异极性永磁偏置径向磁轴承的参数设计与实现

为了克服现有异极性永磁偏置径向磁轴承参数设计的不足,对一种异极性永磁偏置径向磁轴承进行了研究,分析其结构和工作原理。以其为对象提出了一种根据二维有限元仿真结果构建等效磁路,以满足承载力所需的偏置磁场与控制磁场的磁通量为基本目标;并以软磁材料不饱和为约束条件,结合等效磁路,推导出永磁材料和定转子结构的参数设计方法;设计了径向悬浮力400N的原理样机,进行了三维仿真分析和实验验证。结果表明:提出的参数设计方法合理,利用该方法设计的异极性永磁偏置径向磁轴承悬浮性能优良,为其他型永磁偏置磁轴承的研究奠定了基础。     

永磁偏置径向磁轴承拓扑研究及其进展

永磁偏置径向磁轴承能够实现转子的径向两自由度悬浮,是应用最为广泛的永磁偏置磁轴承。对永磁偏置径向磁轴承的研究现状进行了详细阐述,将径向磁轴承分为同极性和异极性两类分别研究,分析其结构及工作原理,进行类比,并指出其应用场合。对其拓扑的未来发展进行了展望,结合应用场合提出了多种结构形式的永磁偏置径向磁轴承,低功耗、结构简单、加工安装方便、控制性能优越的磁轴承仍将是重点研究领域。     

短转子永磁偏置轴向径向磁轴承耦合特性分析

永磁偏置轴向径向磁轴承能够实现转子的三自由度悬浮,结构紧凑、功耗低,但3个自由度之间易耦合。对一种短转子永磁偏置轴向径向磁轴承进行了研究,它的轴向定子位于径向定子之上,为短转子结构。根据二维仿真结果进行等效磁路分析,对径向控制磁路进行解耦分析,设计径向力为400 N的磁轴承进行三维有限元仿真分。并通过三维网格图对轴向径向悬浮力进行耦合分析。研究结果表明,在平衡位置附近,轴向径向间彼此解耦,悬浮性能优良。     

永磁偏置轴向磁轴承的磁悬浮机理与有限元分析

研究了一种永磁偏置轴向磁轴承,分析了结构和工作原理;利用等效磁路法进行分析,提出了利用控制磁通漏磁系数来计算内外磁极面积的方法,得出了轴向悬浮力的数学模型,并对数学模型进行了线性化处理,得出其位移刚度和电流刚度。给出了主要参数的设计方法,给出了样机参数,用有限元对样机进行了电磁场仿真验算。理论研究和仿真分析表明:该永磁偏置轴向磁轴承结构紧凑,控制方便;参数设计方法合理准确,消除了该型磁轴承由于结构原因所导致的内外轴向气隙磁密的差异。     

二自由度混合磁轴承设计与有限元分析

在阐述二自由度混合磁轴承工作机理的基础上,推导了其数学模型,设计了实验样机,并采用三维有限元分析软件Maxwell对之进行建模并仿真,分析了样机内部磁场关系,验证了二自由度混合磁轴承悬浮原理,计算了径向力与位移以及径向力与控制绕组电流之间关系,得出磁轴承的最佳工作范围,并采用Matlab/Simulink进行仿真实验研究。研究结果表明:该设计的磁轴承能够稳定悬浮,并具有较好的控制性能。     

交直流三自由度混合磁轴承结构与有限分析

为简化三自由度磁轴承结构，缩小其尺寸，降低其制造与运行成本，提出一种新型的交直流三自由度混合磁轴承。该磁轴承轴向单自由度采用直流电控制，径向两自由度采用1个三相逆变器提供控制电流，由1块径向充磁永磁体同时提供轴向与径向偏置磁通。介绍交直流三自由度混合磁轴承结构及悬浮力产生机理，用等效磁路法对该磁轴承的磁路进行了推算，导出了其轴向、径向磁力数学模型，设计了实验样机，并对实验样机的磁路用ANSYS 8.1软件进行了有限元分析。理论研究和有限元分析表明：交直流三自由度混合磁轴承结构合理紧凑、承载力大、效率高、成本低。     

三自由度永磁电励磁组合偏置磁轴承研究

介绍了三自由度交流混合磁轴承的结构示意图和工作原理。通过对其永磁体产生的偏置磁场的利用率以及径向悬浮力大小的分析,提出了永磁体与直流电组合偏置的方法。利用等效磁路法对组合偏置磁轴承进行了磁路分析并建立了悬浮力数学模型,并对组合偏置磁轴承进行了有限元分析,理论计算与仿真得出三自由度组合偏置磁轴承消除了悬浮力上限,减小了磁轴承的体积,更有利于磁轴承在高速电主轴、高速飞轮储能等系统中的应用。     

飞轮储能装置用轴向磁轴承及其低功耗策略

针对垂直放置的飞轮储能装置中磁轴承的低功耗要求,研究一种新型结构的永磁偏置轴向磁轴承,分析其结构和工作原理;采用等效磁路法推导出该型磁轴承的承载力、力/位移系数及力/电流系数的数学表达式;给出主要参数的设计方法,并设计原理样机,利用有限元软件对设计结果进行三维仿真分析.在此基础上,研究轴向气隙不对称的低功耗悬浮策略,理...     

水平轴磁悬浮风力发电机混合磁轴承系统研究

为了解决永磁轴承的悬浮力不可控、安装精度高、所需空间大等问题,采用混合磁轴承作为水平轴风力发电机主轴系统的径向支承,在介绍结构形式与数学模型的基础上,对风力发电机转子系统进行了受力分析,并对径向混合磁轴承的结构参数和数字控制系统进行设计,构建了磁悬浮实验平台,完成了静态起浮和扰动试验。试验结果表明,试验样机参数设计正确,数字控制系统软、硬件设计合理,径向混合磁轴承系统性能稳定,为小型风力发电机磁悬浮支承技术的研究提供了参考。     

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。     

新型结构永磁偏置轴向磁轴承研究

研究了一种新型结构的永磁偏置轴向磁轴承,分析其结构和工作原理;利用等效磁路法推导出该型磁轴承的承载力、电流刚度以及位移刚度的数学表达式;给出了包括磁极面积、控制绕组及定转子结构等主要参数的设计和计算方法,利用有限元软件对设计结果进行了三维仿真分析,理论分析和仿真结果表明:该型磁轴承结构紧凑、控制方便,适用于高速低功耗的场合.     

新结构混合型径向磁悬浮轴承

介绍了一种混合型径向磁悬浮轴承的结构及工作原理.该混合型径向磁悬浮轴承为同极性结构,可降低转子旋转时产生的磁滞损耗,因此转子可采用实心结构,从而可以承受更高的转速.利用等效磁路法推导了其悬浮力、控制电流及转子位移之间的函数关系,并通过有限元仿真和实验验证了其工作原理的正确性.它能够实现转子在0～10 000ffmin的稳定悬浮.     

考虑定子外壳漏磁的同极式永磁偏置径向磁轴承磁路模型

同极式永磁偏置径向磁轴承的永磁偏置磁场在定子外壳内形成较大漏磁,而且外壳的有效面积相对工作气隙较大,即使在铁心与外壳间加入隔磁层的情况下,漏磁仍不可忽略,必须进行准确计算。首先直接求解拉普拉斯方程获得隔磁层内的磁场分布,并结合保角变换计算漏磁区域的端部效应,然后求解工作气隙的永磁偏置磁场和电励磁控制磁场,最后建立完整磁路模型和电磁力解析模型。三维有限元仿真结果表明,所建立的磁路模型能准确计算磁轴承工作范围的电磁参数。依据飞轮储能系统的总体需求,设计了径向磁轴承系统,实验结果验证了所建立解析模型和有限元模型的准确性。     

新型交替极无轴承永磁电机的原理与实现

传统永磁型无轴承电机悬浮力和转矩控制存在耦合，该文对一种新型交替极转子结构的无轴承永磁电机的磁悬浮原理进行了深入分析和数学建模，指出该类型电机所具有的独特的悬浮控制和转矩控制解耦的特点，并构建了无轴承交替极永磁电机的实时控制系统。实验结果表明实现了该新型无轴承永磁电机的动、静态稳定悬浮，验证了悬浮与转矩控制解耦的特性。     

交流主动磁轴承参数设计与优化

交流主动磁轴承采用三相逆变器驱动,能够降低功放损耗,减小体积,降低磁轴承整体成本,且逆变器易于与DSP连接,实现磁轴承高速高精数字控制。在介绍交流磁轴承的结构和工作原理基础上,导出了磁轴承径向悬浮力的数学模型。依据试验样机需要满足的性能要求,对磁轴承主要参数进行了设计和优化,并利用Ansoft有限元软件对径向悬浮力进行了分析,最后对交流磁轴承进行了静态起浮和扰动实验。理论研究和试验表明,交流主动磁轴承的磁路结构设计合理,静态悬浮力和最大悬浮力满足性能要求,对研制高性能低成本交流磁轴承具有参考和应用价值。     

无轴承开关磁阻电机径向电磁力模型

针对现有无轴承开关磁阻电机数学模型忽略磁饱和或对磁饱和考虑不充分的不足,将麦克斯韦张量法和磁路分析法结合起来,提出了一种计算无轴承开关磁阻电机径向电磁力的方法.该方法考虑了电机运行过程中磁饱和以及转子的偏心位移,能够准确的描述电机径向电磁力的特性,为电机运行状态的离线分析和电机的设计提供了更为可靠的理论依据;该模型同时为无轴承开关磁阻电机电磁振动和噪声的预测与控制提供了理论依据.以一台实验样机为例,建立了考虑磁饱和的无轴承开关磁电机有限元分析模型.仿真结果证明了该解析模型的有效性.     

感应电动机转子磁通观测的一种方法

转子磁场定向矢量控制系统中,转子磁链的准确估算至关重要,通常通过检测定子电压、电流并结合电机的数学模型来检测转子磁链矢量的大小和位置.文章介绍了一种电流模型和电压模型相结合的磁链观测方法,通过变系数加权,使得两种模型在低速和高速时分别起作用,且平滑过渡.仿真和实验论证该方法具有了较高的准确性.     

基于α逆系统理论磁轴承数学模型及控制系统

采用α阶逆系统方法,对轴向混合磁轴承这一非线性控制对象进行线性化控制研究。介绍了轴向混合磁轴承的结构并分析了其工作原理,推导出轴向混合磁轴承吸力方程。在阐述了α阶逆系统方法的基础上,针对轴向混合磁轴承动力学模型分析了基于α阶逆系统方法线性化控制的可行性,推导出基于α阶逆系统方法的线性化算法,并设计了闭环系统控制器。最后利用Matlab软件环境,构建了仿真系统,针对系统的阶跃响应、转子起浮、抗干扰性能等进行了仿真和分析。仿真试验结果表明α阶逆系统策略能够对混合磁轴承数学模型精确线性化,设计的闭环控制系统具有良好的动、静态性能。     

基于麦克斯韦应力法的双绕组无轴承开关磁阻电机新型数学模型

现有的双绕组无轴承开关磁阻电机麦克斯韦应力法数学模型忽略了相互垂直方向上径向悬浮力的耦合,但当转子偏离定转子齿极中心对齐位置较大时存在较强的耦合,故现有模型难以满足高精确度稳定悬浮控制要求。选择一种计及相互垂直方向悬浮力耦合的新积分路径,建立了基于麦克斯韦应力法的双绕组无轴承开关磁阻电机新型数学模型,同时为计及电机磁路的饱和特性,采用最小二乘法对铁心材料的非线性磁化曲线进行拟合,求解考虑磁饱和的各气隙磁密。通过与有限元仿真结果对比,验证了所建模型不仅揭示了相互垂直方向上径向悬浮力的耦合关系,考虑了磁饱和特性,且具有精确度良好、计算量小等优点,为实现高精度稳定悬浮控制奠定了基础。