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基础振动下磁悬浮转子动力学特性的实验研究★ 口 王宏松 口 胡业发 口 丁国平 口 卢聪慧 武汉理工大学 机电工程学院 武汉 430070 摘 要：通过给车栽磁悬浮转子系统加载正弦激励和随机激励来模拟不同运行工况下的动力学特性，分析 实验数 据，得出车载-r-；sLT~悬浮转子在低频激励 (7Hz)附近最不稳定。 关键词：磁悬浮转子 车载工况 动力学 中图分类号：U463 文献标识码 ：A 文章编号：1000—4998(2009)08—0086—03 由于能源短 缺 和 环境 污 染 ，具有节 能 的混合 动 力 汽 车 和无 污染 的电动 汽 车是 未 来 发展 的趋 势 。飞轮 电 池 以其 比能量 高 、比功率大 、体积 小 、充 电快 、寿命长 、 无任何废气废料污染等特 点 ，已成 为 电动汽车和混合 动 力汽车 最 有前途 的动力 电池 之一 …。目前 飞轮 电池 上使 用 主 动 电磁 轴 承 (AMB)，它 的动 力特 性 是 可控 可 调节 的 ，是汽 车飞轮 电池 ，航 空发 动机转 子结 构 的一种 趋势 【。 然而 车载 飞轮 电池磁 悬 浮转 子支 承在运 动 的车身 上 ，汽车启动 、加速 、减速 、转 向、急停等状态都会对车 载 飞轮 电池 磁悬 浮转 子 产 生影 响 ，所 以其动 力 学特性 不仅取决于磁悬浮转子本身 的动力学特性 ，而且还取 决于汽车动力学特性 。车身 的运动导致车载 飞轮 电池 磁悬浮转子 的动力学特性会发生显著变化 ，这使磁悬 浮支承技术 的研究更加 复杂 。正 由于研 究 的复杂性 ，单 靠理论建模仿真分析很难达到真实客观 的结论 ，因此 本文 围绕盘状磁悬浮转子 的车载工况模 型 ，进 行实验 并研究在盘状悬浮转子结构 自身振动情况 以及在车载 不 同212况下 ，它们 之 间的相互影 响 ，为车 载飞轮 电池 磁 悬浮转子 的基础理论和关键技术奠定基础 ，同时dg为 车载磁悬浮飞轮 电池 的应用奠定理论基础 。 1 动力学特性实验系统的构成 统 悬 吊 ，以保 证 实验 系统 处 于 自由状 态 I4】。激振 器 安 车载工 况下磁 悬 浮转 子动力 学特 性实验 系统 由三 装 在 基 座 的底 板 上 ，以得 到沿 Y方 向的纵 向振 动 。用 部分构成 ：盘状磁悬浮转子系统 ；丹麦 公司 的BK振 激振器给 系统激励 ，然后用加速度传感器采集盘状转 动测试分析系统 ；磁悬浮控制系统 。如 图1所示 。 子上 的加速度 响应 ，将各测点 的激励和 响应信 号经 电 为使研 究简化 ，6／文选用单 自由度 的盘状磁悬浮 荷放大器放大后输入 到 BK系统 ，由系统 的 FFT分 转子 的实验装置如 图2所示 。盘状转 子 由45钢制造 ，外 析 仪处 理得 到各 个频率 范 围 内的盘状 转子上 的加 速度 径 D=302mm。内径 d=156mm，厚度 h=2．5mm，质 响应 曲线 。 量 m=1．01kg。盘状转子 由3／i磁力轴承支承 ，电磁铁 2 实验准备和频段选择 与悬浮盘片 间的平衡 间隙为8mm，磁悬浮装置采用传 统 的 PID控 制 。利 用 3个 电磁 铁 限制盘 片沿 z轴 的移 2．1 实验 准备 实验现场如 图3所示 。首先 ，让实验 系统用轮胎悬 ★国家 自然科学基金资助项 目(编号 收稿 日期 ：2009年3月 吊，一方面使得盘 片状磁悬浮转子装置处 于 “自由”状 2009／$ 机械制造47卷 第540期 态 ：另 一 方 面 悬 吊轮 胎 表1 输入正弦激励信号时盘片上传感器A2实验数据 简化等效为汽车