基于永磁偏置的油膜轴承专用GMA研究.pdf

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1、基于永磁偏置的油膜轴承专用GMA研究术口廖凯口梁爽口王文上海大学机电工程与自动化学院上海200072摘要：对基于永磁偏置的适合油膜轴承激励控制的GMA进行理论和实验研究；对用于激励器的偏置永磁磁环进行了计算和设计定制：对不同的磁环分布结构形式引起对激励器性能的影响进行了研究。对比了不同偏置磁环下的GMA的动静态性能．验证了激励器偏置磁场强度设计的合理性，而分布式永磁磁环和集中磁环的合理综合，可以获得均匀的磁场分布从而获得性能优异的激励器。关键词：油膜轴承超磁致伸缩永磁偏置中图分类号：TH133．3文献标识码：A文章编号：1000—4998(2011)o8—0041—04超磁致

2、伸缩材料(GiantMagnetostrictiveMaterial，理后输入到GMA的激励线圈，GMM棒在激励电流产GMM)具有反应速度快、伸缩应变量大、动态响应宽等生磁场的作用下产生激励位移从而来推动轴承的移动，优点．运用超磁致伸缩材料制作的超磁致伸缩驱动器从而实现对转子中心的调节和对转子振动的遏制。(GiantMagnetostrictiveActuators，GMA)能很好地应用图1中的GMA到微位移控制领域。根据常规设计的GMA一般都能与常规设计的GMA实现几十微米的位移输出和几百赫兹的频率，基本能激励器的主要区别是满足对传统高速小型油膜轴承的静态调节和动态以遏激励

3、器与轴承组合为制振动为目的的激励，通过运用超磁致伸缩驱动器对一体．其预紧力是通传统油膜轴承进行改造，可以有效地提高传统油膜轴过加载到轴承上的弹承的静动态性能I1]。簧实现，该激励器也超磁致伸缩驱动器主要是通过施加磁场来实现驱没有专门的冷却装动器的位置或力的激励，而目前的超磁致伸缩驱动器置．激励器的冷却将的磁场施加系统有电磁式和组合式两种方式．电磁式通过油膜轴承的循环GMA偏置磁场和激励磁场都是由线圈产生的[2]．这样润滑油来实现冷却。产生的磁场线性度好。在超磁致伸缩棒中的磁场也相2组合式GMA结构分析对均匀，但是电磁式的缺点是偏置磁场由线圈提供，这样需要线圈匝数多、体积大，而

4、且发热量也大，而发热量组合式结构中永磁体的使用形式目前有很多种，将严重影响驱动器的输出特性．从而对油膜轴承的控一般使用较多的有：圆盘形永磁体、圆筒形永磁体、多制不够精准。组合式GMA没有体积大的偏置线圈，体层圆环形永磁体，结构形式如图2所示[3-4]。积相对较小，发热量也少，但是由于组合式的偏置磁场是由永磁体提供的，这样相对电磁式GMA来说在磁致伸缩材料中的偏置磁场不是很均匀，这将直接影响超磁致伸缩驱动器输出的线性。本文将对组合式GMA如何获得较好的永磁偏置设计，包括磁场强度设计和分布结构进行理论和实验研究．以期获得适合油膜轴承应用的基于永磁偏置的超磁致驱动器。1可控油膜轴承

5、原理介绍在图2(a)中圆盘形永磁体位于GMM棒两端，不图1是采用GMA的可控油膜轴承的原理示意图，适合于GMM棒材比较长的GMA．并且因为永磁体位油膜轴承的水平方向和竖直方向各放置一个GMA，通于GMA的输出系统中．对GMA的输出有一定的影过两个传感器检测转子的位移信号，通过控制电路处响；图2(b)中圆盘形永磁体分散在GMM中，改善了图2(a)中不适合于较长的GMA的缺点，但是永磁体仍位上海大学创新基金资助项目(编号：SHUCX102210)收稿日期：2011年1月于GMA的输出系统中：图2(e)中GMA的偏置磁场由机械制造49卷第564期2011／8画圆筒形永磁体提供．能使

6、GMA的体积大大减小，并且点，K取0．173，确定永磁体的尺寸。然后通过有限元分能适用在工作频率较高的场合；图2(d)中GMA的偏析软件来精确计算GMM棒材中的磁场分布，从而得鬣磁场由多层圆环形永磁体提供．对于偏置磁场要求到一个最优化的结果。较小的场合比较适合。对于油膜轴承用的激励器，比较3组合式GMA磁路的有限元分析适合采用圆筒或圆环形的永磁偏置。为设计圆筒形永磁体式GMA和多层圆环形永磁体式GMA．首先对永针对组合式磁路永磁体的位置和大小，取圆筒形磁体环进行理论计算。永磁体式和多层圆环形永磁体式来进行有限元分析．永磁体是工作在退磁曲线上的。如图3取其上一永磁体材料均为钕铁

7、硼N35，如图4为圆筒形永磁体工4．'lz点D(矾，Bd)，连接OD线即为工作负载线，工作式GMA的结构图，其中圆筒形永磁体尺寸：内径34负载线与退磁曲线的交点即为永磁体在该工况下的工mm，外径40mm，高度10mm；中间GMM棒材长30作点，所以只需求出负载线的斜率K就可以确定工作mm：图5为圆筒形永磁体式GMA中GMM中轴线上点了『5]。选用永磁体时忽略外界激励磁场的影响，这样的磁场强度H分布情况[引。不考虑工作点在回复线上移动．永磁体没有外加的激图6为多层圆环形永磁体式GMA的结构图．采励磁场，所