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。     

大外径多环嵌套永磁轴承轴向磁力模型

为了提高永磁轴承承载力,设计了大外径多环嵌套永磁轴承结构.基于与实验吻合的径向磁化双环永磁轴承轴向磁力数学模型,结合大外径多环嵌套永磁轴承结构特点及线性叠加原理,建立了径向磁化大外径多环嵌套永磁轴承轴向磁力解析模型.分析表明:该型永磁轴承轴向磁力与磁环剩磁的平方成正比;磁力随磁环间隙的增大而减小,随磁环数、磁路总磁导的增大而增大;在正常轴向工作范围内,轴向磁力随轴承轴向偏移的增大而增大.该型永磁轴承充分利用了磁环两个极面,产生磁力的磁环间隙数增加,故轴向磁力明显增大.实验及有限元计算验证了该解析模型的正确性.     

双筒永磁向心轴承磁力工程化解析算法研究

针对径向磁化的双筒永磁轴承存在磁力计算复杂、由等效磁荷法得出的磁力数学模型不便推广到多筒永磁轴承及缺乏具有明确参量关系的工程化解析磁力计算公式等问题，该文用标量磁位的拉普拉氏方程经复变函数的保角变换等方法，得出一个简明的工程化磁力解析计算公式。该式能明确反映出磁力与相关参量的关系，也便于推广到多筒永磁轴承磁力计算。该式表明：径向磁化的双筒永磁轴承径向磁力分别与磁筒轴向有效长度、剩磁感应强度和永磁圆筒平均半径处磁通密度成正比，磁力随内外磁筒间隙的增大而减小，随间隙半径和径向偏心的增大而增大。实验证明，该模型计算值与实测值基本接近。这为设计径向磁化的双筒永磁轴承和具有更大承载力的多筒永磁轴承提供了一个实用的工具。     

具有被动式磁力轴承的无刷直流电机研究

非接触式磁力轴承广泛用于高速电机及某些具有免维护要求的特殊应用场合，如人工心脏旋转血泵。该文介绍了一种具有被动式磁力轴承的新型无刷直流电机。采用该文提出的被动式磁力轴承，电机转子可实现磁悬浮而不需要进行悬浮力控制。电机转子的轴向稳定性依靠被动式轴承以及永磁转子由于轴向位移产生的轴向力来实现。电机转子的径向磁悬浮，需要通过对被动式磁力轴承永磁环以及无刷直流电机的气隙、永磁体的径向厚度和轴向长度的优化设计来实现。     

矩形截面永磁环构成的Halbach永磁轴承结构优化

针对Halbach永磁轴承安装过程待装磁环所受轴向磁力相差较大、造成组装困难的问题。基于两个不同矩形截面永磁体磁力公式,建立了矩形截面永磁环构成的Halbach永磁轴承转子待装磁环所受的轴向磁力解析模型。基于该磁力解析模型,建立Halbach转子待装磁环受力差别最小的目标函数,采用布谷鸟搜索算法对该型永磁轴承结构进行优化,并对该解析模型和优化方法进行了仿真验证。结果表明:解析模型计算值和ANSYS仿真结果的平均误差不超过8.15%,说明该解析模型是准确的;最优结构对应的待装磁环受力差别最小的目标函数值与其仿真结果的最大误差不超过11.72%,说明运用布谷鸟算法优化该型永磁轴承结构是有效的。     

永磁轴承轴向悬浮力与刚度特性分析

对常规磁轴承轴向悬浮力与刚度进行了解析计算与仿真分析。介绍了一种新型轴向永磁悬浮轴承及工作原理,运用Ansoft软件Maxwell 3D对新型永磁悬浮轴承的轴向磁悬浮力与刚度进行了有限元仿真分析,并完成了样机。实验结果表明,轴向承载力的计算值与实测值基本吻合;在偏心距的实际应用范围内,永磁轴承的径向刚度为常量;这种新结构磁悬浮轴承具有较大的轴向力,能够满足工程需求。     

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。     

永磁卸载高温超导体提供稳定的立轴旋转系统

利用环形脉磁轴承制作了一个轴向静态稳定的卸载装置,用转子的自重补偿径向不稳定因素。立轴旋转系统底部的高温超导磁力轴承动态调节作用。利用圆环电流线圈之间相互作用轴向务的公式,对永磁结构进行了计算以及初步的定性分析。     

无轴承永磁薄片电机径向悬浮力精确数学建模

无轴承永磁薄片电机具有薄片转子的特殊结构,为了采取有效方法控制转子偏心位移、使转子稳定悬浮,研究的关键在于获得无轴承永磁薄片电机精确的径向悬浮力数学模型。在介绍无轴承永磁薄片电机的结构和工作原理基础上,对无轴承永磁薄片电机气隙磁场进行了详细分析,基于麦克斯韦应力张量法推导了其径向悬浮力数学模型,最后对比验证了利用有限元方法的计算结果和样机实验对数学模型的理论计算结果。验证结果表明,该方法建立的径向悬浮力数学模型误差小、精确度髙。     

无轴承永磁同步电机悬浮力的有限元分析

本文介绍了无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理,推导了径向悬浮力数学模型。用有限元分析和计算方法,对设计的一台4极转矩绕组2极悬浮绕组的无轴承永磁同步电机的内部磁场和径向悬浮力进行分析。讨论了转子未偏心和偏心时悬浮电流变化对悬浮力的影响。通过悬浮力模型与有限元分析的悬浮力计算比较,验证了悬浮力解析模型中对偏心、悬浮绕组电流等因素的影响规律描述的正确性。为无轴承永磁同步电机的电磁设计和优化以及悬浮力控制策略的提出提供依据。     

轴向电磁轴承多自由度承载力理论与实验研究

为了实现磁悬浮轴承系统的微型化,对轴向电磁轴承的多自由度承载力进行理论与实验研究。基于轴向磁轴承气隙磁通空间分布,利用分割磁场法建立磁路模型,由虚位移法得到轴向和径向承载力的数学表达式。借助有限元仿真软件,得到轴向磁轴承气隙磁感应强度与磁场空间分布。在搭建的磁轴承三维力学测量平台上,实验测量了轴向磁轴承的轴向与径向承载力,分析总结了多自由度承载力随电流、轴向位移和径向位移的变化规律,结合理论与仿真结果,分析了结构参数变化导致气隙磁场分布变化,进而改变轴向与径向承载力的物理机理,为轴向磁轴承实现多自由度悬浮研究提供了参考依据。     

圆筒型永磁动圈式直线电动机气隙磁场和推力解析分析

介绍了一种新型轴向充磁的圆筒型永磁动圈式直线电动机,该电机可以直接驱动电液比例阀,提供直线运动.以直接驱动电液比例阀的新型轴向充磁圆筒型永磁动圈式直线电机为例,分析了电机的气隙磁场和电磁推力,导出了电磁推力的计算公式,并与有限元软件分析下的结果进行比对,证实了解析公式的正确性.所给出的解析计算公式可用于该类电机的设计.     

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。     

Inherently decoupled magnetic suspension in homopolar-typebearingless motors

The authors have proposed bearingless motors, that is, magnetic bearings combined with motors in the same stator. It is possible to reduce their shaft length compared with a conventional motor with magnetic bearings, and to achieve higher rotational speed. Bearingless motors generate radial force by adding n ± 2-pole flux on n-pole motor flux to make the flux distribution unbalanced. Several types of bearingless motors have already been proposed, and most of them require variations of motor flux to be taken into account to maintain stable radial position control. In this paper, homopolar-type bearingless motors are proposed and their radial force is analyzed. The rotor of a homopolar motor has two cores with salient poles, and each core is magnetized in a single pole. The important characteristics that the radial force does not vary in accordance with the rotor angle or the motor torque current are derived from analysis. It is confirmed by experiments that the radial position can be controlled nearly independently from the rotational angle and torque     

径向高温超导磁悬浮轴承的端部效应分析

针对径向高温超导磁悬浮轴承轴向尺寸有限引起的端部效应会影响其轴向悬浮特性,提出一种基于H公式的二维有限元建模方法,对径向高温超导磁悬浮轴承的端部效应进行分析。首先,通过实验测试验证提出的有限元建模方法;然后,分别建立具有不同尺寸定、转子的径向高温超导磁悬浮轴承有限元模型;最后,得到不同尺寸的超导定子与不同极数的永磁转子下轴向悬浮力与位移的关系。结果表明,由于端部效应,随着超导定子分块数量的增加,轴向悬浮特性不断恶化;随着永磁转子极数的增加,轴向悬浮力最大值先提高后降低,最终趋于永磁转子无限长时的轴向悬浮力最大值。     

电磁型磁轴承的动态模型建立与分析

以电磁主动控制型磁轴承为研究对象，在论述磁轴承结构特点的基础上，推导了磁轴承的动力学方程；重点介绍了磁轴承设计中的关键参数轴向电磁力和径向电磁力的计算方法，给出了其电压方程；从机电磁一体化角度，建立了碰轴承的动态模型，并进行了分析。本文中所涉及的问题对其它类型的磁轴承设计有参考价值。