衔铁倾斜对磁悬浮隔振器电磁力影响研究

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1、万方数据衔铁倾斜对磁悬浮隔振器电磁力影响研究木口朱良口张锦光武汉理T大学机电1=程学院武汉430070摘要：磁悬浮主动隔振器通过调节电流来控制电磁力。由于衔铁支撑刚度的不足导致隔振器的衔铁发生倾斜而影响电磁力的大小，从而对隔振系统的控制精度也会产生很大的影响。应用衔铁倾斜对电磁力影响的原理。采用ANSYS分析了衔铁倾斜对磁通密度的影响。关键词：磁悬浮隔振器电磁力衔铁倾斜中图分类号：THl33文献标识码：A文章编号：1000—4998(2011109—0045—03随着机器向高速、大功率、轻型化的发展．振动噪声的问题也变得更加突出．振动噪声已经变成了衡量机械产品性能的莺要指标。

2、为了减少振动和噪声，隔振技术在工程领域得到了广泛应用。传统的被动隔振技术是仅仅依靠惯性、弹簧和阻尼元件的作用来减少高频振动．但是对低频振动的隔离效果并不理想。伴随着控制技术和计算机技术的发展．主动控制已经成功应用于航天航空、土木建筑、机电产品和交通运输工程振动控制等领域⋯。主动控制可以改变隔振器的刚度和阻尼，从而得到更好的隔振效果。主动控制技术可以分为隔振控制、主动式动力吸振控制和阻振控制等。主动隔振系统由传感器、控制器、作动器组成。传感器将采集的信号传输给控制器，通过控制器控制作动器来产生力。控制器和作动器是主动控制系统的两个关键要素。主动控制技术包括PID控制、自适应控制

3、、模糊控制、神经网络等控制方法[2]。作动器能够直接提供作用力和力矩并加在受控对象上。常见的作动器有电磁式、电动式和压电式、伺服液压式、伺服气动式等。磁悬浮隔振器作为一种新型的主动隔振技术得到了大量的研究[3--6]，文献[7]研究了轴向磁力轴承中推力盘与转子轴线不垂直对电磁力的影响。本文设计了一种磁悬浮隔振器．但是在实际应用中。由于衔铁的支撑刚度不足．会导致隔振器的衔铁发生倾斜．会影响电磁力的大小，从而对隔振系统的控制精度产生影响。介绍主动隔振系统原理。从理论上分析了衔铁倾斜对电磁力的影响，并应用ANSYS分析了衔铁倾斜对磁通密度的影响。1主动隔振系统原理图l是单自由度主动

4、隔振系统的原理图。被隔振质量rrt由弹簧k和阻尼c支撑。磁悬浮隔振器产生的’武汉市学科带头人计划(编号；200951830557)收稿U期：2011年3月机械制造49卷第565期电磁力E同时作用于质量m和基础上，凡是激振力，石是被隔振对象的位移。单自由度主动隔振系统的动力学方程为j，，缓+c童+后z=一盼疋(1)传递到基础的作用力为：忙E—吧叠一矗茗(2)一般而肓。隔振的目标是减少传递到基础的作用力一。磁悬浮隔振器根据改变电流值来改变电磁力凡以达到隔振的效果。而衔铁的倾斜会影响电磁力E的大小，对主动控制效果有影响，因此本文理论上研究了衔铁倾斜对电磁力的影响。2电磁力的分析2．

5、I磁悬浮隔振嚣结构磁悬浮隔振器的作用力E由E型电磁铁吸引衔铁产生．电磁铁对衔铁只产生单方向的电磁力。文中采用上下两个E型电磁铁分别通电流，可得上下两个方向的电磁力(图2所示)。为了减少材料的磁滞损耗和涡流损耗，铁芯和衔铁都用硅钢片叠压而成。上线圈的电流为iI，下线圈的电流为i2．g为衔铁与下层电磁铁的气隙。实际隔振器的衔铁会发生倾斜，从而会与水平面产生倾斜角度a(逆时针为正)，这会引起电磁力的变化．从而影响振动控制的效果。2011／9万方数据2．2倾斜角对电磁力的影响对单边电磁力进行分析，结构如图3所示。衔铁与水平面有d角度的倾斜。E型电磁铁的磁芯与衔铁的气隙宽度分别为gⅡ-

6、、gb，、gc-，磁芯与衔铁正对的面积分别为ABI、Abl、A。。，相应的磁通密度为B小Bb，、鼠l，对应的磁通为妒。‰。、妒。a、b、c为磁芯中间位置与衔铁右端点的距离，d为D点与衔铁右端点的距离。当衔铁有倾斜角度时，衔铁的位移过大会导致衔铁与E型电磁铁的D点发生碰撞。倾斜角与发生碰撞的I临界气隙g之间存在如图4所示的关系。倾斜的角度越大，所对应的I临界气隙越大，导致衔铁运动的范围越小。图中a=45mm、b=90mm、c=135mm、d=140mm。忽略漏磁、E型电磁铁和衔铁的磁阻，并假设气隙中磁场均匀且垂直于衔铁表面，由磁路欧姆定律有[8】：Nil=如l(RbI+R。I)

7、(3)1脶。1-l侬。l+l侬。I(4)式中：尺。I弓良I／(^讲．)、RbI=gbI／(／104b)、R。li良l／(p∥l。)分别为气隙＆I、gbl、歇l的磁阻；踟为真空磁导率，／4吣=41Txl0。7H／m；J7、r为线圈缠绕圈数；i。为下线圈电流。根据磁通连续性原理．总磁通等于各分磁通量之和，即：4’bl-咖。I+西一(5)将式(3)、(4)代入式(5)得：咖。J-尺。l‘氏l／(R。I+尺。I)(6)咖。l-尺。I咖h．I(R。l+R，1)(7)下层铁芯对衔铁的电磁力R与正对面积成反比，与对应