径向永磁轴承承载能力数值分析与设计

研究了一类径向水磁轴承在轴向、径向偏移时承载能力的两种计算方法，着重分析了径向永磁轴承的结构尺寸的优化问题，从理论上阐述了在设计过程中如何确定径向永磁轴承的高度及载面尺寸，对永磁轴承结构尺寸的合理设计有关实际的指导意义。     

基于ANSYS的径向永磁轴承承载特性研究

文章介绍了径向永磁轴承的特点及结构分类,分析了影响径向永磁轴承承载特性的因素,然后对构成径向永磁轴承的磁环的装配和磁化方向进行了分析,最后利用ANSYS软件通过理论计算对轴向磁化径向永磁轴承承载特性进行了研究,为径向永磁轴承的工程应用提供了依据。     

轴向放置轴向磁化的双环永磁轴承径向磁力研究

为了解决轴向放置轴向磁化的双环永磁轴承缺乏径向磁力解析数学模型等问题，在分析双磁环气隙磁导的基础上，结合稀土永磁材料特性和磁通连续原理，用虚位移法得出轴向放置轴向磁化的双环永磁轴承径向磁力解析数学模型。模型表明：该型永磁轴承径向磁力与磁环剩磁感应强度的平方成正比；径向磁力近似与磁环的平均直径成正比；磁环径向磁力随磁环径向宽度、轴向长度及磁路总磁导的增大而增大，随磁环相对磁导率及轴向间隙的增大而减小。模型计算值和试验值基本吻合。     

双环永磁轴承径向偏移承载能力的研究

在分析永磁轴承基本结构的基础上,提出了双环永磁轴承的结构,并进一步分析了该轴承的工作原理和径向偏移承载能力,推导了径向磁吸力、轴承间隙、剩磁之间的关系,经仿真其结果表明:大部分磁力线形成闭合回路,最大限度地减少了磁力线的对外散发,保证了永磁环性能的稳定,延长了永磁环的使用寿命;径向磁吸力随轴承间隙的增大逐渐减小,随表面剩磁的增加而增大;轴承的径向刚度等于长度为半周长的线性模型的刚度。     

永磁偏置型径向磁悬浮轴承参数设计方法研究

永磁偏置型磁悬浮轴承中既存在永磁磁场,又存在电磁磁场,其结构及磁场分布比较复杂,涉及的参数也较多,利用简单的等效磁路法无法对所有的参数进行精确设计。以一种结构形式的永磁偏置型径向磁悬浮轴承为例,在分析其工作原理及磁场分布的基础上,提出了一种基于磁通量计算的参数设计方法,给出了设计流程与计算实例。利用有限元分析软件对设计结果进行了电磁场仿真。实验结果表明:基于此方法设计出的永磁偏置型径向磁悬浮轴承具有良好的悬浮特性。给出了转轴在20 000 r/min时的径向位移波形及控制绕组中的电流波形。     

车用永磁同步电机径向力波灵敏度分析和优化

为了降低电动车电磁噪声,以电动车用永磁同步电机为研究对象,建立了有限元参数化模型,计算径向力波.通过解析法和试验,验证了有限元参数化模型的正确性.应用该模型,以永磁体厚度、气隙长度、定子槽中心宽度、定子槽开口宽度4种结构因素为设计变量,以1阶、2阶、3阶径向力波能量和径向力波均值最小为目标函数,进行了影响径向力波的结构因素灵敏度分析.结合电机设计要求,提出了改变气隙长度和定子槽中心宽度的参数优化方案,有限元计算结果显示优化方案改善了径向力波.     

基于等效电流法的永磁轴承分析

承载力和刚度的计算分析是永磁轴承设计的主要内容.基于等效电流法建立了永磁轴承的数学模型,推导出了轴向磁化永磁轴承轴向力及径向力的理论计算公式,并将数值计算结果与基于等效磁荷法的计算值进行了比较,进一步说明了两种算法的等效性.对径向采用主动磁悬浮轴承、轴向为永磁轴承的转子系统的轴向承载力及刚度特性进行了试验研究,得出一些对永磁轴承的设计可以提供一定参考的依据与结论.     

轴向放置的轴向磁化多环永磁轴承径向磁力研究

针对轴向放置的轴向磁化双环永磁轴承径向磁力偏小以及磁力数值计算复杂等问题,设计了能充分利用磁能、具有更大径向磁力的轴向放置的轴向磁化多环永磁轴承。分析了磁环气隙磁导,结合稀土永磁材料特性、磁通连续原理和线性叠加原理,用虚位移法得到了该永磁轴承径向磁力解析模型。经由三坐标立式铣床和三轴测力仪改装的实验台测试验证,模型计算值和实验值基本吻合。     

飞轮储能系统中径向永磁轴承的设计研究

为解决飞轮系统中因轴承摩擦导致的能量损耗问题,设计了一种可以应用于飞轮系统的径向永磁轴承.分别利用Yonnet简化数学模型和有限元分析软件ANSYS Workbench,对轴承中的磁环进行了承载能力的计算和分析.结果表明,磁环所受径向力随磁环厚度、径向偏移量增加而增加,但其增加关系有所不同;另外,随着轴向偏移的增大,径向力逐渐减小、轴向力迅速增大.     

飞轮储能系统径向永磁轴承力学性能和结构分析

针对国家自然基金飞轮储能系统中径向永磁轴承的设计问题,根据轴承的拓扑结构讨论了轴承的类别。建立等效电流模型,推导出了轴承外圈永磁体轴线磁感应强度解析式,并结合有限元分析的结论推导出了轴承径向力的表达式。定义了径向力密度作为衡量轴承性能优劣的标准,并讨论了轴承结构参数对其性能的影响。对飞轮储能系统径向永磁轴承的设计有实际的指导意义。     

磁悬浮飞轮用新型永磁偏置径向磁轴承的设计

分析了一种磁悬浮飞轮用新型永磁偏置径向磁轴承的工作原理,利用等效磁路法对该永磁偏置径向混合磁轴承进行了分析,提出了基于位移刚度以及电流刚度的永磁偏置径向混合磁轴承的设计方法,给出了具体的设计步骤和设计实例.理论分析表明,所提出的方法与现有的设计方法相比考虑了磁轴承电磁参数与控制器参数的关系,设计结果与试验结果基本吻合.设计与试验结果表明:提出的设计方法切实可行,具有一定的应用价值.     

径向二自由度混合磁轴承参数设计与分析

介绍了永磁偏磁径向磁轴承的结构及其悬浮力产生机理；用等效磁路法对混合磁轴承的磁路进行计算，得出了最大承载力的条件和数学表达式，给出了参数设计和计算过程；用有限元软件进行了仿真验算。研究结果表明：增大永磁体内部磁动势可提高轴承的承载力、稳定性及减小功放损耗；当偏磁磁通大于饱和磁通的一半时，实际承载力最大。     

飞轮储能磁轴承系统结构及其悬浮特性

介绍了一种由径向永磁轴承与电磁推力轴承组成的单轴主动控制的飞轮储能磁轴承系统结构 ,径向永磁轴承提供径向恢复力与轴向悬浮力 ,电磁推力轴承提供轴向恢复力。并对系统的结构参数计算及其磁悬浮特性进行了分析与讨论。研究结果表明 ,永磁轴承动、静磁环轴向位移对系统承载力与刚度有明显影响 ,采用多对磁环永磁轴承 ,有利于提高系统承载力与径向刚度     

新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性

研究一种集成转子径向扭转与轴向平动控制功能的新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性,以解决磁轴承系统的轴向尺寸和精度之间的矛盾。采用等效磁路法进行磁轴承的磁路建模,在建立磁极气隙表达式的基础上采用积分型方法进行磁阻计算以提高计算精度,并根据磁路模型给出磁轴承磁力的积分型计算公式,得到轴向磁轴承闭环系统的磁力特性曲线。对某飞轮用磁轴承系统的分析表明:磁轴承磁力与磁极气隙和控制电流间具有良好的线性关系,且各控制通道近似解耦,与典型磁轴承结构相比,利于磁轴承系统控制精度的提高和轴向尺寸的减小,适用于磁悬浮飞轮系统。     

PRINCIPLES AND PARAMETER DESIGN FOR AC-DC THREE-DEGREE FREEDOM HYBRID MAGNETIC BEARINGS

To simplify the mechanical structure, decrease the overall system size of the 3-degree freedom axial-radial magnetic bearings and reduce the manufacturing costs as well as operating costs, an innovated AC-DC 3-degree freedom hybrid magnetic bearing is proposed, which is driven by a DC amplifier in axial direction and a 3-phase power converter in radial directions respectively, and the axial and radial bias magnetic fluxes are provided with a common radial polarized permanent magnet ring. The principle producing magnetic suspension forces is introduced. By using equivalent magnetic circuit method, the calculation formulas of magnetic suspension forces and the mathematics models of the system are deduced. Nonlinearities of suspension forces and cross coupling between different degree freedoms are studied further by calculating the suspension forces at different displacements and control currents to validate the feasibility of the mathematics model. Then based on the mathematics models of the bearing, a control method of this novel bearing is designed. Lastly, the methods on parameter design and calculations of the bearing are presented, and an applicable prototype is simulated to analyze the magnetic path by using finite element analysis. The theory analysis and simulation results have shown that this magnetic bearing incorporates the merits of 3-phase AC drive, permanent magnet flux biased and axial-radial combined control, and reduces overall system size and has higher efficiency and lower cost. This innovated magnetic bearing has a wide application in super-speed and super-precision numerical control machine tools, bearingless motors, high-speed flywheels, satellites, etc.     

磁化不均匀性对永磁推力轴承性能的影响

通过试验测量了永磁轴承磁环不均匀磁化的分布,分析了磁体间隙对不均匀磁化的影响.运用磁荷理论建立了计算永磁推力轴承承载力模型,研究了磁铁磁化不均性和软磁材料对轴承承载力及刚度的影响.制造了验证该模型的试验装置.计算和试验表明,随着磁隙的减小,磁块间隙的增大,磁力和刚度的变化增大.     

磁通方向变化对电磁轴承径向耦合动特性的影响

电磁轴承轴颈径向的微小扰动Δx或Δy除了影响轴承气隙长度外,同时还会影响轴承的磁通方向,此时,如果仅考虑轴承气隙变化,电磁轴承径向不会产生耦合;如果进一步考虑轴承磁通方向的变化,将会改变轴承磁力在径向的分配,从而导致轴承产生径向耦合。本文首先分析了轴颈径向扰动对电磁轴承磁通方向的影响,然后,在同时考虑气隙和磁通方向变化的基础上建立了电磁轴承径向刚度的计算模型,最后给出了轴承磁极耦合刚度的数值计算结果,并进行了相应的分析。     

磁悬浮飞轮用永磁偏置磁轴承漏磁分析

磁悬浮飞轮用永磁偏置磁轴承的定转子气隙间存在漏磁现象,为了准确计算漏磁的大小,从而精确地对磁轴承进行磁路设计,利用有限元法对该现象进行了分析.通过ANSYS软件针对一台磁悬浮飞轮样机用径向磁轴承的磁场分布进行分析,提出了一种等效气隙漏磁系数的计算方法,得到样机用磁轴承的漏磁系数.样机试验结果表明,用这一方法计算得到的漏磁系数进行磁轴承参数设计及性能分析具有足够的精度,能够满足实际工程需要.