考虑涡流效应的多气隙永磁偏置轴向磁轴承动态刚度系数研究

为了对立式转子的轴向位置进行控制,并利用永磁偏置力来克服转子的重力,提出了一种多气隙的永磁偏置轴向磁轴承。由于轴向磁轴承的定转子铁心均为实心结构,由交变磁场所引发的电涡流将对磁轴承的刚度系数造成显著影响。采用了单元有效磁阻模型,建立了轴向磁轴承动态电流刚度的数学模型和建立了考虑涡流效应的二维瞬态电磁场有限元仿真模型。有限元仿真结果证明了所建立的动态电流刚度数学模型的正确性,也表明了轴向磁轴承的位移刚度受涡流的影响较小,永磁偏置力在各个频率段均维持恒定。     

圆盘式Halbach结构永磁轴承解析模型

提出了一种圆盘式Halbach阵列结构轴向永磁轴承,该结构能大幅度减少永磁轴承的轴向尺寸。首先基于两个不同截面长方体永磁体的磁力解析模型,根据刚度定义由该磁力解析模型推导出其刚度解析模型。根据叠加原理得到圆盘式Halbach阵列轴向永磁轴承的磁力刚度解析模型,分析了磁力刚度与永磁轴承结构参数的关系。ANSYS的仿真结果表明该磁力解析模型准确度较高,刚度解析模型能够解决ANSYS仿真精度不够无法得到可靠的刚度值问题。     

轴向磁通永磁电机空载气隙磁场建模分析

针对轴向磁通永磁电机有限元仿真较为耗时的问题,建立了轴向磁通永磁电机空载气隙磁场解析模型。提出通过建立虚拟等效直线电机模型用以计算气隙磁场端部效应修正函数,使得空载气隙磁场模型得以整体解析化。给出了气隙磁导函数相应的替代函数,并对此替代函数进行了傅里叶级数转换,使空载气隙磁场函数具有形式上统一的解析表达式,便于计算机编程实现。对空载气隙磁密、空载反电动势和齿槽转矩进行了解析计算,与有限元计算结果对比,验证了该文所建立的空载气隙磁场模型的正确性和可行性,可以作为轴向磁通永磁电机设计人员参考使用。     

基于精确磁路的新型混合型轴向-径向磁悬浮轴承研究

该文基于一种实心同极性轴向-径向磁悬浮轴承结构,其具有磁场分布均匀、轴向空间较小的优点.针对该新型混合型轴向-径向磁悬浮轴承结构紧凑、磁场分布复杂等特点,结合有限元二维仿真结果,建立考虑漏磁的精确磁路模型.根据磁路模型,计算该结构的气隙磁通密度、刚度和承载力,并与有限元仿真进行对比,仿真与计算结果基本一致.实验结果表明转子能够在较高转速下实现稳定悬浮,验证了该结构的可行性.     

轴向磁通永磁同步电机气隙磁场解析计算

针对双定子单转子表面嵌入式轴向磁通永磁同步电机的气隙磁场进行了解析研究。建立了气隙磁场的解析模型,将轴向磁通电机等效成直线电机并建立了等效面电流模型来求解空载工况下的气隙磁场。根据电磁场理论中的唯一性定理,给出了满足泊松方程的边界条件,并将分离变量法应用于泊松方程的解析解来计算电机三相定子电枢绕组作用下的气隙磁场。通过将空载下的气隙磁场与电枢绕组作用下的磁场叠加来预测电机负载工况下的气隙磁场。最后用三维有限元仿真计算结果与解析模型的计算结果相比较,证明了解析法可以有效地计算轴向磁通电机的气隙磁场,为轴向磁通永磁同步电机的解析分析和优化设计提供了基本手段。     

盘式异步磁力联轴器三维气隙磁场计算及试验研究

为研究盘式异步磁力联轴器气隙内磁场的空间分布,首次利用等效电流模型对联轴器的气隙磁场建立三维解析模型,推导出了气隙处任意场点的磁感应强度解析公式。针对一台18极的盘式异步磁力联轴器,采用Matlab编程求解得出了气隙磁场沿轴向、径向及周向的三维空间分布。同时采用试验测量装置对不同气隙厚度下的气隙磁场分布进行了三维磁场测量,测量结果与解析结果具有很好的一致性,都表明轴向磁场为气隙磁场的主要分量,并且轴向磁场的波形为近似正弦波,可传递稳定的转矩;随着气隙厚度的增大,气隙磁密幅值将会迅速降低。通过对三维气隙磁场的分析,为联轴器的转矩特性计算和结构优化提供了依据。     

基于磁路分析的轴向混合磁轴承径向承载力解析计算

研究轴向混合磁轴承实现五自由度悬浮时,需要计算径向承载力与磁轴承结构参数以及永磁体参数之间的关系。为了解决轴向混合磁轴承缺乏径向承载力解析数学模型的问题,该文在分析轴向混合磁轴承磁路以及各部分磁导的基础上,结合稀土永磁体的工作特性,用虚位移法得出了轴向混合磁轴承的径向承载力解析数学模型。模型表明,在小径向位移时,该型的混合磁轴承径向承载力随着径向位移增加而增加,近似线性关系,径向承载力和刚度随轴向气隙增大而减小;磁轴承径向承载力随永磁体的有效长度增加呈现先增大后趋近饱和。利用有限元方法对径向承载力进行仿真计算,仿真结果与模型计算结果基本吻合。     

圆筒型Halbach次级结构磁悬浮重力补偿器

提出一种结构新颖的圆筒型磁悬浮重力补偿器,次级采用Halbach永磁结构,具有悬浮力大、法向刚度低等特点。介绍了圆筒型磁悬浮重力补偿器的结构,建立圆筒型磁悬浮重力补偿器的数学模型,利用等效电流法对气隙磁场进行解析,推导出静态悬浮力、动态悬浮力及法向刚度的数学表达式。利用有限元法对圆筒型磁悬浮重力补偿器的静态特性进行仿真分析,阐述低刚度被动磁悬浮中的特殊问题。最后研制一台样机,通过实验测试验证了所提出圆筒型磁悬浮重力补偿器的可行性。     

一种基于保角映射的考虑端部效应的准三维轴向磁通电机磁场解析模型

轴向磁通永磁电机气隙磁场三维分布不均,且在电机内、外径处端部效应明显,应建立三维磁场模型来进行电机性能分析,而三维有限元计算十分耗时,因此需建立(准)三维气隙磁场解析模型.现有的考虑端部效应的AFPMMs气隙磁场解析模型,大多基于三维FEM辅助建模或等效磁路的方法,存在耗时过多或建模精确度不高的问题.针对以上不足,建立了基于保角映射的考虑端部效应的准三维AFPMMs磁场解析模型.将AFPMMs径向-轴向平面横截面等效为具有铁磁边界的多边形面域,永磁体等效为线电流,借助保角映射法,求取电机径向-轴向平面上的磁场分布,以得到端部修正系数,从而考虑端部效应对气隙磁场分布的影响.使用该解析模型,计算了一台AFPMM的气隙磁密与空载反电动势,与三维FEM、样机实验结果进行对比,以验证该模型的准确性.相比等效磁路法,在电机内、外径处,该解析模型气隙磁密计算精确度提高了10.61％;相比三维FEM,该解析模型计算用时仅为其耗时的0.078％.     

采用Halbach磁场的新型被动磁轴承仿真

为了提高永磁磁轴承的轴向承载力和刚度,在对理想Halbach磁场进行分析的基础上,利用分段磁环构成的近似Halbach磁场设计了一个新型的轴向永磁磁轴承.通过有限元软件对这种磁轴承进行了建模仿真,计算了最大承载力以及刚度,并分析了磁环的厚度与高度比值对磁轴承刚度的影响.仿真结果表明,采用Halbach磁场的轴向磁轴承最大可以提供2×106N/m的刚度,高于相同永磁材料用量条件下传统轴向磁轴承的刚度.考虑到这种磁轴承的结构要比传统结构复杂,因此这种磁轴承更适合在对刚度要求高的场合应用.     

永磁式磁轴承的电磁力及刚度的工程化算法

在综述当前磁轴承刚度计算方法的基础上，提出了一种适合本研究对象的刚度的工程计算方法，即通过对磁轴承的磁路分割，求出极间气隙磁导，从而推出一种计算径向不平衡刚度和轴向恢复刚度的比较简便的工程化计算方法。     

一种超导磁悬浮系统的设计及悬浮力特性分析

根据一种计算超导体薄间隙磁场的方法,设计了一种新型的超导磁悬浮支承结构。首先分析了其支承系统在无源悬浮条件下的力学特性式,然后针对无源磁悬浮支承刚度低的缺点,引入了线性反馈控制系统,并分析了线性反馈控制下的力学特性。最后悬浮力的计算结果经过有限元计算验证,一致性较好。本超导磁悬浮系统具有结构简单、电磁力计算方便等优点,对设计超导加速度计和超导陀螺仪有重要的借鉴意义。     

管道漏磁内检测的管壁缺陷漏磁场解析模型

漏磁内检测技术是长输油气管道缺陷检测的主要手段,缺陷几何特征识别对管道安全运行评价具有重要意义。基于二维磁偶极子模型,建立管道内壁缺陷漏磁场空间分布的三维解析模型,对磁化方向垂直缺陷时磁荷产生漏磁场的变化规律进行研究;基于内壁解析模型,引入管壁退磁影响因子,对模型进行补偿,建立管道外壁缺陷漏磁场三维解析模型,得到了管道外壁不同缺陷漏磁场的分布特征。搭建漏磁检测实验平台,对所建模型有效性进行实验验证。结果表明,管壁对外壁缺陷漏磁场具有一定屏蔽作用,实验结果和理论分析具有很好的一致性,所建模型可有效描述管道内外壁缺陷漏磁场空间分布特性,对缺陷识别和定量评估具有一定工程指导意义。     

新型组合永磁偏置磁轴承磁路模型建立及优化设计

径向-轴向组合永磁偏置磁轴承具有结构紧凑、损耗低的优点,本文给出了一种新型结构混合型径向-轴向磁悬浮轴承的原理结构,首先建立了其等效磁路模型,基于等效磁路模型推导了该磁轴承的悬浮力解析表达式及其所特有的补偿线圈的补偿原理和补偿方法。然后采用电磁场的有限元方法验证了该等效磁路模型及有关补偿计算的正确性。最后为了改善磁轴承的性能并更好地满足工程需求要求,基于等效磁路模型,采用多目标粒子种群算法对该轴承进行了优化设计研究,通过优化设计模型与初始模型的对比研究,验证了优化的有效性。     

永磁偏置径向磁轴承的原理分析与参数设计

为克服现有永磁偏置径向磁轴承的缺陷,研究了一种磁悬浮高速电动机用永磁偏置径向磁轴承,利用等效磁路法分析其结构及工作原理,得出了径向悬浮力的数学模型,并对数学模型进行了线性化处理,得出了其径向力-位移系数和力-电流系数。给出了磁极面积、控制绕组、定转子结构等主要参数的设计方法,并制作了实验样机,对样机进行了三维有限元仿真分析和动静态悬浮实验。理论研究和实验结果表明,该型磁轴承转子磁滞损耗小,结构紧凑,控制简单,悬浮性能良好,给出的参数设计方法合理。     

轴向磁化的双环永磁轴承轴向磁力研究

基于分析一对永磁环间隙的磁能及磁导，根据具有线性退磁曲线的稀土永磁材料特性和磁通连续原理，通过虚功原理法，得到轴向磁化的双环永磁轴承轴向磁力解析数学模型。模型表明：轴向磁化的双环永磁轴承轴向磁力与磁环剩磁感应强度的平方成正比，近似与磁环的平均半径及磁环径向宽度成正比；轴向磁力随磁环轴向长度的增大而增大，随磁环轴向间隙、径向偏心及磁环相对磁导率的增大而减小。经验证，模型计算值和实验值基本吻合。该模型显式表达了轴向磁力与各参量间的关系，使得永磁轴承设计和优化简便易行，解决了轴向磁化的双环永磁轴承轴向磁力数值计算复杂的问题。     

磁力耦合联轴器三维传递转矩及特性参数分析

针对传统二维方法因忽略端面效应导致磁力耦合联轴器传递转矩计算不精确问题,借助单对永磁体传递转矩的库伦表达,建立具有多对弧形永磁体结构的磁力联轴器三维转矩解析模型,通过与三维有限元模型磁场分析对比验证了该模型可行性。对磁力耦合联轴器转矩特性参数包括:磁极对数、转子厚度、磁体轴向长度、节距比等对传递转矩的影响进行了分析,研究结果表明:合理选择磁极对数并适当减小气隙厚度有利于增加传递转矩;传递转矩随内、外转子厚度的增加而变大,但变化率逐渐减小;当转子轴向长度大于径向长度时,漏磁现象显著减小;选择合适的节距比有利于提高永磁材料的利用率。提出的磁力耦合联轴器三维转矩模型可为联轴器的结构设计与优化提供理论指导。