磁悬浮飞轮转子系统的现场动平衡方法

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1、第31卷第1期2010年1月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICAS1NICAV01．3lNO．iJan．2010文章编号：looO一6893(20lO)Ol—0184一07磁悬浮飞轮转子系统的现场动平衡方法韩辅君，房建成(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院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)FieldBalancingMethodforRotorSystemofaMagneticSuspendingFlywheelHanFujun。FangJiancheng

2、(KeyLaboratoryofFundamentalScienceforNationalDefenseofNovelInertialInstruments&NavigationSystemTechnology，SchoolofInstrumentScienceandOpto-electronicsEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)摘要：针对磁悬浮飞轮的转子平衡后转动效果不理想、转子平衡过程复杂等问

3、题，提出了一种基于磁轴承系统特性的现场动平衡检测方法。该方法通过考虑电磁力的影响，进行转子系统的整体动平衡，而非转子本身的动平衡。通过分别检测转子平动的最大位移和相位、转子转动的最大位移和相位，分别得到等效力／力偶不平衡质量的大小和相位，实现了整体不平衡量的现场检测和飞轮转子系统的高精度平衡。试验结果表明，该方法能有效提高飞轮转子系统的平衡精度，转子的跳动量、磁轴承的控制电流以及飞轮轮体的振动量显著减小。关键词：磁轴承；飞轮；转子；动平衡中图分类号：THl33．3文献标识码：AAbstract：Thebalancing

4、processforamagneticsuspendingflywheeliscomplex，andtherotoralwaysexhibitslessthansatisfactoryperformanceafterithasbeenbalancedonamechanical—balance-machine．Inviewofthis，afieldbalancingmethodisdevelopedbasedonthemodelingandanalyzingofthemagneticbearingsystem，andth

5、eimpactofthemagneticforceiscalculated．Thebalancingprocessoftheintegratedrotorsystemratherthantherotoritselfisconsidered．Usingthefieldbalancingmethod，theequivalentstaticanddynamicimbalancesareobtainedrespectivelybythedetectionofthetranslationalsignalandtherotatio

6、nalsignaloftherotor．Theexperimentalresultsshowthatthismethodcanimprovesignificantlythebalancingaccuracyoftherotorsystemandreducerotordisplacement，thecurrentofthemagneticbearingaswellasthevibrationoftheflywheel．Keywords：magneticbearings；flywheel；rotors；balancing磁

7、悬浮飞轮作为现代航天器的姿态控制／储能系统，由于采用了磁轴承支撑技术，因而具有高精度、高转速、无接触摩擦、长寿命等优点[1。3]。若转子受到的综合不平衡力大，其直接体现为转子跳动量较大，飞轮整体的振动量大。对于磁悬浮轴承支撑的飞轮来说，为了避免碰到保护轴承，过大的跳动量是不允许的，并且，转子跳动量的变大会直接导致磁通变化幅值的增大，进而产生较大的涡流损耗和磁滞损耗；同时，飞轮轮体的振动量会直接传递给航天器结构，进而影响航天器姿态控制的精度。因此，磁悬浮飞轮转子系统动平衡的优劣直接影响到转动特性。目前，磁悬浮飞轮转子的动

8、平衡多采用的是动平衡机进行的机械动平衡方式。但对磁悬浮支撑的转子来说，采用机械动平衡机进行动平衡存收稿日期：2008—11—20；修订日期：2009—02—16基金项目：装备预研项目通讯作者：房建成fangjiancheng@buaa．edu．en在以下缺点：首先，由于机械动平衡机平衡时的转子支撑面与磁轴承工作时的支撑面(磁轴承处