针对磁悬浮飞轮低功耗的要求, 对一种经典永磁偏置径向磁轴承进行能量优化研究。介绍了磁轴承的磁路结构和工作原理, 基于磁轴承电流刚度和位移刚度数学模型, 提取出轴承能量优化因子σ。在此基础上, 建立了磁轴承功耗的目标函数, 并对磁轴承功耗进行优化, 得到了最优功耗数学表达式及其对应的σ大小。通过有限元法对轴承功耗优化结果进行仿真验证, 其结果与理论分析结果基本吻合。在此基础上, 基于优化结果研制了一套磁轴承, 并通过改进现有15 Nms磁悬浮飞轮进行功耗测试。结果表明: 振幅为10 μm时, 单组绕组的最优功耗为0.87 W, 与理论最优值0.79 W的最大误差为9%。该能量优化方法提高了磁轴承低功耗设计效率, 对飞轮系统整体功耗优化具有重要意义。

针对磁悬浮高速离心式鼓风机的喘振问题, 提出了一种基于磁悬浮轴承的喘振检测方法。该方法采用通用同频陷波器滤除转子位移中的同频分量, 消除了同频扰动对喘振检测的影响; 通过分析不同收敛因子对喘振频率估计的作用, 基于自适应估计提出了变收敛因子的喘振频率和幅值估计方法, 减小了低频信号的干扰, 提高了喘振信号检测的快速响应能力。最后, 分析了改进检测算法的收敛性, 并在100 kW磁悬浮离心式鼓风机测试系统上进行了实验验证。实验结果表明, 改进后的喘振检测算法可在喘振发生前检测出喘振先兆旋转失速信号, 在喘振发生0.23 s内检测出喘振信号, 较改进前的检测结果提高了2.6 s。该检测方法无需外加其它检测单元, 算法简单、快速, 计算量小、并可有效地反映喘振发生过程中频率与振幅的变化。

提出了一种基于零位移控制的磁悬浮转子在线动平衡方法, 用于降低磁悬浮电机的振动并提高悬浮精度。通过在极坐标系中分析磁悬浮转子的静/动不平衡模型, 推导出校正质量与磁悬浮系统参数的关系。对各种控制模式下表征校正质量的特点进行分析得出：在零位移模式下, 电磁力与不平衡离心力相互抵消, 且电磁力是控制电流的线性函数, 因此可使用控制电流直接解算校正质量。使用广义选频器控制转子绕其几何轴旋转, 获得零位移状态, 提取了绕组同频控制电流解算校正质量。最后, 针对电流刚度获知误差, 在线校正转换系数阵, 进行二次高精度平衡。实验结果表明, 使用本方法一次启车即可确定校正质量, 两次启车校正转换系数阵再次平衡后, 转子振动降低98.6%,控制电流降低98.7%, 实现了高效高精度动平衡, 达到了磁悬浮转子零位移零电流运行状态。