磁悬浮开关磁阻电动机转子径向偏心时的仿真

磁悬浮开关磁阻电动机结合了开关磁阻电动机和磁轴承的特点,通过电磁力控制转子径向位置。分析了磁悬浮开关磁阻电动机悬浮力和旋转力的产生原理。基于开关磁阻电动机转子的四个特殊位置,利用二维有限元方法分析了转子位于中心位置与有径向偏心时的电机内部磁场,给出了磁场分布图、径向悬浮力与径向偏心矩的关系曲线、旋转力与径向偏心矩的关系曲线,为进一步描述磁悬浮开关磁阻电动机悬浮力与旋转力的模型提供了依据。     

高温超导磁悬浮轴承的研究进展

当永磁体在高温超导体附近时,部分磁力线进入超导体内,由于磁通钉扎作用,永磁体无需控制而稳定悬浮,这种悬浮特性称为无源自稳定性。这种特性的重要应用之一就是高温超导轴承。由于具有无源自稳定性、无摩擦、低损耗等优点,高温超导轴承越来越受到国内外关注,成为研究的热点,已经应用在飞轮储能、高速旋转机械等重要领域。本文介绍了高温超导悬浮轴承的工作原理,比较了轴向型和径向型高温超导轴承的结构特点,详细地说明了国外研究进展和国内的发展现状,探讨了高温超导轴承当前的研究热点和应用领域。     

高温超导磁悬浮轴承研发现状

高温超导磁悬浮轴承作为具有自稳定优势的高温超导磁悬浮技术最具代表性的应用之一,可实现无源的高速无摩擦旋转运行,为大幅度提高现有机器设备的性能及升级换代提供了新的途径.本文综述了近年来美国、德国、日本和韩国等国内外小组开展的高温超导磁悬浮轴承代表性样机研发现状,探讨了该项技术的关键难点问题,指出了当前研究的热点,阐述了可能的应用前景.     

小型飞轮储能系统高温超导磁悬浮轴承

介绍了采用氧化物超导体钇钡铜氧(YBCO)准单畴块材作为定子构件、钕铁硼永磁体作为转子构件的立式全超导磁悬浮轴承初步研究结果。其中,转子系统由转轴、永磁体和飞轮共同组成,在三相调频感应电机驱动下,转子系统最高试验转速可达15 000r/min。初步测试结果 (0~200Hz)显示,在转动频率f0接近25Hz系统发生共振,共振时转子最大径向摆动约为±170?m。在35~200Hz范围内转子运行状态稳定,最大径向摆动约为±50?m。实验结果显示,超导磁悬浮轴承转动损耗主要来自磁滞损耗和涡流损耗,而磁场分布不均匀性与超导定子材料的磁通蠕动可能是导致转动损耗的主要原因。     

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.     

无源高温超导磁浮轴承磁悬浮力的计算

本文应用有限元方法和超导临界态理论，推导了高温超导体电流分布和电流密度计算方程。由高温超导体电流计算了高温超导磁浮轴承悬浮力。利用实验测量结果验证了此方法的有效性。     

无轴承无刷直流电机径向悬浮力精确数学模型

建立精确的径向悬浮力数学模型,对降低无轴承无刷直流电机系统复杂性、提高控制精度很有帮助。从无轴承无刷直流电机结构出发,详细阐述了其工作原理并建立了等效磁路。将永磁体磁动势等效为悬浮力绕组上的虚拟电流,进而推导了单自由度径向悬浮力的数学模型。最后对有限元分析得到的仿真结果和理论值进行了比较。为了得到更准确的结果,为位移刚度系数引入了修正系数,并再次对其进行了有限元验证。结果表明,所提出的无轴承无刷直流电机的径向悬浮力数学模型具有可行性和较高的精确性。     

永磁偏置轴向径向磁悬浮轴承的研究

永磁偏置轴向径向磁悬浮轴承集轴向、径向磁轴承于一体,可以同时实现三个自由度的控制.在对多种拓扑结构的永磁偏置轴向径向磁轴承进行分析的基础上介绍其工作原理,列举了工业领域的应用实例,最后还对永磁偏置轴向径向磁悬浮轴承的未来发展进行了研究.     

基于精确磁路的新型混合型轴向-径向磁悬浮轴承研究

该文基于一种实心同极性轴向-径向磁悬浮轴承结构,其具有磁场分布均匀、轴向空间较小的优点.针对该新型混合型轴向-径向磁悬浮轴承结构紧凑、磁场分布复杂等特点,结合有限元二维仿真结果,建立考虑漏磁的精确磁路模型.根据磁路模型,计算该结构的气隙磁通密度、刚度和承载力,并与有限元仿真进行对比,仿真与计算结果基本一致.实验结果表明转子能够在较高转速下实现稳定悬浮,验证了该结构的可行性.     

无轴承异步电动机的有限元分析

阐述无轴承异步电动机径向悬浮力产生原理及其数学模型。用有限元方法分析了无轴承异步电动机气隙磁场分布状况及径向悬浮力与绕组中电流之间的非线性关系，为无轴承异步电动机获得最大径向悬浮力的优化设计及对应的控制策略提供了依据。     

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。     

基于Halbach阵列的斥力型磁悬浮模型有限元分析

针对传统斥力型磁悬浮系统永磁部分磁密利用率低、悬浮高度不高、悬浮力小等问题,引入Halbach永磁阵列,对传统模型进行改进,其主要思想是在不改变模型材料与尺寸的前提下,将传统模型底部主磁环设计为Halbach阵列,利用Halbach阵列单边磁场的特点,提高底部主磁环的磁场利用率。分析结果表明,Halbach斥力型磁悬浮模型的磁场分布强度比传统模型大将近2倍;对于相同的悬浮高度,Halbach阵列结构模型的悬浮力明显高于传统模型,悬浮高度越低,二者的差异越大;对于同样重量的悬浮物,Halbach阵列结构可以获得更大的悬浮气隙。研究结果为斥力型磁悬浮模型的结构尺寸优化和悬浮控制提供依据。     

Experimental study of a PM-HTSC hybrid magnetic levitation system

A principle of hybrid magnetic levitation system using permanent magnets (PMs) and high-temperature superconductors (HTSCs) for a linear-motor-type carrier system in a high-quality clean room and a magnetic bearing for the flywheel energy storage system are discussed. A substantial levitation force was generated by the repulsive force between like poles of coupled magnets. However, the repulsion system with magnets is essentially unstable without control. Thus, HTSCs are applied for control elements of the PM-HTSC hybrid magnetic levitation system. In this system, the levitation force becomes stronger than in the system without PM, and we can expect sandwich-type magnetic bearing capable of sustaining greater force.     

Analysis of magnetic bearing using inductive levitation by relative motion between magnet and conductor

In chemical plants, an anticorrosion magnetic drive pump is commonly used to deliver corrosive chemical liquids because of its high anticorrosion performance. However, when bubbles enter the chemical pump and accumulate between the shaft and the bearing, the shaft is often broken by thermal shock. The magnetic bearing which holds the rotor in noncontact has the advantage of avoiding thermal shock and keeping the rotor in a stable state by restoring force induced from the eddy current in the conductor. A model of magnetic bearing was analyzed using the three‐dimensional finite element method. In this model, a restoring force of 68.6 N and a braking torque of 8.7 N‐m were found. The locus of the rotation axis was also estimated using a radial load and a drag coefficient. The rotor may be located inside the movable range. ©2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 166(4): 80–87, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20652     

高速磁浮列车电磁力的软测量技术

针对高速磁浮列车在运行过程中电磁力难以直接测量的困难,采用有限元分析软件ANSYS建立了悬浮电磁铁的二维模型,并对模型进行了有限元分析与计算,得到了其内部的磁力线分布情况以及磁浮列车在不同运行情况下的电磁力数据,并总结了推力和悬浮力随功率角、气隙、定子电流和转子电流的变化规律,在此基础上采用最小二乘法建立了指数形式的电磁力软测量模型。采用该模型,列车在运行过程中所产生的电磁力可以通过气隙、定子电流和转子电流的测量结果计算得到。该模型的最大误差小于1％,为高速磁浮列车运行过程中电磁力的计算和控制提供了重要依据。     

Improvement of levitation characteristics in a magnetic bearing system using HTSC‐permanent magnet hybrid structure

Magnetic bearing using pinning force of a permanent magnet and a high‐temperature superconductor has been developed. Additional permanent magnet is introduced to increase the levitation force of the magnetic bearing. In this hybrid magnetic bearing system, levitation force is mainly given by the repulsive force of the permanent magnets, and stability for the lateral direction is given by pinning force of the superconductor. The experimental device is developed. A ring‐type superconductor and a bulk one are examined. Levitation characteristics of the hybrid magnetic bearing are measured. The bulk superconductor shows better characteristics of both levitation and lateral stability than the ring one. Levitation force of the hybrid system becomes about twice as large as that of the nonhybrid one. Although, the repulsive force of the permanent magnet decreases the lateral stability of the system, its influence becomes small by choosing an adequate position of the permanent magnets and the superconductor. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 150(1): 71–77, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10350     

零刚度磁悬浮重力补偿器的分析与改进

零刚度磁悬浮重力补偿器(ZMLGC)工作在零刚度点附近,用以平衡重力并实现超低频隔振.但是,随着ZM-LGC的运动其轴向刚度增加显著,制约了隔振性能.为有效减小工作行程内轴向刚度的变化,首先基于等效电流模型分析了零刚度生成原理.然后,利用椭圆积分建立了ZMLGC的磁场和电磁力解析模型,并在Matlab中编程实现.提出了...     

磁悬浮系统的哈密顿建模和无源控制

针对磁悬浮系统非线性特点,采用端口受控哈密顿系统理论与无源性控制原理研究磁悬浮系统的建模和控制。将磁悬浮看作能量变换装置,从能量平衡角度推导出单自由度磁悬浮系统的端口受控哈密顿模型。在哈密顿结构基础上,引入结构互联和阻尼配置,给出闭环系统期望的哈密顿函数,设计了磁悬浮系统的无源控制器。设计中直接采用哈密顿函数作为存贮函数,保证了数学严密性,且使系统在满足无源性的条件下达到要求的性能,具有明确的物理意义。仿真结果表明,系统能够快速响应,并且对负载的变化具有很强的抗干扰性能。     

磁悬浮列车中直线发电机感应电动势的计算

对磁悬浮列车中，利用气隙磁场的一阶、二阶齿谐波发电的直线发电机进行了理论分析，导出了直线发电机电枢绕组在两种连接方案下感应电动势瞬时值表达式，继而导出了满足一阶齿谐波感应电动势同相位的条件，为磁悬浮列车中的直线发电机的设计提供了理论依据。