主动式磁悬浮推力轴承位置检测和驱动系统研究

发布时间：2020-09-18 06:36

　　主动式磁悬浮轴承是利用可控磁场力将转子稳定地悬浮于空间,使转子和定子之间无任何机械接触的一种新型高性能轴承,具有无摩擦、无磨损、无污染、低能耗、低噪声以及寿命长等优点,广泛应用在各种高科技领域。本文主要任务是对主动式磁悬浮推力轴承位置检测和驱动系统进行深入的研究,主要工作分为以下几部分: 本文首先介绍了主动式磁悬浮轴承的总体结构和径、轴向结构及其工作原理。以轴向磁轴承系统的电磁力模型和运动学方程为基础,推导出轴向轴承的数学模型。在此基础上,本文将对主动式磁悬浮推力轴承的位置检测和驱动系统进行研究。接着针对主动式磁悬浮推力轴承的结构特点,设计一种新型的差动变压器式位移传感器,实现转子轴向位移的径向测量。建立传感器与转子的等效电路和数学模型,分别用磁路计算法和工程电磁场有限元分析软件Ansoft对模型进行计算和仿真分析。结果均表明,该传感器的输出电压与转子的轴向位移成正比,并且这种新型差动变压器式传感器具有高线性度、高灵敏度和低损耗的特点。由于这种结构的轴向传感器是安装在径向传感器的框架中,则整个磁轴承系统的结构将被大大简化。然后提出了一种新型混合式功率放大器的结构及控制方法,即采用斩波器调节线性功率放大器电源电压并保持功放管集电极电压恒定的控制策略。研究结果表明,其既有线性功率放大器电流纹波小、动态响应快的优点,而且在相同的动态响应下,其功率放大器的损耗又远小于线性功率放大器。最后,对全文进行了总结与展望。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH133.3
【部分图文】：

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3.混合式磁悬浮轴承(简称HMB)，既有可控的电磁铁又有永磁体或超导体[2]。其中，常用的主动式磁悬浮轴承磁场是可控的，主要由电磁铁、转子、传感器、控制器和功率放大器组成。如图1.1所示。通过位移传感器检测被悬浮转子的位置信号，与给定信号比较后送入信号处理电路，再由控制器和功率放大器控制定子上的电磁线圈电流，进而控制电磁力实现转子稳定悬浮。由于采用了主动式反馈控制，其刚度和阻尼都灵活的在线可调。因此，对这种主动式磁悬浮轴承控制系统进行研究具有十分重要的意义‘3司。

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图1.2Levitomix公司永磁偏置磁轴承电控系统Fig.1.2ControllingsystemofPermanentmagnetismbiassusPensionbearingofLevitomix图1.3Levitomix公司永磁偏置磁轴承机械系统Fig.1.3MechaniealsystemofPermanentmagnetismbiassusPensionbearingofLevitomix目前研究磁悬浮轴承技术较为活跃并处于领先地位的主要有瑞士联邦工学院(ETH)、美国Maryland大学和Verg而a大学、日本东京大学和英国Sussex大学等研究机构。国内对磁轴承的研究工作起步于80年代初，尚处于实验室及理论研究阶段，还没有进行批量生产及成功应用于实际机组的例子。近年来我国学者对此作了大量的工作。国内清华大学、西安交通大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学等都在开展磁轴承方面的研究。清华大学工程物理系的赵鸿宾教授从1988年致力于此项研究，指出磁轴承属机电一体化产品，是多学科交叉的结晶。赵鸿宾教授所

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