新型永磁偏置轴向磁轴承的原理分析与参数设计

研究了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;利用等效磁路法推导出该型磁轴承的承载力、电流刚度以及位移刚度的数学表达式;给出了包括磁极面积、控制绕组及定转子结构等主要参数的设计和计算方法,对设计结果进行了电磁场仿真分析,结果表明:该型磁轴承结构紧凑、控制方便,适用于高速低功耗的场合。     

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。     

采用Halbach磁场的新型被动磁轴承仿真

为了提高永磁磁轴承的轴向承载力和刚度,在对理想Halbach磁场进行分析的基础上,利用分段磁环构成的近似Halbach磁场设计了一个新型的轴向永磁磁轴承.通过有限元软件对这种磁轴承进行了建模仿真,计算了最大承载力以及刚度,并分析了磁环的厚度与高度比值对磁轴承刚度的影响.仿真结果表明,采用Halbach磁场的轴向磁轴承最大可以提供2×106N/m的刚度,高于相同永磁材料用量条件下传统轴向磁轴承的刚度.考虑到这种磁轴承的结构要比传统结构复杂,因此这种磁轴承更适合在对刚度要求高的场合应用.     

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。     

永磁偏置异极性径向磁轴承性能分析与参数优化

对一种异极性径向磁轴承进行了研究,该型磁轴承由于永磁磁极未有主动控制,导致位移副刚度增大,降低了磁轴承的悬浮性能。对参数进行比较分析,根据比较结果优化设计轴承参数,降低永磁磁极对悬浮性能的影响。设计了径向悬浮力400 N的原理样机,进行了二维仿真分析,结果表明,性能分析正确,参数优化合理,磁轴承悬浮性能优良。     

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。     

交流混合型磁轴承磁场及悬浮力特性分析

对交流混合型磁轴承的组成结构和基本工作原理进行了介绍,并针对该交流混合型磁轴承的悬浮力进行了数学模型的建立,而且通过泰勒公式近似获得其线性模型。文中创建了该磁轴承的实体模型,利用Ansoft软件仿真并分析了该交流磁轴承的磁通分布状况(气隙及磁极内部);采用Ansoft分析软件与MATLAB软件对交流磁轴承悬浮力的非线性变化规律进行了计算分析。仿真结果表明:磁通密度的分布在磁轴承中,其仿真值和理论设计值几乎吻合,说明该磁轴承计算设计的参数有效;基于数学模型和有限元实体模型的交流混合型磁轴承特性分析结果一致,表明该磁轴承的数学模型建立正确,逼近磁轴承实际工作情况下的模型。     

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。     

无轴承电动机轴向磁轴承参数设计与控制系统研究

在介绍无轴承电动机轴向止推主动磁轴承结构和工作原理的基础上 ,阐述了其悬浮力产生原理 ,导出了磁轴承吸力方程 ,推导了位移刚度、电流刚度和最大承载力的数学表达式 ,给出了磁轴承气隙磁感应强度、磁极面积、电磁铁参数、线圈腔参数、辅助轴承等设计或计算方法。建立了磁轴承控制系统的数学模型 ,给出了控制器控制算法和控制系统仿真结果 ,并用模拟和数字控制器实现了磁轴承稳定悬浮。研究表明 ,实验结果和理论设计基本一致 ,提出的设计、计算和控制方法是切实可行的。研究成果对制作无轴承电动机轴向定位磁轴承、 5自由度磁轴承和高速飞轮储能系统中磁轴承等具有参考和应用价值     

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。     

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。     

永磁式磁轴承的电磁力及刚度的工程化算法

在综述当前磁轴承刚度计算方法的基础上，提出了一种适合本研究对象的刚度的工程计算方法，即通过对磁轴承的磁路分割，求出极间气隙磁导，从而推出一种计算径向不平衡刚度和轴向恢复刚度的比较简便的工程化计算方法。     

轴向磁轴承逆系统建模及模型参考自适应控制

该文采用逆系统理论与模型参考自适应理论结合的控制方法,对轴向磁轴承支承的转子系统这一非线性的控制对象进行建模及精确控制研究。在介绍轴向磁轴承的结构,推导出轴向悬浮力数学方程的基础上,对数学模型进行可逆性分析,得出了原系统的解析逆系统;将构造出来的逆与原系统串联复合成伪线性系统;采用模型参考自适应控制理论对伪线性系统进行了综合和仿真。仿真结果表明:这种控制策略能够实现轴向磁轴承的简单线性化,模型能按理想的指标运行,系统具有良好的动态和静态性能。     

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...     

刚度对三峡水轮发电机组轴系稳定性的影响

用传递矩阵法建立了单圆盘转子横向振动力学模型,研究了陀螺力矩、电磁拉力、刚度等因素对三峡水轮发电机组稳定性的影响,获得了轴系的动刚度曲线。研究表明陀螺力矩使轴系的临界转速显著提高,磁拉力则使临界转速降低。提高上导轴承刚度有利于机组的稳定运行,轴系自身刚度变化对轴系临界转速影响非常小。     

新结构混合型径向磁悬浮轴承

介绍了一种混合型径向磁悬浮轴承的结构及工作原理.该混合型径向磁悬浮轴承为同极性结构,可降低转子旋转时产生的磁滞损耗,因此转子可采用实心结构,从而可以承受更高的转速.利用等效磁路法推导了其悬浮力、控制电流及转子位移之间的函数关系,并通过有限元仿真和实验验证了其工作原理的正确性.它能够实现转子在0～10 000ffmin的稳定悬浮.     

基于α逆系统理论磁轴承数学模型及控制系统

采用α阶逆系统方法,对轴向混合磁轴承这一非线性控制对象进行线性化控制研究。介绍了轴向混合磁轴承的结构并分析了其工作原理,推导出轴向混合磁轴承吸力方程。在阐述了α阶逆系统方法的基础上,针对轴向混合磁轴承动力学模型分析了基于α阶逆系统方法线性化控制的可行性,推导出基于α阶逆系统方法的线性化算法,并设计了闭环系统控制器。最后利用Matlab软件环境,构建了仿真系统,针对系统的阶跃响应、转子起浮、抗干扰性能等进行了仿真和分析。仿真试验结果表明α阶逆系统策略能够对混合磁轴承数学模型精确线性化,设计的闭环控制系统具有良好的动、静态性能。