永磁偏置五自由度磁轴承结构及磁路分析

介绍了永磁偏置五自由度磁悬浮轴承结构示意图及悬浮力产生的机理，利用有限元计算进行原理仿真，用等效磁路法对永磁和励磁混合磁轴承的磁路进行了计算，得出了最大承载力的条件和数学表达式，给出了参数设计和计算方法。理论研究和仿真分析表明：永磁偏置五自由度磁轴承结构合理紧凑、机械结构简单、效率高。在磁悬浮电机、高速飞轮储能等系统中具有广阔的应用前景。     

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.     

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能量优化与实验

针对磁悬浮飞轮低功耗的要求,对一种经典永磁偏置径向磁轴承进行能量优化研究。介绍了磁轴承的磁路结构和工作原理,基于磁轴承电流刚度和位移刚度数学模型,提取出轴承能量优化因子σ。在此基础上,建立了磁轴承功耗的目标函数,并对磁轴承功耗进行优化,得到了最优功耗数学表达式及其对应的σ大小。通过有限元法对轴承功耗优化结果进行仿真验证,其结果与理论分析结果基本吻合。在此基础上,基于优化结果研制了一套磁轴承,并通过改进现有15Nms磁悬浮飞轮进行功耗测试。结果表明:振幅为10μm时,单组绕组的最优功耗为0.87W,与理论最优值0.79 W的最大误差为9%。该能量优化方法提高了磁轴承低功耗设计效率,对飞轮系统整体功耗优化具有重要意义。     

磁悬浮飞轮用嵌环式永磁偏置径向磁轴承

为满足航天用扁平转子磁悬浮飞轮对低功耗磁轴承的需求,提出一类同极性嵌环式永磁偏置径向磁轴承(Radial permanent-magnet-biased magnetic bearing,RPMB),旋转损耗低,工作气隙径向内外双环、轴向同层分布,径向磁力为平面汇交力系,具有磁极轴向短、可灵活设计的独特优势.根据全主动、主被动两类磁悬浮飞轮的不同需求,采用磁路分析与有限元仿真的方法,对磁极对齐型、磁极交错型、磁极偏置型三种嵌环式RPMB进行了有针对性的分析与设计,所设计的全主动磁悬浮飞轮,具有轴向长度短、质量小、精度高的优点;所设计的两轴主动磁悬浮飞轮,经优化设计,具有高被动刚度、高电流刚度、电流刚度高稳定性的优点.     

永磁偏置径向-轴向磁轴承控制系统设计与实现

本文在介绍永磁偏置径向-轴向混合磁轴承结构及悬浮力产生原理基础上,阐述了3自由度混合磁轴承控制系统工作原理。讨论了以定点数字信号处理器TMS320F240为核心的数字控制系统硬件构成及软件设计,并对磁轴承控制系统进行了仿真和实验研究。研究表明:以TMS320F240为核心的数字控制系统能够满足磁轴承控制系统的要求。     

磁悬浮飞轮用新型永磁偏置径向磁轴承的设计

分析了一种磁悬浮飞轮用新型永磁偏置径向磁轴承的工作原理,利用等效磁路法对该永磁偏置径向混合磁轴承进行了分析,提出了基于位移刚度以及电流刚度的永磁偏置径向混合磁轴承的设计方法,给出了具体的设计步骤和设计实例.理论分析表明,所提出的方法与现有的设计方法相比考虑了磁轴承电磁参数与控制器参数的关系,设计结果与试验结果基本吻合.设计与试验结果表明:提出的设计方法切实可行,具有一定的应用价值.     

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。     

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。     

六极异极性径向永磁偏置磁悬浮轴承的研究

研究了一种六极异极性径向永磁偏置磁悬浮轴承,介绍了其结构及工作原理。通过坐标变换的方法将径向的悬浮力解耦,并推导了它与电流以及位移之间的函数关系。提出了根据各方向最小承载力最大来设计该磁悬浮轴承偏置磁场的原则。通过电磁场有限元软件对该磁悬浮轴承的悬浮力进行了仿真验算,仿真结果表明,在一定范围内x、y方向的悬浮力具有较好的线性特征,x方向的线性范围大于y方向的线性范围。仿真结果与计算结果的对比表明,按照等效磁路法计算出的电流刚度与仿真结果较为接近,平均误差小于3%,而位移刚度则略大于仿真结果。     

永磁电磁轴承的磁路设计方法

通过对永磁电磁轴承磁路设计过程的系统分析，提出了一种混合磁轴承工程磁路设计方法。文中详细给出了设计中各环节的计算方法和需要考虑的因素，并以具体设计实例加以验证说明。本文所提出的磁路设计方法对混合磁轴承的设计有重要的参考意义。     

磁悬浮飞轮用永磁偏置磁轴承漏磁分析

磁悬浮飞轮用永磁偏置磁轴承的定转子气隙间存在漏磁现象,为了准确计算漏磁的大小,从而精确地对磁轴承进行磁路设计,利用有限元法对该现象进行了分析.通过ANSYS软件针对一台磁悬浮飞轮样机用径向磁轴承的磁场分布进行分析,提出了一种等效气隙漏磁系数的计算方法,得到样机用磁轴承的漏磁系数.样机试验结果表明,用这一方法计算得到的漏磁系数进行磁轴承参数设计及性能分析具有足够的精度,能够满足实际工程需要.     

三自由度永磁偏置混合磁轴承数控系统研究

在介绍永磁偏置径向一轴向三自由度混合磁轴承结构及悬浮力产生原理的基础上，阐述了三自由度混合磁轴承数字控制系统的工作原理，讨论了以定点数字信号处理器TMS320LF2407为核心的数字控制系统硬件构成及软件设计。控制器控制策略选取抗积分饱和与微分突变的PID控制规律，用汇编语言编制了相应的数控软件。基于TDS2407EA评估板，采用自主编制的数控软件，实现了三自由度混合磁轴承稳定工作。研究表明，以TMS320LF2407为核心的数字控制系统不仅能够满足高速磁轴承控制器的要求，而且易于实现各种先进的控制策略。     

永磁偏置的混合磁悬浮轴承的研究

介绍了永磁偏置的混合磁悬浮轴的工作原理,提出了其结构参数的设计计算理论,对混合磁悬浮轴承的设计有实际指导意义。     

基于MagNet的磁力耦合调速器磁路机构的参数优化

基于Magnet有限元分析软件,建立了磁力耦合调速器磁路机构有限元模型,对磁力耦合调速器的磁路参机构参数进行优化,对优化后的模型进行了仿真分析。基于优化参数设计制作了磁力耦合调速器样机,对样机空载和负荷运行性能验证,验证了磁路设计的合理性。研究结果表明,样机输出转矩和输出转速与仿真计算结果相符,满足设计要求,具有一定的工程应用参考价值。