新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性

研究一种集成转子径向扭转与轴向平动控制功能的新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性,以解决磁轴承系统的轴向尺寸和精度之间的矛盾。采用等效磁路法进行磁轴承的磁路建模,在建立磁极气隙表达式的基础上采用积分型方法进行磁阻计算以提高计算精度,并根据磁路模型给出磁轴承磁力的积分型计算公式,得到轴向磁轴承闭环系统的磁力特性曲线。对某飞轮用磁轴承系统的分析表明:磁轴承磁力与磁极气隙和控制电流间具有良好的线性关系,且各控制通道近似解耦,与典型磁轴承结构相比,利于磁轴承系统控制精度的提高和轴向尺寸的减小,适用于磁悬浮飞轮系统。     

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。     

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.     

交直流径向-轴向混合磁轴承原理与特性分析

介绍了一种新颖的交直流径向一轴向混合磁轴承的基本结构和悬浮力产生机理;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、径向悬浮力数学模型,设计了实验样机参数.利用Matlab软件对磁轴承轴向、径向悬浮力非线性和各自由度之间在平衡位置附近运动、磁路之间的相关耦合特性进行了计算分析,给出了仿真图.研究结果表明:这种磁轴承结构合理紧凑,效率高;磁轴承轴向、径向悬浮力具有较好的线性和对称性,有利于控制器及功放电路的简化与设计,并获得良好的控制性能;各自由度运动和磁路几乎没有耦合,采用分散独立的PID控制器实现了磁轴承的稳定工作.     

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。     

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。     

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。     

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....     

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。     

磁悬浮轴承多变量系统自抗扰解耦控制

在介绍径向四自由度磁轴承结构的基础上,建立了磁轴承多变量系统状态方程。基于自抗扰控制器原理,针对径向四自由度磁轴承系统,提出了多变量系统自抗扰解耦控制方案,构建了控制系统结构,并给出相关控制算法。根据实验样机参数,利用MATLAB软件环境,构建了解耦控制仿真系统,针对系统的阶跃响应、转子起浮等进行了仿真试验。研究结果表明：采用自抗扰控制策略设计的控制系统成功实现了多变量的解耦控制,具有精度高、响应速度快、超调量小等特点。     

直流磁场下销盘摩擦副接触面的磁感应强度和磁吸力分析

为了研究磁场对材料摩擦磨损性能的影响,通过试验检测了销盘接触时的磁吸力,利用电磁场有限元软件分析计算了销盘摩擦副在接触区域的磁感应强度大小和分布及磁吸力的大小。试验和仿真结果表明:磁感应强度和磁吸力都随线圈电流的增大和气隙的缩小而增大,并且与材料的磁化特性有关;销盘上的磁场分布不均匀,当盘旋转进行摩擦磨损试验时,盘上各点将产生动态磁化现象;由于销和盘之间的微凸峰接触存在漏磁,故在磁场仿真时可用一个极小的间隙来表示其实际磁接触状态;在销和盘接触时,可用试验得到的最大磁吸力值根据麦克斯韦公式计算出接触面的平均磁感应强度。     

外场驱动血泵磁力耦合传动受力分析

根据外场驱动血泵耦合传动时磁场动态分布,引入磁心概念。采用解析方法对径向充磁磁齿轮在传动过程中径向受力及传递扭矩变化规律进行分析,建立了计算磁齿轮啮合传动时径向耦合力及传递扭矩的数学模型。结果表明,外场驱动血泵在啮合传动过程中,径向力和传递扭矩均是周期变化的。     

磁悬浮进给机构的磁力耦合

研究了磁悬浮进给机构在进给运动时的磁力耦合现象.进给机构的磁悬浮系统采用了具有自动归中作用的V型导轨结构,保证了机构进给运动的导向精度,可应用于光刻机等精密光机系统,且满足超净无尘及精密定位要求.通过分析机构磁悬浮系统中电磁铁的磁力分布,给出了耦合磁力的计算公式.分析结果表明:磁悬浮系统在其控制过程中存在着磁力耦合,具体表现为:如果进给运动时平台在水平方向发生偏移,那么左右两侧电磁铁的磁力在水平及水平垂直方向将产生相互耦合作用;而垂直方向的偏移不会引起磁力的耦合.在控制系统中引入补偿器后,可使系统解耦,因产生的耦合磁力很微小,可以忽略不记.     

磁流变减振器磁场特性分析及试验研究

设计了磁流变减振器磁芯磁路,建立了磁路的仿真模型,仿真研究了磁路的磁场特性,用实验的方法对仿真模型进行了验证和修正;在此基础上,建立了整个磁流变减振器的仿真模型,仿真研究了其磁场分布规律及不同参数下阻尼孔附近的磁通密度.研究结果表明,磁芯直径、工作缸壁厚、阻尼通道长度和线圈电流是影响磁场特性的主要因素,合理选择磁路结构参数可使其性能得到最大发挥.设计并制造出一种车辆单筒充气式磁流变减振器,对其进行了台架试验,得到不同电流下的减振器示功特性图,研究发现,通过调节减振器励磁线圈中的电流获得不同强度的磁场,在磁场作用下,磁流变液粘度发生变化,从而改变减振器的阻尼特性,减振器的饱和工作电流约为2A.试验验证了磁路设计的正确性,并为实现车辆磁流变半主动空气悬架控制研究奠定了基础.     

基于ANSYS的主动磁轴承电磁场的有限元分析

在介绍主动磁轴承转子的数学模型及其简化计算的基础上,给出了有限元计算模型及其边界条件,并用有限元分析软件ANSYS对主动磁轴承电磁场的耦合现象及转子偏心量和控制电流对磁场分布的影响进行了仿真,给出定子和转子中的二维磁力线分布图、磁通密度分布图及电磁力随转子位移和控制电流的变化规律.所得结论对磁轴承的设计具有一定的指导意义.     

人工心脏泵磁悬浮转子质量不平衡及磁耦合研究

结合建模与实验，分析了人工心脏泵转子质量不平衡及磁耦合对转子稳定悬浮的影响，依据转子动力学理论推导出了五自由度转子运动方程。由运动方程知，转子前后端的质量耦合可消去，转子同自由度前后端同时控制优于分开控制。运用转子自由振动及陀螺力方程分析了动不平衡对转子偏心的影响，结果表明：建模时增加动不平衡矩阵可有效减小偏心；为减小涡动，转子径向采样周期应与转速相适应，不宜过快。采用有限元方法给出了磁极不同工作方式时的磁力线分布，结果表明同时控制互相垂直方向的磁极有利于减小磁耦合。实验测量了转子在平衡位置的各向位移，并计算出静态时X方向的偏心相对误差为0．28％，Y方向的偏心相对误差为0．42％。     

磁通方向变化对电磁轴承径向耦合动特性的影响

电磁轴承轴颈径向的微小扰动Δx或Δy除了影响轴承气隙长度外,同时还会影响轴承的磁通方向,此时,如果仅考虑轴承气隙变化,电磁轴承径向不会产生耦合;如果进一步考虑轴承磁通方向的变化,将会改变轴承磁力在径向的分配,从而导致轴承产生径向耦合。本文首先分析了轴颈径向扰动对电磁轴承磁通方向的影响,然后,在同时考虑气隙和磁通方向变化的基础上建立了电磁轴承径向刚度的计算模型,最后给出了轴承磁极耦合刚度的数值计算结果,并进行了相应的分析。     

径向磁力轴承磁极布置对磁场和磁力的影响

使用有限元方法对8极径向磁力轴承的磁场进行了建模,计算了气隙磁通密度和磁力,对比分析了在转子不同的偏心情况下两种磁极布置形式(NSNS交替磁极布置和NNSS成对磁极布置)的磁力轴承的气隙磁通密度和磁力,并通过实验测试验证了有限元磁场建模和计算的准确性.结果表明,在同样大小的电流激励下,NSNS布置比NNSS布置的气隙磁通密度大,偏心时产生的磁力也较大,适合小尺寸的磁力轴承,而NSNS布置磁极之间的磁耦合比NNSS布置形式强,增加了控制系统的复杂性.研究结论对磁力轴承的结构设计和控制系统设计具有一定的指导意义.     

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。     

可变磁路式永磁悬浮系统的动力学特性研究

介绍一种由伺服电机、盘状径向磁化永磁铁和导磁体组成的可变磁路式永磁悬浮系统。该系统中永磁铁提供悬浮力,伺服电机驱动盘状永磁铁旋转,改变通过悬浮物的磁通量,实现悬浮力的实时控制。该悬浮系统可以实现零吸引力,避免接触吸附问题,可以实现稳定状态下的零功率悬浮,达到节能减排的目的;可以任意改变磁极特性,实现在多自由度系统上的灵活应用。在综合考虑系统漏磁特性的条件下建立系统的参数化模型,分析系统的动力学和控制特性,然后进行系统的悬浮特性仿真研究,结果表明该系统在一定外扰下可实现稳定悬浮,并且具有较理想的时域和频域响应特性。