风力发电机磁轴承参数设计及控制系统研究

为减小风力发电机的机械摩擦及减少其维护成本,降低风力发电机启动风速,减小旋转阻力矩,提高风能利用率,在垂直轴风力发电机中采用混合轴承支承,即风力发电机径向采用1个径向磁轴承和1个机械轴承支承,轴向采用一个轴向磁轴承来实现五自由度支承。针对轴向磁轴承,首先介绍了其结构及工作原理,然后采用等效磁路法建立数学模型,并按性能指标要求进行参数设计,然后用Ansoft软件对轴向磁轴承磁场及受力等进行分析验证,设计了轴向磁轴承控制系统,并用Matlab软件对磁轴承的控制系统进行了阶跃响应、起浮和扰动等仿真研究。研究结果表明:参数设计合理,控制系统够实现磁轴承可靠及稳定的悬浮。     

五自由度混合磁轴承结构参数设计与分析

提出一种新型的五自由度混合磁轴承支承高速电机系统,由径向二自由度混合磁轴承、径向-轴向三自由度混合磁轴承和高速电机构成.文中介绍混合磁轴承的结构和工作原理,二自由度混合磁轴承采用轴向充磁的环形永磁体提供偏置磁场,定子采用双片式八极结构,每片定子有四个凸极.三自由混合磁轴承集成径向和轴向磁轴承功能,采用径向充磁的环形永磁体提供径向和轴向偏置磁场.导出磁轴承的数学模型,给出详细的参数设计方法,最后采用Maxwell电磁场有限元分析软件对磁轴承的磁路和主轴受力情况进行分析.理论研究和有限元分析表明,这种五自由度混合磁轴承系统结构参数设计合理.     

支承高速电机的混合磁轴承结构参数设计与分析

提出了一种5自由度混合磁轴承支承高速电机系统,由径向2自由度混合磁轴承、径向-轴向3自由度混合磁轴承和高速电机构成.2自由度磁轴承定子采用8极结构,4个是控制磁极,4个是嵌入永磁体的永磁磁极.3自由度混合磁轴承集成了径向和轴向轴承功能,采用径向充磁的环形永磁体提供径向和轴向磁轴承偏置磁场.文中介绍了混合磁轴承的结构和工作原理,导出了磁轴承的数学模型,给出了详细的参数设计方法,最后采用MAXWELL电磁场有限元分析软件对磁轴承的磁路和主轴受力情况进行了分析.理论研究和有限元分析表明:这种5自由度磁轴承系统结构参数设计合理.     

一种锥形定转子交直流磁轴承建模与耦合特性研究

为简化三自由度轴向-径向磁轴承结构,减小轴向长度和提高系统临界转速,设计了一种新型三自由度交直流轴向-径向混合磁轴承。该磁轴承定子采用两片式六极结构,分隔式锥形磁极与圆锥形转子均有30°锥角,磁场对圆锥形转子产生的磁吸力在轴向和径向方向上均有分量,实现了利用同一工作气隙同时控制圆锥形转子在轴向和径向3个自由度的悬浮。论文介绍了三自由度锥形定转子交直流混合磁轴承基本结构及悬浮力产生的工作原理,用等效磁路法对永磁和励磁混合磁轴承的磁路进行了分析,推导出了悬浮力数学模型。利用Matlab工具对磁轴承各变量之间的非线性关系和各自由度之间运动、磁路之间的耦合特性进行了计算和分析,并对各自由度之间的电磁耦合特性及各变量之间的非线性关系用ANSOFT软件进行了有限元分析验证。理论分析和仿真结果表明:该磁轴承各自由度在平衡位置附近时运动和磁路之间没有耦合,各变量之间具有良好的线性关系,对各自由度可采用分散独立的PID控制实现磁轴承的稳定悬浮。     

磁悬浮风力发电机转子系统的研究

针对传统机械辐承支撑的风力发电机起动阻力和起动风速大的问题,设计了一种磁悬浮转子系统,径向和轴向均采用主动磁悬浮轴承支撑,有效地降低了风力发电机的摩擦功耗.通过分析风力发电机所受主要载荷确定了磁轴承承载力的大小,完成了磁悬浮轴承及其相关部件的各项结构和安装设计,为控制系统的研究奠定了基础.     

五自由度磁悬浮电主轴结构与有限元分析

提出一种五自由度稳定悬浮的电主轴,由二自由度磁悬浮异步电机与三自由度轴向混合磁轴承实现五个自由度的稳定悬浮。其中,三自由度混合磁轴承采用四个定子磁极来控制轴向悬浮力与径向扭转力,可有效减少轴向长度。文中介绍了五自由度磁悬浮电主轴工作原理,建立磁悬浮异步电机和混合磁轴承的数学模型,并用电磁场分析软件welll5．0分析其磁场和悬浮力,验证电主轴的可行性,最后运用biatlab软件建立基于转子磁场定向的无轴承异步电机控制系统,仿真结果表明该控制方法可有效稳定控制电机。     

一种气体-磁轴承混合支承的电主轴及其控制系统设计

提出一种新型气体轴承、径向-轴向磁轴承混合支承的电主轴,设计基于粗集理论方法的磁轴承电主轴模糊控制系统,并进行了相关性能试验,结果表明:设计的控制系统使主轴系统具有良好的静动态性能。     

磁悬浮风力发电机用锥形被动磁轴承分析与设计

为从根本上解决传统风机轴承的机械摩擦问题以有效提高风能利用率,提出了主、被动相结合的风力发电机全磁悬浮支承方案,在对小型水平轴磁悬浮风机轴承系统受力特性分析的基础上,将锥形被动磁轴承作为轴向轴承,利用有限元法分析了其力学特性,并在空间限定的情况下以刚度最大为优化目标对永磁体的尺寸、环数等进行了优化设计,最后给出了锥形被动磁轴承的实例设计结果。     

单片DLP色轮采用磁轴承支承的研究

阐述了单片DLP投影机色轮运行和磁轴承的基本原理,对磁轴承技术在色轮驱动系统的应用进行了研究,采用一个主动型轴向磁轴承和两个被动型径向磁轴承来实现色轮转子的五自由度悬浮.基于色轮转子的重量与转速,设计出了磁悬浮轴承的参数,并利用有限元分析软件ANSYS对设计结果进行了仿真.     

磁悬浮风力发电机用磁力轴承的分析与设计

设计了一种磁悬浮风力发电机的转子系统,径向方向采用磁力轴承支承,轴向方向靠机械力约束.采用有限元方法,对磁力轴承的结构和磁路进行了分析与设计,最后对磁力轴承的磁环高度h和叠加磁环个数n进行了优化.     

永磁直驱风力发电机结构发展研究

直驱式永磁风力发电机具有高功率密度、高效率、高可靠性、低维护成本和电网兼容性好、低电压穿越能力强等优点而成为最具发展前景的风力发电解决方案。介绍了径向磁通、轴向磁通以及横向磁通电机的结构电机的特点以及应用情况,针对目前市场的主流径向磁通永磁风力发电机,综合考虑电机的轴承支撑方式、冷却方式以及内外转子结构,将其分成四种结构,并对每种结构形式的特点加以详细的分析和介绍,并指出各种结构电机的优缺点,对永磁风力发电机结构的发展趋势进行了阐述。     

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。     

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.     

机械加工误差对主动磁悬浮轴承性能的影响

针对5自由度主动磁悬浮轴承,分析了每种误差类型对主动磁悬浮轴承工作状态的影响机理及特征;定量分析了机械加工误差、系统设计参数和径向磁悬浮轴承线圈干扰电流之间的关系。研究结果表明,机械加工误差会导致径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承相互耦合,增加系统控制难度;同时会导致径向磁悬浮轴承励磁线圈中附加干扰电流,降低径向磁悬浮轴承的有效载荷;通过分析径向磁悬浮轴承励磁线圈中的干扰电流的特征可以推断系统的误差形式,从而采取相应的措施进行改善。研究结果为更合理地确定主动磁悬浮轴承的设计参数、分析主动磁悬浮轴承系统的装配误差、提高主动磁悬浮轴承的性能提供了理论依据。     

接触角对风电轴承疲劳寿命的影响

风力发电机偏航轴承结构参数复杂,工作条件特殊,笔者通过仿真确定偏航轴承优化的结构参数,使此种轴承的疲劳寿命长,减少轴承在风场中的维修次数;采用有限元分析方法,建立了风电偏航轴承的三维有限元仿真模型,应用典型的联合载荷和边界条件,对各种不同接触角的轴承模型进行疲劳寿命分析,得出了轴承承载过程中的疲劳安全因子、疲劳寿命的相...     

电磁轴承-无轴承电机系统在转子主动控制的应用研究

主动磁轴承借助电磁力来控制转子的振动,无轴承电机在实现转矩控制的同时实现电机的悬浮控制。本文在对永磁偏置三自由度电磁轴承和两自由度无轴承电机的磁悬浮机理一般性描述的基础上,分析了其产生的悬浮控制力。并以转子电磁振动为研究对象,结合电磁轴承和无轴承电机的特点,提出利用一种新型的五自由度磁悬浮异步电机作为执行机构对转子电磁振动进行主动控制,实现了转子系统稳定工作。此系统可以有两方面的应用,既可以用做转子的支承,也可以用做转子振动主动控制的增稳。     

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     

特大型直驱风力机基本设计

介绍风力发电技术的基本原理,重点介绍特大型直驱风力机主力机型的主要结构和基本设计方法.