三相径向混合磁轴承的结构设计与磁路分析

提出了一种由永磁体产生偏置磁通，通电三相线圈产生控制磁通，使磁轴承稳定工作的三相径向混合磁轴承，对其结构进行了详细说明，对磁悬浮力产生机理进行了分析，并提出了一种电流跟踪型控制方案，最后利用ANSYS对该磁轴承永磁磁路及工作磁路进行了有限元仿真分析。     

基于精确磁路的永磁偏置轴向径向磁轴承设计

针对永磁偏置轴向径向磁轴承集成度高、结构紧凑、磁场分布不规则、偏置磁场和控制磁场存在耦合的特点,根据二维仿真结果,在精细划分磁轴承漏磁路径和软磁路径的基础上,构建了包括漏磁磁阻和软磁磁阻的精确磁路。利用精确磁路可观测各磁路中的磁通分布的优势,有针对性地调整磁轴承的各结构参数,实现其设计的优化,减少对初步参数的重复有限元仿真。对设计样机进行的三维有限元仿真结果表明:基于精确磁路的永磁偏置轴向径向磁轴承设计正确合理。     

永磁偏置五自由度磁轴承结构及磁路分析

介绍了永磁偏置五自由度磁悬浮轴承结构示意图及悬浮力产生的机理，利用有限元计算进行原理仿真，用等效磁路法对永磁和励磁混合磁轴承的磁路进行了计算，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方法。理论研究和仿真分析表明：永磁偏置五自由度磁轴承结构合理紧凑、机械结构简单、效率高。在磁悬浮电机、高速飞轮储能等系统中具有广阔的应用前景。     

一种新型磁悬浮飞轮用永磁偏置径向磁轴承

针对现有径向磁轴承结构电励磁磁路耦合严重的缺点,分析了一种新型磁悬浮飞轮用永磁偏置径向磁轴承结构及其工作原理。采用等效磁路法对磁轴承的永磁磁路和电励磁磁路进行计算,得出了磁轴承的数学模型,给出了磁轴承主要参数的设计方法。最后通过有限元法对该磁轴承进行仿真分析,从磁场分布以及X方向通电流时对力Fy的影响两方面验证该结构电励磁回路在X、Y方向间的解耦性,其中Fy小于3%Fx。理论研究和仿真分析表明：这种径向磁轴承结构有效的避免了磁通在两个径向自由度间的耦合,从而能够扩大系统线性工作范围和稳定裕度最终提高磁轴承系统的控制性能。     

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.     

磁悬浮飞轮轴向混合磁轴承参数设计及分析

磁悬浮飞轮系统是空间飞行器实现高精度姿态控制常用的执行机构,磁轴承作为磁悬浮飞轮中的重要组成部分,要求其具有结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低、效率高等优点。提出了一种新型轴向混合磁轴承,该磁轴承采用永磁体提供静态偏置磁场,功耗低、体积小,尤其适合在磁悬浮飞轮系统中应用。在阐述磁轴承结构和工作原理基础上,采用等效磁路法推导出磁轴承悬浮力数学模型,得出了磁轴承最大承载力数学表达式;给出了详细的参数设计方法,设计了轴向承载力400 N的磁悬浮飞轮轴向磁轴承;采用有限元方法对其磁路及最大承载力进行了仿真计算和分析,并进行了试验研究。理论和试验结果证明了数学模型的正确性和参数设计合理性。     

径向—轴向共用偏磁电流的主动磁轴承结构参数设计与有限元分析

介绍一种新型径向—轴向共用偏磁电流的主动磁轴承的基本结构和工作机理,用等效磁路法对该磁轴承的磁路进行计算,得到悬浮力数学模型;根据悬浮力要求设计实验样机参数,利用有限元Ansoft软件对磁轴承样机的磁路进行有限元分析。理论研究和有限元分析结果表明,该磁轴承机械和磁路结构合理,悬浮力满足设计要求,各自由度在平衡位置附近运动,与磁路没有耦合,对各自由度可采用分散的PID(proportion integration differentiation)对其进行控制,大大简化控制系统。     

径向-轴向共用偏磁电流的主动磁轴承建模与特性分析

介绍了一种新的径向-轴向共用偏磁电流的主动磁轴承结构及工作机理,采用等效磁路法对该轴承的磁路进行了计算,得到了悬浮力数学模型。根据最大悬浮力要求设计了试验样机参数,并利用Matlab软件对磁轴承轴向、径向悬浮力的非线性和各自由度之间在平衡位置附近的运动以及径向-轴向之间的磁路耦合特性进行了计算分析。理论和仿真结果表明:该磁轴承机械和磁路结构合理,悬浮力在平衡位置附近具有较好的线性和对称性,各自由度在平衡位置附近运动和磁路几乎没有耦合,对各自由度可采用分散的PID控制器进行控制,大大简化了控制系统。     

永磁偏置径向磁轴承在磁悬浮反作用飞轮系统中的应用

针对现有径向磁轴承结构电励磁磁路耦合的缺陷,设计了一种新型径向永磁偏置混合磁轴承结构,介绍了这种轴承的结构特点和工作原理,并利用等效磁路法和有限元法(FEM)对该永磁偏置径向混合磁轴承进行了电磁分析,得出了磁轴承的数学模型和主要参数的设计结果.研究结果表明:该径向永磁偏置磁轴承可以有效地避免磁路耦合现象,提高磁轴承系统的控制性能.     

异极永磁偏置径向混合磁轴承及其性能分析

介绍了异极永磁偏置径向混合磁轴承的结构和工作原理,利用等效磁路法建立悬浮力计算模型,理论分析说明异极磁轴承比三极磁轴承最大承载能力提高了33.3％,通过有限元分析得出异极磁轴承能得到比三极磁轴承更好的悬浮力与电流线性关系.搭建试验台对理论分析和仿真结果进行验证,异极磁轴承悬浮力与电流线性关系更好,最大承载力提高了29....     

永磁体形性特征对磁水复合支撑式艉轴承润滑特性的影响

螺旋桨重力会导致船舶推进轴系发生挠曲,造成艉轴承边缘润滑状态恶劣。采用一种磁水复合支撑形式的艉轴承,通过引入永磁体磁力作用,改善桨重因素对艉轴承边缘润滑状态的不利影响;构建永磁体三维磁力特性分析方法,探究不同永磁体材料磁性质和布置形式对磁力承载性能的影响规律;基于艉轴承弹性流体动压润滑分析方法,获取永磁体形性特征对润滑特性的影响规律。结果表明：磁承载力受永磁体材料剩磁的影响明显,材料剩磁越大,永磁体承载力越大,轴承润滑状态相对越好;沿周向增加磁块数目或增加永磁块轴向长度可以增大永磁体的承载力,但永磁体承载效率可能下降,设计时需综合考虑;磁体的布置形式也对磁力承载性能和润滑性能影响显著,在永磁体体积相同的情况下,更为合理的布置形式可使永磁体承载力与艉轴承最小水膜厚度明显增大。     

调磁环材料性能对永磁齿轮损耗的影响研究

磁场调制型永磁齿轮作为一种新型永磁变速装置,易产生较大磁场损耗,降低永磁齿轮工作效率,限制其传递能力的进一步提升。提出整体成型动力传动式调磁环提高了扭矩传动能力,建立调磁环三维模型开展了强度、刚度和损耗计算,并结合永磁齿轮性能测试分析了调磁环骨架材料和调磁极片材料的损耗,研究三种不同调磁环承载骨架材料参数对永磁齿轮损耗和效率的影响,对永磁齿轮参数进行优化并确定最优扭矩骨架承载材料。结果表明,特种工程塑料调磁环骨架材料能大幅降低永磁齿轮损耗,有效提升传动效率,永磁齿轮实测传动效率可达93.8%。     

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.     

磁悬浮永磁直线电动机及其控制系统研究

根据磁悬浮永磁直线电动机的特殊结构与运行机理,给出了电动机电磁推力和悬浮力的数学模型。建立了磁悬浮永磁直线电动机的有限元计算模型,对气隙磁密、电磁推力和悬浮力进行了有限元计算,并对气隙磁密作了谐波分析。设计了磁悬浮永磁直线电动机的研究样机,制作了磁悬浮子系统和进给伺服子系统,对系统进行实验研究,获得了磁悬浮子系统和进给子系统运行的实验结果。实验研究结果表明,该磁悬浮永磁直线电动机可实现直接驱动与无摩擦运行。     

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.     

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.     

轴向磁化双永磁环悬浮轴承静态磁力的研究

永磁悬浮轴承由于结构简单且不需要复杂的位置控制系统而具有相当的应用价值。基于永磁材料的线性退磁曲线,通过对双永磁环的磁路分析,利用间隙磁导的拟合计算公式,采用虚功原理法得到双永磁环轴向静态磁力的解析模型,该解析模型可以计算不同内外径的双永磁环悬浮轴承的轴向静态承载力,并设计了测量双永磁环间隙与磁力关系的实验装置,实验结果表明,永磁环磁力解析模型的计算值和实测值吻合较好,该方法能较好的计算出双永磁环悬浮轴承的静态承载力。     

一种径向永磁轴承设计与研究

建立一种径向永磁轴承系统,永磁轴承的设计便被简化为单端径向永磁轴承设计与分析。采用ANSYS磁场求解方法,建立单端径向永磁轴承3D有限元模型,分别得出动静磁环轴向宽度、径向宽度、截面面积和间隙对其径向承载刚度的影响,这为此类径向永磁轴承的设计提供了优化依据。     

永磁铁研磨实验装置磁路的计算分析

用永磁铁组成磁路,制作成磁力研磨实验装置,可用于零件的研磨或抛光加工,且永磁铁制作的研磨装置有许多优点。文中介绍磁路结构及技术参数,用磁导法及漏磁系数法计算永磁铁磁路,并确定磁路结构的几何尺寸等。