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。     

轴向力偏转五自由度永磁偏置磁轴承及磁路解耦设计

为了提高空间用磁悬浮飞轮输出偏转力矩的能力和精度,提出一种利用轴向力控制转子径向偏转的五自由度永磁偏置磁轴承(permanent-magnet-biased magnetic bearing with five degrees of freedom,5-DOF-PMB),有效减小了飞轮体积和转子轴向长度,提高了系统的集成度,改善了转子系统的固有模态和稳定性.有限元仿真表明,按照角动量为15N·m·s飞轮的要求设计的轴向力偏转5-DOF-PMB可同时满足各自由度负载的要求.为了提高转子径向大偏移时主动振动的控制精度,进一步对轴向力偏转5-DOF-PMB径向通道进行了磁路解耦设计.等效磁路分析与有限元仿真表明,经磁路解耦的5-DOF-PMB径向通道间磁路耦合程度削弱了2个数量级.最后从等效磁路和结构设计角度,对永磁偏置磁轴承的磁路解耦设计方法进行了归纳和总结.     

永磁偏置径向磁轴承的原理分析与参数设计

为克服现有永磁偏置径向磁轴承的缺陷,研究了一种磁悬浮高速电动机用永磁偏置径向磁轴承,利用等效磁路法分析其结构及工作原理,得出了径向悬浮力的数学模型,并对数学模型进行了线性化处理,得出了其径向力-位移系数和力-电流系数。给出了磁极面积、控制绕组、定转子结构等主要参数的设计方法,并制作了实验样机,对样机进行了三维有限元仿真分析和动静态悬浮实验。理论研究和实验结果表明,该型磁轴承转子磁滞损耗小,结构紧凑,控制简单,悬浮性能良好,给出的参数设计方法合理。     

基于气隙磁通边缘效应的轴向混合磁轴承承载力解析计算

为了研究单自由度轴向混合磁轴承轴向主动悬浮和径向被动悬浮的特性,对提出了基于气隙磁通边缘效应的磁轴承承载力解析计算方法.首先建立了轴向混合磁轴承基于气隙磁通边缘效应的磁路模型,利用分割磁场法推导各部分磁通管的磁导,根据其串并联关系,得到磁路的总磁导,由虚位移法推导了轴向力和径向力的解析表达,得到了轴向力与径向力随轴向气隙和径向位移的变化关系,并分析了轴向力与径向力的耦合特性,为磁悬浮系统轴向和径向的解耦控制提供了理论依据.利用有限元方法对轴向力和径向力进行仿真计算,仿真结果与模型计算结果基本吻合.     

永磁偏置径向-轴向磁悬浮轴承工作原理和参数设计

介绍了永磁偏置径向－轴向磁悬浮轴承结构示意图及悬浮力产生的机理，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，最后给出了一个设计例子，并用有限元进行了仿真验算。理论研究和仿真分析表明：永磁和励磁径向－轴向磁轴承结构合理紧凑、占据轴向长度小、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。     

高速电机用混合式径向磁轴承前馈解耦控制

针对四磁极永磁偏置径向磁轴承两自由度间存在电磁力耦合问题,研究了耦合产生的原因,建立了考虑耦合影响的永磁偏置径向磁轴承电磁力数学模型,提出了永磁偏置径向磁轴承的前馈解耦控制策略和前馈补偿器解耦算法。通过对解耦前后电磁力与控制电流对比分析表明,提出的前馈补偿解耦算法是可行的。前馈解耦控制可以有效地减小转子偏离中心位置时,径向磁轴承两个自由度之间的电磁力耦合,提高转子位置控制精度。     

一种五自由度磁悬浮轴承系统的零功耗策略研究

提出了一种低功耗五自由度磁悬浮轴承系统,其利用永磁偏置轴向磁轴承实现轴向悬浮,利用永磁磁力轴承实现径向悬浮。为进一步降低系统功耗,提出了使轴向磁轴承转子铁心偏移的零功耗控制策略,实时辨识出转轴轴向所受外力,求解出相应的转子铁心偏移位移,使转子铁心平衡位置发生变化,利用偏置磁场产生的被动磁力与外力相抵消,最终实现轴向磁轴承零功耗运行。利用MATLAB仿真软件对控制策略进行了仿真分析,结果表明,在给定外力的情况下,磁轴承的控制电流收敛到零。     

基于保角变换的永磁偏置同极式径向磁轴承轴向电磁力计算

为了快速而准确的计算永磁偏置同极式径向磁轴承(径向磁轴承)的轴向电磁力,首先建立了径向磁轴承的磁路模型,对各个磁极与转子之间的磁位差进行了计算。采用保角变换的方法计算了径向磁轴承的端部磁场。依据电磁场的计算结果,建立了考虑齿槽效应的径向磁轴承轴向电磁力解析计算模型。建立了径向磁轴承的三维有限元仿真模型。有限元计算的结果验证了所建立的解析计算模型的有效性。     

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。     

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。     

基于a阶逆系统五自由度无轴承永磁电机解耦控制

文中应用多变量非线性控制a 阶逆系统方法，对新型五自由度无轴承永磁同步电机这一多变量、非线性、强耦合的控制对象进行动态解耦控制研究。介绍了新型五自由度无轴承永磁同步电机结构，阐述了a 阶逆系统方法，分析了三自由度磁轴承的工作原理和二自由度无轴承永磁同步电机径向力产生机理，给出三自由度磁轴承轴向力、径向悬浮力方程和二自由度无轴承永磁同步电机转矩力和径向悬浮力方程，建立了电机的状态方程，分析了基于a 阶逆系统方法解耦控制的可行性，推导出基于a 阶逆系统方法的动态解耦控制算法，并进行了仿真研究。仿真结果表明这种控制策略能够实现五自由度无轴承永磁同步电机转矩力和悬浮力之间的动态解耦控制，系统具有良好的动、静态性能。     

六极径向–轴向主动磁轴承电磁特性分析及实验研究

提出一种由三相逆变器驱动的六极径向–轴向主动磁轴承,与三极径向–轴向主动磁轴承相比,该磁轴承具有乘载力大、径向两自由度之间没有磁路耦合等优点。首先详细介绍六极径向–轴向主动磁轴承的基本结构、磁路、工作原理,并推导出其数学模型;然后,对其电磁特性和最大承载力进行有限元仿真分析。与三极径向–轴向主动磁轴承的分析结果相比,六极径向–轴向主动磁轴承的承载力提高了约33%,径向两自由度之间不存在磁路耦合,并解决了力–电流特性的非线性问题。最后,在样机的基础上进行验证实验和静态悬浮实验,验证了六极径向–轴向主动磁轴承的性能。实验结果表明,六极径向–轴向主动磁轴承的性能优于三极径向–轴向主动磁轴承,验证了理论分析的正确性。     

永磁偏置磁轴承的研究现状及其发展

永磁偏置磁轴承是飞轮储能和涡轮分子泵等高速应用领域的一个重要研究内容.本文对永磁偏置磁轴承的研究现状及其未来发展进行了详细阐述.将永磁偏置磁轴承分为轴向单自由度、径向两自由度、轴向-径向三自由度及五自由度磁悬浮系统分别进行研究,研究其结构形式,绘制结构示意图,结合磁路图分析其工作原理,比较同类磁轴承优劣,指出其应用场合.对永磁偏置磁轴承的未来发展进行了研究,提出了众多结构形式的永磁偏置磁轴承,功耗低、结构简单、控制方便的永磁偏置磁轴承将是未来研究的主要方向.     

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...     

永磁偏置轴向磁悬浮轴承拓扑结构研究现状

永磁偏置轴向磁悬浮轴承通过对转子铁心的两个轴向端面施加可控力来实现对转子铁心轴向单自由度的控制.对多种拓扑结构的永磁偏置轴向磁轴承进行分析,介绍其结构和工作原理,指出其工业应用场合,对永磁偏置轴向磁轴承的未来发展进行了展望,低功耗、小体积、易控制的永磁偏置轴向磁轴承将是未来的主要研究方向.     

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。     

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。     

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。     

八磁极永磁偏置径向磁轴承磁悬浮机理研究

研究了一种永磁偏置径向磁轴承,该磁轴承结构简单、控制方便,偏置永磁体采用嵌入式,装在控制线圈之间,磁路完全在轴承内部闭合,漏磁较小.研究了其结构,分析了悬浮力产生机理,进行了有限元仿真分析.研究结果表明,该磁轴承控制方便,动静态性能良好,在飞轮储能、超高速电机等领域具有广阔的应用前景.     

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。