基于Ansoft的交流混合磁轴承有限元分析

提出一种结构新颖的交流混合磁轴承.永磁体产生偏磁磁通,电磁铁线圈产生控制磁通,通过等效磁路法得出磁通的数学模型,进而推导出了轴承径向悬浮力的表达式;最后,在Ansoft的MAXWELL 3D中建立了交流磁轴承实体模型,对磁轴承的磁感应强度分布情况及力与电流、位移的关系进行分析.     

一种三相交流混合磁轴承数学模型与性能分析

提出了一种新型的三相交流二自由度径向混合磁轴承,由嵌入式永磁体提供静态偏置磁通,三相通电线圈产生控制磁通.采用等效磁路法导出了偏置磁通的计算公式,推导了径向悬浮力的数学模型.针对实验样机的性能要求,设计了磁轴承参数,在设计交流磁轴承控制系统基础上,利用Matlab/SIMULINK工具箱构建了仿真系统,对磁轴承的起浮性能、抗干扰等特性进行了仿真.最后用ANSYS8.0电磁场有限元分析软件对磁轴承实验样机的磁路和转子受力性能进行了计算和分析,证明了该设计的正确性.     

轴向磁轴承参数设计与性能分析

介绍了无轴承电机轴向单自由度主动磁轴承结构和工作原理,阐述了其悬浮力产生原理,导出了轴向悬浮力方程,对轴向主动磁轴承进行了参数设计并给出了计算方法。利用Matlab软件对轴向悬浮力非线性特性进行了分析,给出了仿真图;利用有限元分析软件Ansoft建立了试验样机模型,采用三维有限元法对试验样机的结构和磁路进行了仿真分析,并进行三维有限元参数化分析得到了轴向力/电流关系曲线。理论研究和有限元分析结果表明:轴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;轴向磁轴承结构和参数设计合理,所设计的样机能够满足性能要求。     

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。     

一种新型飞轮储能用三定子三自由度磁轴承

针对现有飞轮储能用三自由度磁轴承径-轴向磁路耦合严重、承载力不足的特点,研究了一种无耦合、承载力大的三定子三自由度磁轴承。介绍该磁轴承的拓扑结构和工作原理,采用等效磁路分析方法对磁轴承的径向磁路和轴向磁路进行计算,得出了磁轴承的数学模型,并给出磁轴承主要参数的设计方法及参数结果。利用仿真软件ANSYS对轴承的所处磁场和转子承载力情况进行计算和分析,并利用MATLAB/Simulink进行静态性能仿真。磁场分析结果表明,该三定子三自由度磁轴承能够避免径向-轴向间的磁路耦合,从而能够扩大系统线性工作范围和稳定裕度,提高磁轴承系统的控制性能。受力分析结果表明,相比于同外径尺寸的其它磁轴承,该磁轴承具有承载力大的优点。仿真结果与设计值一致,仿真结果验证了该新型磁轴承的结构的合理性及参数设计结果的正确性。     

逆变器驱动对三极径向–轴向混合磁轴承径向承载力的影响

三极径向–轴向混合磁轴承径向采用三相功率逆变器驱动,具有成本低、体积小、功耗低的优点。但由于逆变器三相电流和为零的条件以及三极磁轴承的自身结构特点,使逆变器驱动对磁轴承的径向承载力产生一些影响。该文首先介绍了三极径向–轴向混合磁轴承的结构与工作原理,建立气隙中磁通的数学模型,然后根据数学模型分析直角坐标轴各方向产生最大悬浮力的条件,并得到了各个方向最大悬浮力公式,采用有限元分析软件ANSOFT进行仿真分析,并进行实验验证,仿真、实验结果与分析结果一致。得出的结论对三极磁轴承的设计、安装和控制具有指导性意义。     

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。     

交流径向-轴向六极混合磁轴承结构及其悬浮力特性分析

为降低三极混合磁轴承径向悬浮力的非线性并进一步降低磁轴承的功耗和成本,提出一种交流径向–轴向六极混合磁轴承。首先介绍交流径向?轴向六极混合磁轴承的结构和工作原理,推导其径向、轴向悬浮力的数学模型;其次,根据数学模型重点分析径向悬浮力线性度及耦合特性,利用有限元分析软件分别对其径向、轴向悬浮力进行仿真分析验证,并与三极混合磁轴承作相关参数对比。最后构建实验平台进行悬浮和扰动测试。研究结果表明:交流径向?轴向六极混合磁轴承径向悬浮力模型可等效为线性模型;轴向位移产生的磁阻力能将转子稳定悬浮于轴向平衡位置。     

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。     

异极式永磁偏置径向磁轴承的建模与实验

为了满足储能飞轮系统、卫星动量轮等对高空间利用率的需求,提出了一种异极式永磁偏置径向磁轴承的拓扑结构。通过在槽口放置平行充磁的永磁体获得紧凑的结构,同时永磁磁路和电励磁磁路耦合距离较短,有利于获取高解耦特性。该文首先采用磁力线法,分别获取考虑齿槽效应、转子偏心的永磁磁场、电励磁磁场的气隙磁通密度分布,建立了磁路模型;然后根据磁路模型求解位移刚度和电流刚度,建立磁轴承的数学模型;与有限元仿真进行对比,证明所建立的磁场模型能够准确计算气隙磁通密度分布。设计、制造一台实验样机并进行相关实验,实验结果验证了磁路模型及有限元仿真的可靠性。     

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。     

交流混合磁轴承建模与控制系统

阐述交流二自由度混合磁轴承(AC 2 degrees of freedom hybrid magnetic bearings,AC-2DOF-HMB)的结构和工作原理,采用等效磁路法建立了交流磁轴承径向悬浮力数学模型。在此基础上,设计交流磁轴承的控制系统,以TMS320F2812为控制系统的CPU研制了硬件,采用参数自整定模糊PID控制规律设计磁轴承控制器,基于C2000环境,用C语言和汇编语言结合开发了相关控制软件程序,并进行实验调试,实现交流混合磁轴承稳定悬浮。研究表明：所设计的交流混合磁轴承数字控制系统不仅能满足磁轴承的性能要求,而且便于参数调试,易于实现各种先进的控制策略。     

直接磁悬浮永磁直线电动机的鲁棒控制

为了削弱直线电动机数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,提出了一种新型的直接磁悬浮永磁直线同步电动机.首先利用有限元软件Ansoft对电动机进行了建模及分析,结果表明该电动机可以产生可控的悬浮力和推力.将矢量控制分别应用于两套绕组可以实现推力与悬浮力的解耦,进而可以将电动机的伺服控制系统分成两个独立的子系统.分别...     

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。     

轴向-径向磁轴承控制系统设计与实现

介绍了轴向-径向3自由度混合磁轴承结构及悬浮力产生的原理及控制系统的工作原理.论述了以数字信号处理器TMS320F240为核心的数字控制系统的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要求,并在开关磁阻电机中得到应用.     

飞轮储能用混合磁悬浮轴承温度场分析

磁悬浮轴承(MBs)作为飞轮系统的重要组成部分,工作在真空环境,然而散热条件差,温度过高严重影响了飞轮的运行,降低了飞轮的可靠性。在对飞轮储能用混合型磁悬浮轴承损耗进行分析的基础上,利用ANSYS有限元软件建立混合型磁轴承的3D热模型,将不同运行状态下磁悬浮轴承的损耗作为热源导入温度场中,得到了磁悬浮轴承在不同运行状态下的温度分布,为磁悬浮轴承的设计和温升控制提供了重要的依据。     

板式双边永磁电动悬浮电磁力计算

针对现有电动悬浮模式的缺点,研究了一种由导体板和双边Halbach永磁阵列构成的悬浮系统。相比单边电动悬浮,该系统电磁阻力更小,适用于城市轨道交通。分别采用解析法和有限元法对其产生的电磁力进行计算。首先,建立了空间矢量磁位方程,通过求解该方程可得导体板中涡流分布;其次,研究了空间磁场与涡流的相互作用,得到了电磁力的2D解析表达式,建立了2D和3D有限元模型,计算了不同速度下的电磁力、磁场与涡流,并得出解析法与2D有限元法的平均相对误差为1.7%;最后,通过与单边电动悬浮对比,证明了该悬浮模式可有效提高浮阻比,减小阻力损耗。     

27.5 kV永磁机构真空断路器动作特性仿真与试验研究

针对27.5kV永磁机构真空断路器并根据其动作特点,进行了基于Ansoft和Matlab软件的静态、动态特性仿真。首先,建立有限元模型,利用Ansoft软件包对永磁机构的静态特性进行仿真。其次,根据耦合电压平衡方程和达朗贝尔机械运动特征方程,在静态仿真基础上采用Matlab构建永磁机构断路器的运动模型,对永磁机构动铁心、断路器动触头运动特性进行了仿真分析。最后,对设计的样机进行了动态测试,测试结果表明仿真的正确性。     

同步感应线圈炮内磁场及涡流场的有限元分析

为了研究感应线圈炮内磁场及涡流场的分布,根据单级实心电枢同步感应线圈炮的结构模型,基于矢量磁位和标量电位相结合的方法建立了其导体区域涡流场的数学模型。对套箍和炮管非导体区域、气隙区域分别采用矢量磁位、标量磁位来描述磁场。在电枢区域涡流场的控制方程中,考虑了电枢运动效应和位移电流效应的影响;在驱动线圈区域涡流场的控制方程中,考虑了位移电流效应的影响。采用Ansoft有限元分析软件对单级实心电枢同步感应线圈炮内的涡流场分布情况进行了仿真研究。仿真结果表明:单级实心电枢同步感应线圈炮内的磁场在电枢尾部发生明显畸变,电枢内的涡流主要分布在电枢的外表面和尾部,其方向与驱动电流的方向相反。这些工作体现了单级实心电枢同步感应线圈炮实际工作过程中磁场、涡流场以及能量损耗的分布规律,为感应线圈炮的优化设计提供了参考依据。