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磁悬浮转子系统耦合动力学分析 1 1 1 2 鲍文博 ，李娜 ，殷艳春 1沈阳工业大学工程力学研究所，沈阳 （110023 ） 2 沈阳市政管片厂，沈阳（110023 ） E-mail:linaly525@ 摘 要:研究径向磁力轴承力耦合对磁悬浮转子的动力学特性的影响。根据磁力轴承的工作原 理,给出了径向磁力轴承之间力耦合的计算公式和交叉耦合系数，建立了磁悬浮转子系统耦 合力作用的动力学模型。分别对非耦合力作用和耦合力作用的磁悬浮转子系统进行了解析分 析，结果表明，机、电、磁、控制相互耦合的作用，对磁悬浮转子系统的动态特性有一定的 影响，研究磁悬浮转子的动力学特性时，应当考虑系统中的耦合作用，建立完整的动力学模 型。 关键词：磁悬浮转子；径向磁力轴承；力耦合；特征值；动力学分析 中图分类号: 0347.6 1．引言 [1] 磁悬浮转子系统是一种复杂的机电耦合系统，系统主要的耦合之一是力耦合 ，它是由 于转子偏心产生的。偏心产生的力耦合影响轴承的控制精度，严重的偏心会破坏转子的平衡 及系统的稳定[2] 。磁悬浮转子系统动力学特性既取决于磁力轴承的支承特性和定子、转子结 构特性，又取决于两者之间的相互耦合特性[3] 。目前在传统的转子动力学研究中没有考虑机 电耦合因素的影响，而在磁悬浮转子研究中主要关注磁悬浮控制性能。为了研究磁悬浮转子 机电耦合动力学特性，必须同时考虑由于转子偏心而产生的力耦合现象的影响。 2. 磁悬浮刚性转子的动力学模型 2.1 建立直角坐标系 该转子为对称轴，以质心所在截面的形心为坐标原点建立坐标系 oxyz，转子轴线为 oz 轴，垂直方向为 ox 轴，水平方向为 oy 轴，如图 1 所示。其中 La,Lb 分别表示两侧径向磁悬 浮轴承距质心的距离，L 表示两侧径向磁悬浮轴承之间的距离。α,β分别表示转子绕 y,x 轴 的转角，Fxl ,Fyl 分别为左径向磁悬浮轴承在 x ,y 轴方向上对转子的作用力，Fxr ,Fyr 分别为右 径向磁力轴承在 x ,y 轴方向上对转子的作用力，左径向磁悬浮轴承控制 2 个自由度 x ,y ，右 l l 径向磁悬浮轴承控制 2 个自由度 x ,y 。 r r 1 本课题得到国家自然科学基金重点项目“微型燃气轮机-高速发电机分布式发电与能量转换系统研究”（ 项 目编号）的资助。 - 1 - L La Lb Fxl Fxr x Fz c o