径向永磁轴承轴向承载能力分析与结构优化设计

在简化磁体模型的基础上,研究了两个同心永磁环构成的径向永磁轴承在轴向偏移时磁力和刚度的计算方法,通过提高永磁轴承刚度的方法导出径向永磁轴承最优结构尺寸.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截面尺寸,达到节省永磁材料、减小轴承尺寸的目的.     

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。     

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。     

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。     

锥形永磁轴承磁力解析模型

为了解决锥形永磁轴承缺乏磁力解析模型问题,基于平面点磁荷的磁场和虚功原理,结合两块平行矩形截面永磁体及锥形永磁轴承结构特点,建立了锥形永磁轴承的磁力解析模型,用ANSYS仿真验证了该解析模型的正确性,分析了锥形永磁轴承悬浮磁力与其结构参数之间的关系。研究结果表明：锥形永磁轴承磁力与磁环的平均周长和磁环磁通密度的平方成正比,磁力随着磁环径向宽度的增大而增大,小尺寸范围内随磁环截面长度的增大而增大;轴向磁力随磁环锥角的增大而减小,随轴向偏移的增大而减小。该研究模型为锥形永磁轴承设计计算及其结构参数优化提供了技术支持。     

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。     

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     

轴向放置轴向磁化的多个永磁环轴承轴向磁力研究

为了解决轴向磁化永磁轴承磁力偏小的问题,该文设计了能充分利用磁能、具有更大轴向磁力的轴向放置轴向磁化的多个永磁环轴承新结构。基于分析磁环气隙磁导及稀土永磁材料特性,结合磁通连续原理和线性叠加原理,用虚位移法对气隙磁能求偏导,得到了该型永磁轴承轴向磁力解析模型。模型表明:轴向放置轴向磁化的多个永磁环轴承轴向磁力与磁环剩磁感应强度的平方成正比;轴向磁力随磁环的径向宽度、平均直径、磁环数及磁路总磁导的增大而增大,随磁环轴向平均间隙、径向平均间隙增大而减小。在一定轴向尺寸内,单个永磁环磁化方向的长度小,则磁环数增多,轴向磁力增大。经验证,模型计算值和实验值基本吻合。     

永磁轴承的刚度研究

永磁轴承具有结构简单、无磨损等优点,可以与机械轴承或电磁轴承结合构成各种磁轴承系统.利用永磁体等效电流模型,以涡轮分子泵永磁轴承为对象建立刚度矩阵,由尺寸参数对各刚度的影响分析可知:磁环横截面为正方形时,径向刚度和耦合刚度最大;倾斜剐度的正负在正方形横截面处发生变化.     

永磁磁轴承数学模型的研究

对永磁磁轴承的5种建模方法及所建立的数学模型进行了比较,并以径向磁轴承为例进行了计算。发现在形状、尺寸和磁化强度相同的情况下,磁环轴向磁化与径向磁化所得的径向刚度及轴向力均存在差异;将环形磁体作为无限长条形磁体处理,忽略磁环曲率影响,建立的通用模型仅适用于磁环直径相比磁环截面而言非常大,且磁环截面尺寸比气隙小或相等的情况:采用等效磁荷法,按磁化方向不同建立的数值积分模型,能够较好地描述磁轴承径向力及轴向力随动、静磁环相对位置变化而变化的特性。     

小型低风速风力发电机永磁轴承的设计与分析

风能是重要的可再生能源,低风速风能的利用对风力发电的发展有重要意义。磁力轴承能有效地减小风力发电机的启动阻力矩、降低启动风速。永磁轴承具有体积小、无功耗、结构简单、零响应时间等优点而被广泛应用。对永磁轴承的结构设计进行了分析,并采用轴向磁化轴向叠加多环径向永磁轴承作为低风速风力发电机主轴支承,用有限元法分析计算了的永磁径向轴承的径向力,完成了实验样机,对比实验表明,该样机的启动阻力矩比传统的风力发电机降低了40%。     

磁悬浮轴承在高速旋转机械上的应用及一种混合径向磁悬浮轴承的设计

着重阐述高速轴承家族的一颗新星一磁悬浮轴承。第一部分讲述磁悬浮轴承的工作原理及其分类,磁悬浮轴承的特点及国内外对这项技术的研究与应用现状,并预测它的发展前景;第二部分结合具体生产实践,提出一种混合径向磁悬浮轴承的设计,对径向被动磁轴承部分进行了定性分析,对其工作稳定性和可靠性进行了理论论证,详细讨论了各种因素对其径向稳定性,轴向稳定性和横轴稳定性的影响,提出了消除这些影响的方法与措施,通过计算机数值分析掌握了磁环几何参数对磁轴承径向刚度的影响,并对磁轴承的径向刚度进行校核,对轴向主动磁轴承部分给出一种完全新型结构和控制方法,具有结构紧凑、控制电路简单、方便实用的特点。本文为混合磁悬浮轴承的设计提供了一定的理论基础,按此设计原理和计算公式,可设计出多种负载能力的径向混合磁悬浮轴承。     

一种新型组合磁悬浮支承系统的分析

提出了一种新型的磁悬浮支承系统，它是由电动磁力轴承和带锥面磁隙的永磁磁力轴承构成的。分析了电动磁力轴承的悬浮机理，对比分析了平面磁隙和锥面磁隙的两种永磁磁力轴承的悬浮特性，利用电磁场有限元理论计算了两种永磁轴承在不同径向偏移时的径向磁力，并绘制了它们的关系曲线。     

Permanent Magnetic Bearing for Spacecraft Applications

A passive permanent magnetic bearing rig prototype was designed and constructed. The suspension of the rotor was provided by two sets of radial permanent magnetic bearings operating in the repulsive mode. The axial support was provided by jewel bearings on both ends of the rotor. Preliminary testing led to successful operation of the bearing prototype to speeds of 5500 rpm using an air impeller. Radial and axial stiffnesses of the permanent magnetic bearings were experimentally measured and then compared to finite element results. The natural damping of the rotor was measured and a damping coefficient was calculated.     

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.     

基于ANSYS分析的永磁径向轴承的设计

本文介绍有限元软件Ansys进行永磁径向轴承设计的一般步骤,并通过一个算例,将 Ansys计算结果同等效磁荷理论计算结果相比较,结果表明Ansys分析能满足设计精度。     

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。