电磁轴承

４　航空发动机　２００２年第ｌ期　

，…　…………～……………………　｛　电磁轴承在航空　ｌ　的设计问　ＨＪ●＿＾ｒ＿Ｉ＿Ｊ　、　…．　．　—　——…　，　…——…　…　．…　发动机应用中　题分析　

汪希平谢建华朱礼进　（上海大学，上海２Ｄ０Ｏ７２）　陈学军　（上海工程技术大学，上海２０００７２）　摘要：电磁轴承实现了依靠电磁力使转子非接触地“支承”干轴承体内的目的，并具有运动阻力小、无接触摩　擦和窘损、功耗低以及寿命长等优点，是磁悬浮原理在机械领域中的应用实例：航空发动机是电磁轴承的王　要应用领域之一。舟绍电磁轴承及其系统的特点和电磁轴承的一般设计准则、常用技术指标以及在航空发　动机中应用电磁轴承的部舟设计问题及解决的方法。　关键词：电磁轴承航空发动机设计　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ＡＮＩＢ　Ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　Ａｉｒｃｒａｆｔ　Ｅｎｇｉｎｅｓ　Ｗａｎｇ　Ｘ　ｎｇ　Ｘｉｅ　Ｊｉａｎｈｕａ　Ｚｈｕ　Ｌｉ）ｉｎ　（Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００７２）　ＣｈＰＡｔ　Ｘｕｅｊｕｎ　（Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｈｇｈａｉ　２０００７２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＮｉＢ　ｃａｒｔ　ｌｅｖｉｔａｔｅ　ｔｈｅ　ｒｏｔｏｒ　ｍｎ￣ｃｔｌｅｓｓ］ｙ　ｉｎ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｈ０ｕｓｅ　ｗｉｔｈ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｏｒｃｅ．Ｔｈｅ　ｓｐｅｄａｔ　ｆｅａｔｕｒ￣ｃ＇ｌｌ－ｅ　ｌｏｗ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，Ｉｎｏｔｌ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｅａｒ，ｌｅｓｓ　Ｄ　ｗ日ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｏｎｇ　ｓ　。ｅ　ｌｉｆｅ　Ｉｔ　ｉｓ　ａｌｌ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｌｅｖｉｔａｔｉｎｇ　ｔｏ　ｂｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｆｉｅｌｄ　Ａｉｒｃｒａｆｔ　ｅｎｇｉｎｅ　ｉｓ　ｏｌｌｅ　ｎｆ　ｍ　ｎ　ａｐｐｔｉｅｄ［ｉｅＭｓ　ｏｆ　ＬａＭＢ．Ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ｏｆＡＩＶＩＢ　ａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅ　ｐｅｐｅｒ．Ｓｏｍｅｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉ　ｃａｔｉｏｎ。ｆ．ＭｖｌＢｉｎｔｈｅｍ　ｎｅ　Ｋｅｙ　Ｄ　：ＡＭＢ；ａｉｒｃｒａｆｔ　ｅｎｇｉｎ；ｄｅｓｉｇｎ　

３２　机械设计与制造　

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　第３期　２０１０年３月　

文章编号：１００１—３９９７（２０１０）０３—００３２—０２　

一种新型的电磁轴承系统辅助轴承的设计　

伍良生　陈浩　史铁林　陈鑫　周大帅　，。　

（　北京工业大学机电学院，北京１００１２４）（　华中科技大学机械科学与工程学院，武汉４３００７４）　

（ｓ佳木斯大学机械工程学院，佳木斯１５４００７）　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　ｎｅｗ——ｓｔｙｌｅ　ａｓｓｉｓｔａｎｔ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｂｅａｒｉｎｇ　

ＷＵ　Ｌｉａｎｇ－ｓｈｅｎｇ＇，ＣＨＥＮ　Ｈａｏ　，ＳＨＩ　Ｔｉｅ－ｌｉｎ２，ＣＨＥＮ　Ｘｉｎ　，ＺＨＯＵ　Ｄａ－ｓｈｕａｉ　’　

（　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１２４，Ｃｈｉｎａ）（　Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　

Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ）（　ＪｉａＭｕＳｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｍｕｓｉ　１　５４００７，Ｃｈｉｎａ）　●◇・◇●◇・◇・◇●◇・◇●◇●◇・◇●◇●◇●◇●◇●（＞●◇・◇●◇・◇●◇●◇●◇●◇・◇●◇・◇●◇・◇●＜＞・（、●◇・‘）●ｏ・◇●０・‘＾，・（＞●◇‘　【摘要】采用了一种应用于电磁轴承系统的，用电磁铁控制的可移动新型辅助轴承结构。介绍了电磁：　

轴承的系统构成、工作原理，报告了辅助轴承的使用现况，具体说明了新型辅助轴承主要部件的设计过程。　０　

◇　关键词：电磁轴承；辅助轴承；电磁铁　：　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａ　ｎｅｗ－ｓｔｙｌｅ　ａｓｓｉｓｔａｎｔ　ｂｅａｒｉｎｇ　０厂ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　

ｂｙ觎ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ　ｔｏ　ｎｂｏｖｅ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐａｌ　Ｑ厂ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｂｅａｒｉｎｇ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏ－　

自检测电磁轴承转子的位移检测研究　叶建民　（襄樊学院　湖北　襄樊４４１０５３）　摘　要　研究一种磁轴承转子位置自检测、结构上无需传统检测的专用位移传感器　该方法的原理是线圈　的电感是转子位移的函数．故其两端的电压也为转子位移的函数，在磁轴承系统的线性功率放大器的输入端注　入一高频信号作为转子位置的测试信号．将线圈端电压经过谐振电路来提取含有位置信号的高频电压信号，再　将电压信号进行精密半波整流后得到脉动的直流信号．最后通过低通滤波器得到平滑的转子位移直流信号．由　ＰＩＤ控制器转换为转子位移的控制信号　关键词　电磁轴承位移检测　无传感器　中图分类号ＴＨ１３３－３　文献标识码　Ａ　为实现磁悬浮系统的位置可控．需要　建立一个位置闭环的反馈控制系统．即为　磁轴承的位移检测系统　目前国内多采用　位移传感器．由于位移传感器的存在．使磁　悬浮轴承的轴向尺寸变大．系统的动态性　能降低．而且成本较高．可靠性低。由于结　构的限制．传感器不能装在磁浮轴承的中　问．使系统的控制方程相互耦合．系统的控　制器设计较为复杂　另外．传感器的价格也　较高．致使磁轴承的总体价格高．这些都大　大限制了磁悬浮轴承在Ｔ业上的推广应　用。　为了克服使用传感器带来的不便且降　低磁悬浮轴承的成本．近几年一种无传感　器（自检测）磁悬浮轴承被研究开发【叶；来　无传感器磁轴承系统中转子位移是根据电　磁铁线圈上的电流或电压信号得到的　因　不需要位移传感器．磁悬浮轴承转子的轴　向尺寸变小．系统的动态性能得到了提高．　特别适合在高速场合运行：减少了传统位　移传感器的故障．提高了磁轴承系统的可　靠性：磁轴承的总体成本价格明显降低　１转子位移自检测系统　本文研究单自由度的径向磁悬浮轴　承．无传感器磁轴承转子位移自检测系统　的原理见图１　自检测系统主要南带通电　路、一级放大电路、差动检测电路、解调电　路、低通滤波电路等部分组成　磁轴承线圈　含有阻抗和感抗．其两端的电压除了作用　在电阻上的直流分量外．还有在电感上高　频信号的交流分量　带通滤波器用来提取　含有转子位移的中心频率Ｃａ）　成分．滤除直　流电压和２“】　以上的交流电压．带通滤波　收稿日期：２００８—０９—１１　１９６　科技创业月刊２００８年第１２期　器可以由ＲＣ和运算　放大器组成．运放为同　相输入．输入阻抗很　高．输ｌ叶Ｊ阻抗很低，优　点是电路性能稳定．增　益容易调节．其原理图　见图２　一般检测的结　果信号较微弱．通常需　要进行一级放大　放大　后的上下两路信号通　图ｌ磁轴承转子位移自检测系统的原理图　过差动电路相减得到含有中心频率（｜）　的　正弦信号．将其精密半波整流后为脉动的　直流电压．最后通过低通滤波器滤去交流　信号即可获得与转子的位移成比例的直流　电压　控制器采用的是模拟ＰＩＤ．特点是成　本低、容易实现、响应速度快，但是电路参　数的确定比较困难．且不能灵活改变硬件　结构　功率放大器在磁悬浮系统中的作用　是根据控制器的输出信号ｕ自动的向电磁　铁的线圈提供电流　功放性能的好坏对磁　轴承系统的动态性能有很大的影响　由于　电磁铁线圈是一个由电感和电阻组成的负　载．如果功放的输出是电压．则流过负载的　控制电流Ｉ会由于电感的影响而产生滞后　作用．这对提高系统的动态性能很不利　为　了避免电感的滞后作用．采用电压——电　流功率放大器　功放的输出与电磁线圈相　连后．直接控制的就是线圈上的电流　１．１气隙磁感应强度　设转子上下线圈的匝数各为Ｎ．忽略　气隙的边缘效应、磁路的漏磁及材料的磁　阻，ｉ　为转子在平衡位置时的偏置电流，ｉｒ　为控制电流，ｉ　为高频测试电流。当转子向　上偏离平衡位置的距离为Ｘ时．在气隙处　图２二阶压控电压源带通滤波电路　产生的上下线圈的磁感应强度为：　Ｂｌ＝　（１）　Ｂ　（２）　１．２磁悬浮的合力　由麦克斯韦方程可得作用在转子上的　磁悬浮合力为：　一兰ｉ旦！　＝旦　ｊ　一　＝　［　一　Ｘ０－　Ｘ）】㈩　一　４　【（ｘｎ＋ｘ）　一（　。　ｊ　式中：ｕ　为真空磁导率．Ｓ为气隙磁极　的截面积　因Ｆ＞＞ｍｇ．当转子稳定悬浮在平衡位　置，即在Ｘ＝０时，理想上控制电流Ｉｃ为０，

第２８卷第３期　２　０　０　７年９月　＝＝＝＝＝＝＝　：＝——＝—…　哈　尔　滨　轴　承　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＨＡＲＢＩＮ　ＢＥＡＲＩＮＧ　

电磁轴承及其在机床工业中的应用　

Ｉ　阜　

（哈尔滨轴承集团公司新闻中心，黑龙江哈尔滨１５００３６）　

摘要：电磁轴承是一种应用磁场力来实现对转子无接触支承（磁悬浮）的部件，并且有许多优良的性能。目前，国外　已在数百台机床上获得成功的应用，使机床的技术指标均有明显的提高，显示出了广阔的发展前景。　

关键词：电磁轴承；磁场力；转子；无接触支承　中图分类号：ＴＨ１３３．３；ＴＧ１３２．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２．４８５２（２００７）０３—００４９—０２　

Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｂｅａｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｆｉｃａｆｉｏｎ　ｉｎ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　

Ｍａ　Ｓｈａｏｚｈｕｏ　

（Ｎｅｗｓ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｂｅａｒｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１　５００３６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｍｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｕｎｉｔ　ｗｈｉｃｈ　ａｃｈｉｅｖｅｓ　ｒｏｔｏｒ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｃｏｎｔａｃｔ（ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓｕｓｐｅｎ—　

ｓｉｏｎ）ｂｙ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｏｒｃｅ，ａｎｄ　ｈａｓ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｇｏｏｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，ｉｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｏｎ　ｓｅｖｅｒａｌ　

ｈｕｎｄｒｅｄ　ｍａｃｈｉｎｅ　ａｂｒｏａｄ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎｄｅｘ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｔｈｅ　ｇｒｅａｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　

ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｉｓ　ｓｈｏｗｎ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｂｅａｒｉｎｇ；ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｏｒｃｅ；ｒｏｔｏｒ；ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｗｉｔｈｏｎｔ