磁悬浮电机应用技术

磁悬浮电机应用技术（共9篇）

1.磁悬浮电机应用技术 篇一

磁悬浮技术在汽车工程中的应用分析

摘要：电磁悬浮系统具有较好的可控性，永磁悬浮系统具有良好的非线性刚度特性，且具有使用寿命长、技术实施要求不高、无噪声、无污染等优点。本文综述和分析了磁悬浮技术在汽车主动悬架、汽车减振器、汽车座椅、救护车担架中的应用，提出了一些需要思考和解决的问题，并展望了磁悬浮技术在汽车工程中应用的前景。

关键词：磁悬浮 汽车 应用前言

磁悬浮是在没有接触性约束的条件下，在磁力作用下，使物体在空间处于稳定的一种状态。由于它具有非接触、无摩擦、无污染等特征，使其在工程中的应用场合显示出极大的优越性，近年来倍受工程技术人员关注。

按悬浮方式分，如图1 所示，磁悬浮机构可分为排斥式和吸引式两种类型。排斥悬浮的优点是对应于负荷上下位置比较稳定，但为防止其侧向移动而需垂直导向；吸引悬浮的优点是左右位置比较稳定，但上下位置不能调整，左右位置需导向。按动力来源分，磁悬浮机构可分为电磁悬浮和永磁悬浮两种类型。电磁悬浮系统是通过控制电磁铁的电流来达到控制间隙、悬浮物体的目的。目前，磁悬浮产品的研制尚主要限于超导技术、电磁技术范畴，其在振动控制中亦主要用于主动隔振。随着超导技术的飞速发展，磁悬浮列车已步入实用化阶段，磁悬浮轴承在工业中获得了越来越广泛的应用。但因电磁悬浮系统需要较强的动力供给，控制系统较复杂，技术水平要求较高且价格昂贵，从而限制了其在工程中的应用。永磁悬浮系统是利用永磁体的磁感现象以及永磁体之间的斥力和引力来达到悬浮的目的。20 世纪70 年代以来，永磁材料的应用范围日益扩大。目前，永磁材料已进入第三代，并在磁性材料的研究上取得了重要突破。Nd-Fe-B系永磁材料被称为现代磁王，其潜在磁能积的理论值高达525.4KJ/m3，能推起相当于自身重量640 倍的重物，而一般铁氧体也能推起相当于自重120 倍的重物。由于永磁悬浮系统具有技术实施及维修保养水平要求不高、成本较低等优点，其在工程中的应用愈来愈广泛。

图1 磁悬浮机构悬浮方式原理示意图

目前，成熟的磁悬浮系统在汽车工程中的应用较少，但磁悬浮技术在磁悬浮列车中的应用给我们带来了启示：既然采用磁场作为弹性介质的磁悬浮列车比采用钢板弹簧和螺旋弹簧的旧式列车有更好的减振性能，那么将磁悬浮技术应用于汽车也应当有类似的结果。因而，一些有识之士已开始探讨将磁悬浮技术应用于汽车工程中。本文综述和分析、探讨了磁悬浮技术在汽车工程中的应用，并展望了应用前景。磁悬浮技术在汽车主动悬架中的应用

通过改变电磁铁线圈中电流，不但可以改变电磁力的大小，而且可以改变电磁力的方向。因此，可基于电磁铁设计汽车主动悬架系统[1,2]。汽车磁悬浮主动悬架系统的工作原理框图如图2 所示[1]，主动悬架系统的机械部分由工作缸筒、永磁体和铸钢体等组成。控制系统由电子元件、超声波传感器、控制器、功率放大器和线圈组成。由超声波传感器检测位移激振信号，该信号转换成电信号后经过控制器处理，来调整线圈电压的大小，使作用在铸钢体上的力发生变化，达到调整系统刚度和阻尼系数的目的。为了克服主动悬架系统中电磁力控制稳定性差和电磁悬浮刚度小等缺点，可采用弹簧和电磁力共同构成悬挂系统的刚度，如图3 所示。

图2 汽车磁悬浮主动悬架系统的工作原理框图

图3 电磁力、弹簧复合刚度控制器

仿真结果表明，由于电磁悬浮主动悬架系统的控制器参数可调，使得该系统具有很好的动力可调特性，其刚度和阻尼在线可调。但电磁悬浮技术在汽车主动悬架中的应用还有许多问题需要进一步研究，如系统参数优化，控制策略和算法，电磁悬浮系统的工程实现等。磁悬浮技术在汽车减振器中的应用

如采用由两块同极相对的高强度永久磁铁产生的磁场作为汽车减振器的弹性介质，两磁铁同极间的斥力随着两磁级间距离的减小而变大，因此具有良好的非线性刚度特性，而且可根据负载自动调整刚度及车身高度，可以很好地满足汽车行驶平顺性的要求。

一种磁悬浮汽车减振器的结构如图4 所示[3]。此磁悬浮减振器的弹性力主要由上、下主磁铁29、18的N 极间的排斥力产生。行程开关触点11 通过连杆2 与活塞柱1 相连接，塑料套筒19、26 和橡胶隔块32、33 起限定聚磁磁铁16、31、34 位置的作用，密封圈4 起防尘、密封的作用。当活塞柱1 相对压盖5向上运动时，弹簧7 起缓冲的作用，当活塞柱1 相对基筒6 向下运动时，橡胶垫片17、20、30 起缓冲的作用。固定片27 与橡胶垫片17 间的空腔内充有油液，导管15 分别与套筒8 及一储液罐（上部空腔内充有气体）相连。当该减振器被压缩时，套筒8 内的油液通过导管15 进入一储液罐，由于此时储液罐内的阻尼片可随油液上升，所以油液阻力很小。当该减振器被压缩后复原时，活塞柱1 向上运动，储液罐内的气体压力较大，把油液下压，经阻尼片上的阻尼孔压回套筒8 内，油液经阻尼片上的阻尼孔时发热，振动能量转化为热能。另外，通过控制电路液力左右移动活塞柱24，可运用聚磁原理调整减振器的刚度特性，并可改变减振器的长度，从而调整车高。1、24–活塞柱 2–连杆 3、22–压环 4、23、28–密封圈 5–压盖 6–基筒 7–螺旋弹簧

8–套筒 9、10、12、13、14–行程开关 11–行程开关触点 15–导管 16、21、31、34–聚磁磁铁17、20、30–橡胶垫片 18–下主磁铁 19、26–塑料套筒 25–基座 27–固定片 29–上主磁铁 32、33–橡胶隔块

图4 磁悬浮汽车减振器结构示意图

由以上可以看出，此磁悬浮减振器原理正确，具有很好的可行性，但其减振性能仍需做深入细致的仿真分析和实际试验验证。值得一提的是，通过上、下主磁铁间充有油液的方式缓冲振动一方面会增加减振器的加工技术要求（如密封技术），另一方面会使减振器发热，而温度对磁性材料的性能有一定的影响，如采用加装散热片散热，将使结构更趋复杂。如采用将此减振器与一阻尼器并联的工作方式，可能会具有更好的可行性。磁悬浮技术在汽车座椅中的应用

为提高汽车乘坐舒适性和操纵性能，可将磁悬浮技术应用于汽车座椅上[4,5]。

图5 所示为按照吸引悬浮的原理设计的汽车磁悬浮座椅[4]。该座椅所采用的磁铁为断面尺寸为30mm(H)×24mm(W)(W/H 比为0.8)的钕-铁-硼磁铁，磁铁间距在1～5mm 内可调。上导槽的上下升程为10mm，为了使悬浮磁铁不接触下导轨，上下导轨间安装了树脂衬垫，当产生冲击时，为了不使座椅脱开，采用了上导槽夹住下导轨的结构。为了使左右方向磁铁间隔一定，外侧安装轴承来定位。左右上导槽间以刚性结合来限制向外的偏移。试验结果表明，试制的座椅前后滑动时，与常规座椅相比，滑动阻力减小到1/5～1/10。

图5 汽车磁悬浮座椅的可调轨道机构

为克服排斥型磁悬浮系统刚度大、难于控制的缺陷，可采用线性弹簧和非线性磁浮装置组合的方法设计汽车座椅[5]，使该座椅具有小变形时较“软”的线性特性，大变形时较“硬”的非线性特性。试验结果表明，该种座椅隔振性能良好，基本相当于半主动隔振系统，抗冲击性能良好，可克服常规座椅在大载荷下“撞底（bottoming）”的现象，同时该种座椅还具有行程小的优点。磁悬浮技术在救护车担架隔振中的应用

一种救护车磁悬浮担架的结构如图6 所示[6]，该磁悬浮担架由支架、安装在支架下方及地板上方磁极相对的上磁体和下磁体、支架与地板之间的四边形连杆机构组成。在上述两块磁体的作用下，担架支架通过四边形连杆机构悬浮在地板上，从而可有效吸收担架支架的振动。

图6 救护车磁悬浮担架结构示意图 几点探讨

6.1 磁屏蔽问题

磁场是否损坏人体健康、能否有效屏蔽是磁悬浮技术在汽车工程中应用最值得注意的主要问题之一。在现有磁悬浮技术在汽车工程中应用方面的文献中，对磁屏蔽问题都没有述及，但该问题已在磁悬浮列车中得到有效解决。根据日本的报告，磁悬浮系统形成的电磁回路所产生的磁场，仅相当于地磁，对人体丝毫不会产生危害。而德国的测量结果更明确：坐在他们的磁悬浮列车上所感受到的磁场影响，小于坐在4米远的地方看一台21 英寸的黑白电视机。因此，根据磁悬浮列车的研究成果，磁屏蔽问题能够在汽车工程中应用的磁悬浮机构中得到有效解决。

6.2 磁悬浮系统阻尼问题

在现有的磁悬浮机构中，有些系统采用磁悬浮与阻尼器并联使用的方式[2,3,5]，有些系统仅采用了磁悬浮方式，未加阻尼[1,6,7]。有的研究者认为，磁悬浮自身可产生阻尼，且阻尼因子d=0.23[7]，有的研究者认为，磁悬浮自身产生阻尼是因相位变化而引起的[5]。磁悬浮系统的阻尼是自身产生还是因导向机构的摩檫力造成，其产生阻尼的机理如何，尚需进一步研究。

6.3 正负刚度不对称问题

磁悬浮系统正负刚度不对称，即向下压缩时的刚度大于向上运动时的刚度，从而造成了磁悬浮系统时域振动曲线的非对称性，这一问题在磁悬浮系统设计中值得注意。结语

电磁悬浮系统具有较好的可控性，可将其应用于汽车主动悬架设计中。永磁悬浮系统具有良好的非线性刚度特性，且具有使用寿命长、技术实施要求不高、非接触、无噪声、无污染等优点，可将其应用于汽车减振器、座椅、救护车担架中。随着磁悬浮技术的完善，还可进一步开发出磁悬浮式发动机支架、磁悬浮式防撞保险杠等产品。因此，磁悬浮技术在汽车工程中具有良好的应用前景，但有些问题诸如磁屏蔽、工程实施、磁悬浮阻尼等尚需做进一步做深入细致的研究。

参考文献 刘小英，王凌，赵淑英等.汽车磁悬浮减振系统的结构分析与模型研究.武汉汽车工业大学学报，2000（3）：14~17 陈渝光，李太福，肖蕙蕙等.基于磁悬浮刚度控制器与可调阻尼器的智能减振器研究.重庆工学院学报，2001（2）：62~64 李辉，何锃.磁悬浮减振器的研究.汽车工艺与材料，1999(5)：34~37 4 刘继承.磁悬浮技术在汽车座椅上的应用，国外汽车，1992(1)：25~28 Etsunori Fujita, Noritoshi Nakagawa etc.Vibration Characteristics of Vertical Suspension Using Magneto-Spring.1999 Society of Automotive Engineers, 1999-01-1781,2893~2908 坂本丰.防振担架架，专利号：JP10277095 崔瑞意，申仲翰，刘玉标.磁悬浮隔振装置的研制及基本机理研究.力学与实践，1999(4)：54~56(end)

2.磁悬浮电机应用技术 篇二

传统结构磁悬浮开关磁阻发电机( Bearingless Switched Reluctance Generators,BSRG)[1]的气隙磁场由载流悬浮绕组和励磁绕组共同产生,使得BSRG悬浮和发电系统间呈现高度的非线性和耦合性,导致建模及控制难度较大。文献[2,3]为避免电机内强耦合问题提出了一种混合定子型结构; 文献[4]在混合定子结构基础上通过增设发电绕组而提出了一种BSRG,开辟了混合定子BSRG的研究。然而该发电机采用8 /10 极结构,励磁磁路较长会引起较大的铁芯损耗,而且悬浮极与发电极共用定子轭部,悬浮力受发电极绕组电流变化的影响较大。为此,论文提出了一种12 /14 极短磁路BSRG,阐述了其运行机理,建立了数学模型,并利用有限元分析( FEM) 进行验证。

2 结构及运行原理

图1( a) 为8 /10 极BSRG,与传统的BSRG不同的是该发电机采用的是混合定子结构,定子上依次设有发电极和悬浮极,悬浮极定子齿宽为36°,是发电极定子齿宽的2 倍。该发电机采用的是长磁路,会引起较大的铁芯损耗。

图1( b) 为新型12 /14 极BSRG结构示意图,该发电机定转子采用的是双凸极结构,定子铁芯上依次间隔设置了悬浮极和发电极,悬浮极定子齿宽为25. 7°,发电极定子齿宽和转子极齿宽均为12. 85°。定子极x1、x2、y1、y2为悬浮极,分别位于x轴和y轴的正负方向,各绕有Nf匝悬浮绕组,由4 套功率变换电路独立控制,产生x、y方向上的径向力。定子极A1~ A4( A相) 和B1~ B4( B相) 为发电极,各同时叠绕Ns匝励磁绕组和Ng匝发电绕组,由2 个功率电路进行控制。

图1 中, 和 分别为x,y轴正负方向悬浮绕组的流入电流和流出电流; 和 分别为A相和B相励磁绕组的流入和流出电流; 和 分别为A相和B相发电绕组的流入和流出电流。

当电机转子在x负方向上有偏移时,只需要在x1极上通以电流ix1,其他的悬浮定子极无需通电,直到转子回到平衡位置。同理,转子在y负方向上有偏移时,只要在y1极上通以电流iy1。定子极x1,x2,y1和y2通以两极电流,可以合成所需的任何方向的径向悬浮力,从而满足电机转子的自悬浮。

励磁绕组电流可以为发电子系统提供励磁,在电机转子转动过程中,将会在发电绕组内产生感应电势。在励磁绕组完成励磁关断电流后,发电绕组进入续流发电阶段。通过控制A、B两相励磁绕组的轮流导通以及励磁电流的大小,即可在发电绕组内产生所需的发电电压,经整流、滤波和稳压后可以为负载连续供电。

由于悬浮定子极的齿宽等于转子的节距,是转子齿宽的两倍,所以在转子的旋转过程中,悬浮极和转子齿的对齐面积不变,且等于转子齿宽,这有利于产生径向力,且该径向力不跟随转子位置角变化。同时,悬浮极和转子齿的对齐面积不变,悬浮绕组的电感变化很小,因此由悬浮绕组产生的转矩可以忽略不计,对发电绕组的感应电势影响很小,即发电绕组和悬浮力绕组间耦合很小,大大简化了控制方法。这也是相对于传统BSRG,新型结构电机的最大优点。

3 数学模型

3. 1 悬浮子系统数学模型

根据等效磁路和虚位移法[5,6]可以推导出转子受到x方向的悬浮力Fx为:

式中

3. 2 发电子系统数学模型

以A相励磁为例,设励磁绕组端电压为Usa,电阻为Rsa,发电绕组端电压为Uga,电阻为Rga,则根据电磁感应定律和基尔霍夫第二定律[7],有

由于 不好直接测得,借助FEM先求得其绕组磁链与转子位置角θ和励磁电流isa的关系。以表1参数建立该发电机Maxwell 2D模型,给A相励磁绕组施加励磁电流isa=1,2,…,11A,转速为15000r/min,进行瞬态分析,记录转子位置θ=0°,0.9°,1.8°,…,27°处的磁链值。图2(a)、图2(b)分别为励磁绕组磁链ψsa和发电绕组磁链ψga关于转子位置角θ和励磁电流isa的特性曲线。

FEM先求得其绕组磁链与转子位置角 θ 和励磁电流isa的关系。以表1 参数建立该发电机Maxwell 2D模型,给A相励磁绕组施加励磁电流isa= 1,2,…,11A,转速为15000r / min,进行瞬态分析,记录转子位置 θ = 0°,0. 9°,1. 8°,…,27° 处的磁链值。图2( a) 、图2( b) 分别为励磁绕组磁链 ψsa和发电绕组磁链 ψga关于转子位置角 θ 和励磁电流isa的特性曲线。

由图2( a) 可以看出,θ 和isa对 ψsa均有影响,随着isa的增大和转子齿与发电机A极逐渐对齐,ψsa将由线性进入非线性区间。由图2( b) 可以看出,ψga同时受 θ 和isa的影响,增大励磁电流或者转子齿偏离发电极时,ψga也将由线性特性转变为非线性区间特性。发电绕组磁链 ψga随转子位置角的变化而变化,在转子与发电极定子齿不对齐处,磁链变化明显,没有平坦区域,即说明在此期间发电绕组一直有感应电压产生。

由图2( a) 、图2( b) 可以看出,绕组磁链与励磁电流和转子角位置呈复杂的非线性关系,很难建立精确的数学模型,考虑到其计算复杂且精确度难以保证,采用分段线性化方法将绕组磁链曲线 ψsa-isa,ψsa- θ,ψga- isa,ψga- θ 分别进行线性化: ψsa=λκsaisa+ ψκsa,ψsa= λεsaisa+ ψεsa,ψga= λκgaisa+ ψκga,ψga= λεgaisa+ ψεga,ε,κ = 1,2,…,7。系数 λκsa,ψksa,λεsa,ψεsa,λκga,ψkga,λεga,ψεga可根据有限元分析结果,应用最小二乘法算法进行拟合。

4 有限元分析及验证

为验证数学模型的准确性,在Maxwell 2D下对该新型发电机模型进行静磁场分析,在转子与A相对齐时,即转子位置角为 θ = 0°处,施加iy1= 0 ~ 2A,得到y方向的悬浮力Fy的有限元及公式计算结果如图3( a) 所示。由于建立数学模型时忽略了磁饱和及边缘磁通的影响,计算结果与有限元结果有偏差,对公式乘以系数加以修正,用二分法求得k =25 /32。分别施加iy1= 1A和iy1= 2A,得到y方向上的悬浮力关于转子位置角的变化曲线如图3( b) 所示。由图3( a)可以看出,对于某一个固定的转子位置,在相对应的悬浮绕组电流增加的过程中,悬浮力与电流呈平方关系,乘系数k后能较好地吻合。由图3( b) 可以看出,当悬浮绕组电流恒定时,悬浮力计算公式结果恒定,有限元分析结果波动也很小,两者能较好地吻合,且悬浮力不随转子位置角变化而变化。

进入瞬态分析,设定转速n = 15000r/min,isa=10A时,发电机绕组感应电压Uga的有限元分析及公式计算结果如图3( c) 所示。可从图3( c) 中看出,分段线性化的发电数学模型和有限元分析的发电电压值相符合,验证了所建发电模型的有效性和正确性。

5 磁场特性分析

本文在Ansoft/Maxwell 2D下建立了12 /14 极短磁路BSRG模型和8 /10 极BSRG模型,主要参数如表1 所示。定义转子角位置为 θ,转子齿与A相发电机对齐时为0°,转速为n,两者均以逆时针方向为正。

图4( a) 、4( b) 分别为8 /10,12 /14 极发电机在仅通励磁绕组电流时的磁路图,从图4 中可以看出8 /10 的发电机定子铁芯有磁通逆转且磁路为长磁路,而12 /14 发电机为短磁路,且定子铁芯中没有磁通流过。

为研究新型BSRG各绕组之间的关系,利用有限元模型进行静磁场分析。给两种发电机的y1极悬浮绕组施加2A的电流,给A极励磁绕组加不同的电流: 0 ~ 4A,得到的y1极电感的变化如图5( a) 、5( b) 所示; 给两种发电机的A极励磁绕组施加2A的电流,给y1极悬浮绕组加不同的电流: 0 ~ 4A,得到的A极电感的变化如图6( a) 、6( b) 所示。由图5可以看出,相比于8 /10 模型,12 /14 模型的励磁绕组电流变化对悬浮绕组电感的影响较小,波动也小。这是由于短磁路只穿过桥接两磁极的定子轭部,而不是共有的整个轭部; 而8 /10 的极弧长度相对于12 /14 的稍大,故它的悬浮绕组的电感也稍大些。由图6 可以看出,给悬浮绕组通不同电流,对两种模型的励磁绕组电感都没有影响,但是12 /14 模型的电感比8 /10 模型的要大得多,这与其极弧大小和磁路有关。

进一步研究悬浮绕组与发电绕组之间的电磁耦合关系,进行有限元瞬态分析,转子初始位置角 θ0= 0°,转速为15000r / min,给两种发电机的A相励磁绕组加电流isa= 10A,给y1极悬浮绕组加不同的电流iy1= 0 ~ 5A,记录发电绕组的感应电压Uga,其变化曲线如图7 所示。从图7 中可以看出,12 /14模型的悬浮绕组电流变化对发电绕组的感应电压影响很小; 而8 /10 模型下则会有较大的波动,曲线没有12 /14 模型的平滑。由于极弧大小的影响,8 /10模型的感应电压较12 /14 模型的要大。

6 结论

3.磁悬浮电机应用技术 篇三

(1.北京航空航天大学惯性技术重点实验室， 北京 100191； 2.新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室， 北京 100191)

引 言

由于主动磁轴承(Active Magnetic Bearing)具有无机械磨损、无需润滑、可主动振动控制等优点[1]，得到了越来越多的研究和应用，随着磁悬浮技术的日益成熟，磁悬浮电机被广泛应用到诸如磁悬浮鼓风机、磁悬浮压缩机等高速旋转机械装备领域。相比传统的旋转机械装备，磁悬浮电机通常需要运行在高转速下才能提升整机系统的节能效率等性能指标。随着转速的提高，磁悬浮电机转子在高速时的失稳问题也逐渐凸显，提高磁悬浮转子在高速时的稳定性，保证磁悬浮电机在高速时的稳定运转是磁悬浮电机要解决的一个重要问题。磁悬浮电机转子在高速时失稳，其主要表征就是转速同频分量的增大和低频振动的增加，前者可以利用动平衡技术来解决。在保证磁悬浮转子具有较好的动平衡即在高速时具有较小的转速同频分量的情况下[2,3]，低频振动成为影响其高速稳定性的一个至关重要的因素，抑制磁悬浮转子在高速时的低频振动，可以有效提高其在高速时的稳定性。

对于大惯量扁平转子因陀螺效应引起的低频振动，相关领域的研究者进行了相关方面的研究[4,5]，也提出了有效的解决方法；而对于磁悬浮电机转子在高速时的低频振动，研究相对较少。现在大多数研究者选用先进控制算法来提高磁悬浮转子高速时的稳定性[6,7]，抑制低频振动，但很多先进控制算法运算复杂，再加上现用控制器在运算位数、处理速度等方面的限制，此方法不但不能有效抑制其低频振动，还会给系统带来更大的相位滞后，加剧其在高速时的不稳定。Jugo等利用频域模型对磁悬浮转子高速稳定性进行了研究[8,9]，分析指出磁悬浮转子在高速时低频振动的增大，造成了系统的失稳。但该文章仅限于理论分析，没有提出有效的解决方案。

本文利用改进型干扰观测器(Improved Disturbance Observer, IDOB)对磁悬浮电机转子在高速时的低频振动进行观测[10]，并在控制器中对其进行抑制。对100 kW磁悬浮电机运行在24 000 r/min转速时进行了实验验证。实验表明，该方法有效地克服了磁悬浮电机转子高速时形变的影响，对低频振动有很好的观测抑制作用，极大提高了磁悬浮电机转子高速时的稳定性。

1 IDOB原理分析

IDOB的实质为改进型干扰观测器，传统的干扰观测器需要实际系统的逆模型，逆模型的精度影响了整个观测器的精度，且需要一个高阶的低通滤波器来提高观测精度，低通滤波器的阶次越高，观测精度越高，但系统的鲁棒稳定性越低，工程应用越难实现[11，12]，两者之间的矛盾难以调和，对磁悬浮电机转子系统而言，低速时的模型和高速时模型之间存在一定的差异，其标称模型和逆模型很难精确获得，这使得传统干扰观测器不适用于磁悬浮转子系统高速时的低频振动观测抑制。为此，需对传统的干扰观测器进行优化，使其适合磁悬浮高速电机转子系统。

将磁悬浮电机高速时的低频振动等效为一种低频干扰，设其可由下式进行估计

(1)

对于被控系统而言，设其传递函数为

(2)

将式(3)带入式(1)可得

(4)

由于磁悬浮电机转子高速时的模型误差,bm与λm，βn与an之间必然存在误差，设bm-λm=Δbm，βn-an=Δan，则式(4)的频域形式可表示为

(5)

磁悬浮电机转子在高速时的振动具有低频性，ω很小，s可以忽略，针对此特性，式(5)可以进一步简化为

(6)

针对现用磁悬浮电机转子的现状，实验中，对式(1)的m和n都选取为1，对低频振动进行观测，式(1)可化为

(7)

对式(7)进行拉普拉斯变换，可得

(8)

(9)

式中y(t)为当前时刻AD采样值，y(t-1)为上一时刻AD采样值，u(t)为当前时刻PID运算输出值。由此可见，此改进型干扰观测器相对于传统的干扰观测器，不仅更适于低频量的观测，而且更易于工程实现应用，具有很强的实用价值。

2 系统仿真分析

为了验证带有IDOB的主动磁轴承系统对低频振动的抑制效果，以原离散PID磁轴承控制系统为参考，将带有IDOB的主动磁轴承控制系统对低频振动的抑制效果与未加IDOB的原离散PID控制系统的抑制效果作对比。带有IDOB的整个主动磁轴承控制系统的仿真原理框图如图1所示。

图1中，实线框中的部分就是在未加IDOB时，主动磁轴承控制系统的仿真原理框图。首先对未加IDOB的主动磁轴承控制系统进行分析。

从转频输入端到位移输出端的系统传递函数为

(10)

IDOB部分为图1中双点画线框内的部分，加入该部分后，图1整个框图是带有IDOB的主动磁轴承控制系统仿真原理框图，对整个原理框图的分析如下。带有IDOB的主动磁轴承控制系统，其从转频输入端到位移输出端的系统传递函数为

图1 加IDOB的主动磁轴承控制系统仿真框图

(11)

式中G和C与式(10)相同，K，β和λ为IDOB中的3个控制参数。

根据式(10)和(11)的传递函数，利用表1所示的仿真参数，可以得到未加IDOB的主动磁轴承系统与加IDOB的主动磁轴承系统在低频段(2～100 Hz)的幅频特性。

表1 Simulink仿真参数

未加IDOB的主动磁轴承系统与加IDOB的主动磁轴承系统低频段的幅频特性对比如图2所示。

图2 未加IDOB系统与加IDOB系统低频段幅频特性对比图

从图2的幅频特性对比可以看出，加IDOB的主动磁轴承控制系统较未加IDOB的主动磁轴承控制系统，在2～100 Hz的低频频段范围内，对低频振动的幅值有更有效的衰减作用。

仿真系统中，阶跃信号初始值为0，在仿真时刻为1时，阶跃信号变为1，在系统外部输入一个幅值为0.5，频率为600 Hz的正弦信号作为主动磁轴承转子的转频量，未加IDOB的主动磁轴承控制系统转子位移与加IDOB的主动磁轴承控制系统转子位移仿真对比图如图3所示。

图3 未加IDOB系统与加IDOB系统转子位移对比图

由图3(a)可以看出，加IDOB的主动磁轴承控制系统相对于未加IDOB的主动磁轴承控制系统，对低频振动有更好的抑制效果。

图3(b)是主动磁轴承转子达到1的稳态时，取[5 000,5 300]时间段内波形的局部放大图。由图3(b)的稳态局部放大图可以得出，加IDOB的主动磁轴承转子低频振动量约为0.06，未加IDOB主动磁轴承转子低频振动量约为0.18，相对于原系统，加入IDOB的主动磁轴承系统，转子低频振动量减小了0.12，减小为原系统的33.3%，可见，加入IDOB的系统对于主动磁轴承转子的低频振动具有更好的抑制效果。

3 稳定性分析

加入IDOB的主动磁轴承转子系统，其稳定性受K，λ和β三个参数的影响，随着K的增大，式(11)传递函数的零极点分布趋势变化如图4所示。

由图4可以看出，随着K值的增大，系统出现了右半平面的极点，系统不再稳定，其临界稳定K值为57。

随着λ的增大，式(11)传递函数的零极点分布趋势变化如图5所示。

图4 K增大系统零极点分布趋势变化图

图5 λ增大系统零极点分布趋势变化图

由图5可以看出，随着λ的增大，系统出现了右半平面的极点，系统不稳定，其临界稳定的λ值是5.1。

随着β增大，式(11)传递函数的零极点分布趋势变化如图6所示。

图6 β增大系统零极点分布趋势变化图

由图6可以看出，β的变化不影响主动磁轴承转子系统零极点分布，也不影响系统的稳定性。

综上所述，加入IDOB后主动磁轴承转子系统的稳定性随着K和λ的增大而降低，K的取值在[0,57]之间，λ的取值在[0,5.1]之间时，系统是稳定的，β值的变化基本不影响系统稳定性。

4 实验验证

为了验证IDOB的低频振动抑制效果，以100 kW电机为实验平台，在24 000 r/min转速时，做了对比实验验证。

实验中使用的100 kW电机是无刷直流电机，该电机是4极电机，采用4极分布式绕组，永磁体表贴的结构形式，电机控制采用的是两相导通，三相六状态的控制方式；该电机的磁轴承是纯电磁磁轴承，有两个径向磁轴承，分别位于电机的两端，一个轴向磁轴承位于电机的末端，磁轴承控制采用的是五自由度全悬浮的方式，两个径向磁轴承负责四个径向自由度的悬浮，一个轴向磁轴承负责一个轴向自由度的悬浮。实验中使用的100 kW磁悬浮电机的主动磁轴承系统的设计参数如表2所示。

表2 100 kW磁悬浮电机主动磁轴承系统参数

实验中使用的100 kW磁悬浮电机磁轴承系统的径向控制参数如表3所示。

在选取上述IDOB参数的情况下，主动磁轴承转子闭环系统的零极点分布如图7所示。

由图7可以看出，在选取上述IDOB参数的情况下，主动磁轴承转子闭环系统是稳定的，在此基础上，进行升速实验，实验系统实物图如图8所示。

在24 000 r/min转速时，加入IDOB的主动磁轴承系统与未加IDOB的主动磁轴承系统的位移波形对比如图9所示。

表3 100 kW磁悬浮电机磁轴承系统的径向控制参数

图7 主动磁轴承转子闭环系统零极点分布图

图8 100 kW磁悬浮电机实验平台

由图9可以看出，原系统未加IDOB，主动磁轴承转子在24 000 r/min转速时低频增益为-30 dB，径向BY通道位移跳动量为57.6 μm，加IDOB的主动磁轴承系统在24 000 r/min转速时低频增益为-50 dB，径向BY通道位移跳动量为20.8 μm，相比于原系统，加入IDOB的主动磁轴承系统低频增益减小20 dB，位移跳动量减小36.8 μm，控制精度提高了63.89%。实验结果表明，离散PID控制器加IDOB能很好地抑制主动磁轴承转子在高速时的低频振动，提高主动磁轴承转子系统的稳定性。

图9 主动磁轴承转子升速位移对比图

5 结 论

本文针对磁悬浮电机转子高速时低频振动加剧，稳定性变差的问题，提出利用改进型干扰观测器——IDOB对低频振动进行观测，并在控制器中进行消除的方法，用来抑制磁悬浮电机转子在高速时的低频振动，提高磁悬浮电机转子高速时的稳定性。升速实验结果表明，加入IDOB后的主动磁轴承系统相较于原系统，在24 000 r/min转速时低频增益减小20 dB，转子跳动量减小36.8 μm，控制精度提高了63.89%，由此说明，IDOB的加入能很好抑制磁悬浮电机转子高速时的低频振动，改善其高频特性，提高高速时的稳定性。

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4.磁悬浮电机应用技术 篇四

循环悬浮式烟气半干法脱硫技术的实验研究

建立了烟气处理量1500 Nm3/h的中试试验台,对循环悬浮式半干法烟气脱硫工艺进行了实验研究.研究了运行参数(包括烟气在吸收塔内的.停留时间,Ca/S,绝热饱和温距,浆滴粒径,入口二氧化硫浓度,入口烟温等),脱硫灰再循环等因素对脱硫塔内和整个系统脱硫效率的影响.研究结果表明运行参数中绝热饱和温距、钙硫比以及浆滴粒径的变化对系统脱硫效率的影响明显,循环灰的增加有利于提高脱硫效率.图18表2参9

作 者：高翔 刘海蛟 滕斌 骆仲泱 倪明江 岑可法 GAO Xiang LIU Hai-jiao TENG Bin LUO Zhong-yang NI Ming-jiang CEN Ke-fa  作者单位：浙江大学,热能工程研究所,杭州,310027 刊 名：动力工程  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF POWER ENGINEERING 年，卷(期)： 26(5) 分类号：X511 关键词：环境工程学   循环流化床   烟气脱硫   运行参数   灰循环  

5.解析硬盘技术――电机技术 篇五

在硬盘中，与磁头技术一样重要的另一项技术就是电机技术了，它直接影响着硬盘转速的大小，目前主流的IDE硬盘转速主流为7200RPM，而主流的SCSI硬盘转速则为10，000RPM。早期的硬盘转速一般只有4000RPM甚至更低，低转速的主要原因是由于电机技术的限制，随着技术的革新，转速提高到了4400RPM及4900RPM，再后来就是5400RPM了。值得一提的电机技术是希捷公司独有的

Fluid Dynamic Bearing (FDB)

电机，它在第一次推出，现在已经发展到了第三代FDB

III技术，它能有效降低噪音，减少震动，延长寿命和增强对震动的抵抗能力。电机技术发展了，直接影响的就是硬盘主轴转速的提高，而转速就决定着硬盘的寻道时间。当然在提高硬盘主轴转速的同时需要考虑得是硬盘的发热量及振动问题，还有就是硬盘的工作噪声问题。所以电机技术直接决定着硬盘的快慢、工作温度及工作噪声等。

3.接口技术

硬盘接口一直是人们关心的技术，随着电脑其它配件(如CPU、内存、显示等子系统)性能的大步迈进，硬盘的接口传输率越来越体现出它在整个电脑系统的瓶颈效应，硬盘接口越来越受到人们的关注。最早的硬盘接口是ST-506/412接口，它是希捷开发的一种硬盘接口，其后是ESDI接口，它是迈拓公司于1983年开发的。其特点是将编解码器放在硬盘本身之中，而不是在控制卡上，理论传输速度是前面所述的ST-506的2~4倍，一般可达到

10Mbps，

但其成本较高，与后来产生的IDE接口相比无优势可言，因此在九十年代后就补淘汰了。IDE接口把盘体与控制器集成在一起的做法，减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容。

对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。而最新的Serial

ATA(即串行ATA)以连续串行的方式传送资料(150MB/s的数据传输率)，此做法能减小接口的针脚数目，用四个针就完成了所有的工作。这样能降低电力消耗，减小发热量，对于Serial

ATA接口，一台电脑同时挂接两个硬盘就没有主、从盘之分了，各设备对电脑主机来说，都是Master，这样我们可省了不少跳线功夫。

从IDE过渡到SATA，已经创造了硬盘传输接口的经典历史，所以SATA硬盘已经成为未来计算机平台的标准配置，但目前只有150MB/s传输速度的第一代SATA接口，显然不能够满足都数用户的需要。因此，SATA

II以及SATA

III标准将会逐渐进入市场，它们的传输速度分别扩展到300MB/s和600MB/s。因此在800MHz甚至更高的FSB下，SATA将会长足的发展，SATAII的未来，要依靠主板以及硬盘生产厂商的配合，目前来看，最新的nForce

6.磁悬浮列车作文 篇六

我好奇地问：“爸爸，地铁的速度是多快啊?”爸爸回答：“很快，大概有2、3百公里每小时。”我不信。心想：这么快，和飞一样。爸爸好像看穿了我的心事。笑着说：“这不是最快的，有一种磁悬浮列车还要快，有4、5百公里每小时。”我惊讶地吐了吐舌头。我半信半疑地问：“为什么呢?”爸爸说：“我们回家问问书吧!

晚上一到家，我就迫不及待的翻起了《十万个为什么》。哈哈，终于被我找到了。磁悬浮列车是一种利用磁极吸引力和排斥力的高科技交通工具。简单地说，排斥力使列车悬起来、吸引力让列车开动。磁悬浮列车利用“同性相斥，异性相吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。

7.易扬磁悬浮潜水电泵简介 篇七

泰安易扬科技有限公司拥有自主知识产权的世界首创的易扬磁悬浮潜水电泵，2010年列入“国家重点新产品”，编号2010GRC60075；2010年下半年列入山东省重点节能技术、产品和设备推广目录（第一批）；申报了国家发改委淘汰传统潜水电泵的计划；荣获第十六届“全国发明展览会”银奖；第十届山东省专利奖；山东省100项节能降耗主推技术、装备；山东省企业自主创新及技术进步项目„„

易扬磁悬浮潜水电泵在国内行业市场得到了普遍认可，经山东宁阳县自来水公司、河北巨鹿县自来水公司、河北唐山供水公司、河北保定供水总公司、山东滨州博兴源通水业、山东金彩山酒业、华北石油管理局第一机械厂、国土资源部万亩土地项目等多方使用,产品的推广应用创造了巨大的社会效益和经济效益。同时能满足中煤集团、中海油、中国地质调查局水文地质环境调查中心等就超高扬程、超大流量产品的需求，填补了市场空白,并得到了美国汉氏水务、美国通用、新加坡、台湾等诸多国内外客户的关注。现在我们已经与国内300多家企业达成了合作意向。

2011年新春来临之际，河北唐山供水应用易扬磁悬浮潜水电泵取得节能改造新年开门红！同工况下与同年新投入使用的知名国外进口品牌潜水电泵相比，吨水耗电量从0.32kw*h降到0.234kw*h，节能效果达到27%，按工业成本电价0.7元计算单泵年节电费5.2万元，年可节省电费达290余万元。兖州市自市来水公司经过多方考察、论证结合专家意见，在新建水厂设计之初就按照国家重点新产品易扬磁悬浮潜水电泵设备选型设计。新水厂启用之后，兖州市自来水公司能耗大幅度下降，能源效率、供水质量、企业效益都上了一个新高度。2007年，宁阳县自来水公司在应用了易扬磁悬浮潜水电泵后，争取了10万元节能奖金，2010年三月份在新一轮的节能改造中应用易扬磁悬浮潜水电泵再获巨大成功，在同工况下，吨水耗电量由0.25kw*h降至0.20kw*h，节能效果达20%，单泵年节电8.76万度。2010年，河北巨鹿自来水公司在应用了第3批易扬磁悬浮潜水电泵产生了巨大的节能效益，与原用传统设备相比，同工况下工作电流由70A降到55A，而流量由原来的70m3/h提高到75m3/h，收到惊人效果后积极策划三十多眼井全部更换并申报国家专项节能资金项目。潍坊供水积极探寻节能降耗最佳方案，选用易扬磁悬浮潜水电泵进行设备改造，与原用传统设备相比，同工况下电流由79A降到52A，供水单耗由0.32kw*h降到0.29kw*h，节能降耗初战告捷。

8.关于磁悬浮列车的说明文 篇八

随着现代科学技术的发展,城市中新型交通工具种类繁多,其中的一种为上世纪六十年代出现的磁悬浮列车.磁悬浮列车是利用磁体间或和感应磁场之间产生作用力使列车“悬浮”在轨道上面或下面和轨道无摩擦的运行,从而克服了传统列车车轮和车轨的摩擦及产生的磨损和机械噪声等问题,它是一种不用车轮行驶的陆上无接触式有轨交通工具.磁悬浮列车和普通列车相比,具有噪音小、不排放有害气体、启动和停车速度快、爬坡能力强、维修简便、高速安全舒适等特点,是未来城市理想的交通工具,也是一个国家科技实力和工业水平的重要标志.目前,德国、日本和中国为世界上能研制和开发磁悬浮列车的三个主要国家。磁悬浮列车设计原理是利用磁体间或和感应磁场之间产生相互吸引力或排斥力，能产生磁场的磁体又分为永久磁体、常规磁体、超导磁体等三个种类. 利用这些磁体可以设计出多种不同的磁悬浮列车,但目前世界上的磁悬浮列车主要有三种类型.一是以德国为代表的常导吸力式磁悬浮列车(简称常导型磁悬浮列车);二是以日本为代表的超导斥力式磁悬浮列车(简称超导型磁悬浮列车);而第三种,就是我国利用永久磁体自主生产的永磁悬浮列车。

9.电机原理及应用分析 篇九

步进电机(步进电机的基本原理)

步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中，随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。现阶段,反应式步进电机获得最多的应用。

常用单相交流感应电动机种类

在家用电器设备中,常配有小型单相交流感应电动机。交流感应电动机因应用类别的差异,一般可分为分相式电动机、电容启动式电动机、永久分相式电容电动机、罩极式电动机、永磁直流电动机及交直流电动机等类型。

一般的三相交流感应电动机在接通三相交流电后,电机定子绕组通过交变电流后产生旋转磁场并感应转子,从而使转子产生电动势,并相互作用而形成转矩,使转子转动。但单相交流感应电动机,只能产生极性和强度交替变化的磁场,不能产生旋转磁场,因此单相交流电动机必须另外设计使它产生旋转磁场,转子才能转动, 所以常见单相交流电机有分相启动式、罩极式、电容启动式等种类。

1、分相启动式电动机

分相式电动机广泛应用于电冰箱、洗衣机、空调等家用电器中。该电机有一个鼠笼式转子和主、副两个定子绕组。两个绕组相差一个很大的相位角,使副绕组中的电流和磁通达到最大值的时间比主绕组早一些,因而能产生一个环绕定子旋转的磁通。这个旋转磁通切割转子上的导体,使转子导体感应一个较大的电流,电流所产生的磁通与定子磁通相互作用,转子便产生启动转矩。当电机一旦启动,转速上升至额定转速70%时,离心开关脱开副绕组即断电,电机即可正常运转。

2、罩极式电动机

罩极式单相交流电动机,它的结构简单,其电气性能略差于其他单相电机,但由于制作成本低,运行噪声较小,对电器设备干扰小,所以被广泛应用在电风扇、电吹风、吸尘器等小型家用电器中。罩极式电动机只有主绕组,没有副绕级(启动绕组),它在电机定子的两极处各设有一副短路环,也称为电极罩极圈。当电动机通电后,主磁极部分的磁场产生的脉动磁场感应短路而产生二次电流,从而使磁极上被罩部分的磁场, 比未罩住部分的磁场滞后些,因而磁极构成旋转磁场,电动机转子便旋转启动工作。罩极式单相电动机还有一个特点,即可以很方便地转换成二极或四极转速,以适应不同转速电器配套使用，

3、电容式启动电动机

该类电动机可分为电容分相启动电机和永久分相电容电机。这种电机结构简单,启动快速,转速稳定,被广泛应用在电风扇、排风扇、抽油烟机等家用电器中。电容分相式电动机在定子绕组上设有主绕组和副绕组(启动绕组),并在启动绕组中串联大容量启动电容器,使通电后主、副绕组的电相角成90°,从而能产生较大的启动转矩,使转子启动运转。

对于永久分相电容电动机来说,均与启动绕组串接。由于永久分相电机其启动的转矩较小,因此很适于排风机、抽风机等要求启动力矩低的电器设备中应用。电容式启动电动机,由于其运行绕组分正、反相绕制设定,所以只要切换运行绕组和启动绕组的串接方向,即可方便实现电机逆、顺方向运转。

4、交、直流两用电动机

一般常用单相交流电动机,在交流50Hz电源中运行时,电动机转速较高的也只能达每分钟3000转。而交直流两用电动机在交流或直流供电下,其电机转速可高达0转,同时其电机的输出启动力矩也大,所以尽管电机体积小,但由于转速高输出功率大,因此交直流两用电动机在洗衣机、吸尘器、排风扇等家用电器中得以应用。

交、直流两用电动机的内在结构与单纯直流电机无大差异,均由电机电刷经换向器将电流输入电枢绕组,其磁场绕组与电枢绕组构成串联形式。为了充分减少转子高速运行时电刷与换向器间产生的电火花干扰,而将电机的磁场线圈制成左右两只,分别串联在电枢两侧。两用电机的转向切换很方便,只要切换开关将磁场线圈反接,即能实现电机转子的逆转或顺转。

在家用电器电机类中还有一种直流微型电动机。该电机在录音机、随身听、录像机、打印机、传真机等家用电器中广泛应用。直流微型电机由于定子绕组和转子绕组之间的串接形式不同,又可分为并激、串激、复激等几种类别。

应用在家用电器中的电机,其定子绕组的转子,绕组之间的串接一般采用并激形式,即电机的定子磁场线圈与电枢绕组线圈并联后接到电源上。当通电后电机可保持磁场恒定,并利用电枢电路控制电机转速。这种直流电机的最大特点是当负载产生波动变化时,电机的转速保持定速状态。

此外,在直流电动机中还有一种结构更为简单、用在玩具上的电机,这种电机是用永久磁铁作固定磁场的电动机,在电子玩具、电动剃须刀、微型按摩器等日用小电器中得以广泛应用。

步进电机和交流伺服电机性能比较

步进电机和交流伺服电机性能比较