薄圆盘形转子磁悬浮轴承系统研究

发布时间：2020-05-27 10:58

【摘要】： 本文在传统磁悬浮轴承系统的基础上提出了薄圆盘形转子磁悬浮轴承系统的新型结构,此种磁悬浮轴承系统径向为二个自由度,轴向为三个自由度。建立了此系统的数学模型,分析了系统五个自由度之间相互耦合的情况,耦合包括惯性耦合和陀螺效应耦合,定量地研究了各个自由度之间惯性耦合大小和结构参数之间的关系。研究结果表明:通过优化结构可以减小甚至消除各自由度之间的惯性耦合,而陀螺效应耦合是不可避免的。推导出了系统的状态方程,采用五路独立的PID控制器控制整个系统。借助于Matlab软件中的Simulink工具箱对控制系统进行了仿真研究,仿真结果表明:采用分散控制策略可以使本系统的五个自由度同时稳定悬浮。设计研制了薄圆盘形转子磁悬浮轴承系统试验台,试验台包括薄圆盘形转子、定子、轴向磁悬浮轴承、径向磁悬浮轴承;并根据薄圆盘形转子的尺寸设计了一台适合本系统的盘式电机,以驱动系统旋转。对系统进行试验研究,实现了整个系统五个自由度的稳定悬浮和转子的旋转。目前转子转速已达到1800rpm。
【图文】：

系统结构图,磁悬浮轴承,系统结构

图 1.1 传统磁悬浮轴承系统结构简图显然，在图 1.1 所示的传统磁悬浮轴承系统结构中（图 1.1 只画出了 y、z 轴），磁悬浮的转子是一根细长轴，此系统由一个轴向磁悬浮轴承和四个径向磁悬浮轴承（图 1.1 两个）分别沿着转子的轴向布局，故转子的长度不可避免会较长，而转子的半径较小一个完整的磁悬浮轴承系统称为五自由度磁悬浮轴承系统，一般由四个径向磁悬浮轴轴向磁悬浮轴承组成。一个轴向磁悬浮轴承控制转子的一个自由度（沿 z 轴移动），四悬浮轴承控制转子的四个自由度（沿 x、y 轴移动和绕 x、y 轴转动），从而使转子稳定空中。在磁悬浮轴承正常工作期间，保护轴承不与转轴接触，当突然断电或者主动磁悬浮系，保护轴承起临时支撑高速转轴的作用，防止转子与电机定子和主动磁悬浮轴承定子坏整个磁悬浮轴承系统；当磁悬浮轴承不工作时，转子应落在保护轴承上，而且保护在径向还是轴向都对转轴起保护作用。目前，径向磁悬浮轴承一直是研究的重点，因为要实现转子的稳定悬浮首先需要解决问题。当轴向位移传感器安装在转子的轴心线上，并且推力盘与轴心线理想垂直的情况

系统结构图,磁悬浮轴承,薄圆盘,系统结构

对于本文所研究的薄圆盘形转子磁悬浮轴承系统，其轴向尺寸与传统磁悬浮轴承系统相比较短，只有一个普通轴向磁悬浮轴承的长度，轴向推力盘为控制主体，而沿转子圆周均匀布置了三个轴向磁悬浮轴承，因而转子的半径较大，其大致结构如图1.2所示：图 1.2 薄圆盘形转子磁悬浮轴承系统结构简图图1.2所示的磁悬浮轴承系统是由三个轴向（图中只画出了y、z轴）磁悬浮轴承来控制薄圆盘形转子沿z轴的移动和绕x、y轴转动来控制薄圆盘的盘面与z轴的垂直，由两个径向磁悬浮轴承（图1.2中只画出了一个）来控制薄圆盘形转子沿x、y轴两个自由度的移动，，从而使转子悬浮
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH133.3

【参考文献】