动的影响,其运动行为和各因素对系统运动稳定性的影响,得出了各种因素与系统运动行为之间的相互关系.     

轴-径向混合磁轴承动态特性及控制研究

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.      

新型转子结构的三自由度混合磁轴承损耗分析

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50000 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%.      

磁力涡旋压缩机永磁随变机构的力学特性

为减少涡旋压缩机运行时的机械接触,针对无油涡旋压缩机的结构特点提出一种永磁随变机构,并分析其力学特性. 首先,分析永磁随变机构的工作原理,采用虚位移法建立磁力模型,运用理论公式、有限元仿真和实验分析永磁随变机构工作气隙处的磁感应强度;其次,通过理论公式和有限元仿真,分析永磁随变机构结构参数与力学特性的关系;最后,通过磁力涡旋压缩机的性能参数和磁力测试实验对永磁随变机构的力学性能进行验证. 结果表明:永磁随变机构的径向磁力在一定范围内随着径向位移的增加而增加,随着轴向位移的增大而减小;在永磁随变机构工作中,径向位移与永磁随变机构刚度系数近似呈线性关系;在工作距离内永磁随变机构单组磁环的最小轴向磁力为8.73 N,在工作轨迹上的径向力为4.8 N,满足磁力涡旋压缩机的工作需求.      

基于SOGI-FLL-WPF的磁悬浮多跨转子不对中振动检测

为解决磁悬浮多跨转子不对中振动检测问题，首先，建立磁悬浮转子系统动力学模型及联轴器不对中模型；其次，基于多跨转子力学模型模拟转子不对中振动状态，并采用二阶广义积分-锁频环（second order generalized integrator-frequency locked loop，SOGI-FLL）对振动信号进行转速辨识；然后，将转速辨识信息输入至SOGI进行转速同频陷波，进而利用带预滤波器的SOGI-FLL （SOGI-FLL with prefilter，SOGI-FLL-WPF）对陷波后的信号进行磁悬浮多跨转子不对中振动检测；最后，通过磁悬浮多跨转子定速和升速状态下的仿真计算，验证了本文提出多跨转子不对中振动检测方法的可行性. 实验结果表明:由转子不对中引起的转速二倍频振动信号可被快速辨识出幅值和频率，可为磁悬浮多跨设备的应用奠定基础.      

THE EDDY LOSSES OF A MAGNETIC THRUST BEARING

Accurate calculations of losses associated with the operation of magnetic bearings are particularly important for high speed applications where the rotor losses are expected to be large and for some particular applications where even low power losses will be critical. Power losses in the magnetic thrust bearing is often neglected, but if there is misaligned in the rotor and bearing, the magnetic field in the thrust bearing is no longer axisymmetric one, or the dynamic control current in the winding is time dependent one, eddy currents are caused to flow inside the conducting material, then the power losses are very important for magnetic bearing design. This paper presents an analytical model of a thrust magnetic bearing, and the magnetic fields, forces and losses of thrust magnetic bearing are calculated. In the calculations the frequency of dynamic control current is up to 1 000 Hz, rotating speed is from 60 rpm to 1 200 rpm, and the non-linearity of material is also taken into consideration. The results shows that if the magnetic field is not saturation, the eddy losses is proportional to dynamic control current frequency and a square function of dynamic control current, and also 5/2 power function of shafts speed.     

基于柔性神经网络自适应PID的磁轴承径向力控制

针对电机磁轴承径向力控制的严重非线性,提出了利用神经网络自适应整定PID参数,从而直接调节磁轴承径向悬浮绕组电流实现转子径向稳定悬浮的控制方案.在利用BP神经网络结合PID控制实现转子径向稳定悬浮的基础上,为改善径向位移跟踪的动静态性能,提出了基于柔性神经网络的径向力控制,给出了详细的控制算法,并仿真比较了柔性神经网络控制与BP神经网络控制下转子在空载和突加负载时径向悬浮情况,仿真结果表明柔性神经网络控制具有更好的动静态性能,为智能控制的进一步应用研究提供了基础.     

基于多目标形貌优化的缸盖罩低噪声设计

为降低柴油机缸盖罩结构辐射噪声,运用有限元边界元法对其进行了噪声虚拟预测,得到噪声贡献量突出的关键模态.将缸盖罩结构的静态整体刚度和动态多阶关键频率统一为Euclidean 距离的多目标函数,采用带权重的折衷规划法对缸盖罩进行多目标形貌优化,并考虑装配、加工工艺性等因素重新设计了缸盖罩CAD模型.在保持边界条件一致的情况下,对重新设计后的缸盖罩进行噪声分析,结果表明:改进后的缸盖罩整体刚度得到加强,关键频率避开了主要辐射噪声共振频率区域,总声功率级下降3.5 dB(A).      

KEY TECHNOLOGY FOR PRACTICAL 1-mm-DIAMETER ELECTROMAGNETIC MICROMOTOR

IntroductionThe development of microfabricated motors hasbecome an expanding field in microtechnology.The efforts have been concentrated on the use ofelectrical forces,mostly with electrostaticdrive[1～ 7] .Electrostatic micromotors with typi-cal rotor diameters of1 0 0 μm have been fabricat-ed entirely by planar IC- processes.Their maindrawbacks are small output torque( 1 0 -9N· m-scale) and high driving voltage( about1 0 0 V) .In contrast,electromagnetic drives which are ef-ficient as th…