硅钢片的各向异性对磁悬浮轴承磁性能的影响研究

发布时间：2020-11-12 15:37

　　 磁悬浮技术已经日渐成熟,磁悬浮轴承得到了广泛的应用,人们自然对磁悬浮轴承的性能提出了更高的要求,比如磁悬浮轴承转子的回转精度、磁悬浮轴承的能量损耗、磁悬浮轴承的承载力等。软磁材料的各向异性对磁悬浮轴承性能的影响已经在实际应用中显现,本文基于软磁材料各向异性对径向磁悬浮轴承性能的影响进行了详细分析,并提出了减小径向磁悬浮轴承材料各向异性的制造工艺方法。首先,基于电磁场有限元分析理论,给出了磁悬浮轴承的麦克斯韦方程组、边界条件以及径向磁悬浮轴承有限元求解的一般步骤,为径向磁悬浮轴承的电磁场分析奠定了基础。其次,对软磁材料的各向异性进行了简单介绍,并给出了磁性材料各向异性分析的有限元理论。为了验证软磁材料硅钢片的各向异性,对所用硅钢片沿不同方向测量的磁化曲线和损耗曲线进行了对比。接着对硅钢片按混合向叠片的铁芯和按垂直轧制方向叠片的铁芯进行了单位铁损值的测量试验,试验结果表明:铁芯采用硅钢片混合向叠片形式铁损值较小。为了更深入的研究软磁材料各向异性对径向磁悬浮轴承性能的影响,基于软磁材料硅钢片各向异性的测量数据,本文建立了可以自由设置硅钢片叠置角度的径向磁悬浮轴承模型,并对硅钢片按不同旋转角度形式叠置的径向磁悬浮轴承模型进行了仿真对比分析,分析结果表明:在磁场和磁力分析方面,硅钢片旋转叠置成的径向磁悬浮轴承优于硅钢片沿一个方向叠置成的径向磁悬浮轴承,而且硅钢片旋转叠置的角度越小,性能优化越显著。最后,制作了由厚0.35mm型号为DW250无取向硅钢片按不同旋转角度形式叠置的径向磁悬浮轴承,并对其进行了测力试验,试验结果表明:在同等结构参数下,硅钢片旋转叠置的角度越细致,径向磁悬浮轴承的承载力越大。测得的硅钢片按旋转角度10°形式叠置的径向磁悬浮轴承承载力最大比按不旋转形式叠置大8.4%,仿真计算结果大9.3%。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH133.3
【部分图文】：

图 1.1 单自由度磁悬浮轴承系统原理图 是用来对物体进行承载从而使其在某些方向上进行固定（或稳定）的结构，也是如此，只不过承载力从传统轴承的弹性支撑力变成了可控电磁场力。图的单自由度磁悬浮轴承系统的原理图。整个系统主要由电磁铁、位移传感器器、受控物体以及其他一些机械、电子元器件组成。如图所示，受控物体的磁铁通电而产生的电磁场力的作用，这两个电磁场力产生的合力与受控物体控物体在竖直方向的位置保持不变，即单自由度磁悬浮轴承系统限制了受控自由度。当物体受到扰动与上下两个电磁铁的距离发生变化时，电磁铁上的距离变化反馈电信号给控制器，控制器根据算法发出偏差信号给功率放大器所给信号改变输入到上下两个电磁铁的控制电流大小，受控物体受到的电磁得受控物体向扰动位置相反方向运动，重新将其作用到平衡位置[5]。为最简单的单自由度磁悬浮轴承系统的工作原理，根据受控物体受到电磁力数量，磁悬浮轴承系统还被分为单自由度、二自由度以及五自由度等多种轴设计优化的是磁悬浮轴承中的径向磁悬浮轴承。悬浮轴承的优点

（4）转子位置可控且精度高。与传统轴承的工作方式不同，磁悬浮轴承可以通过调节电磁的大小来使得转子工作在不同位置，转子的位置精度主要却决定于测量精度和电子系统的、放大精度，这可以比传统靠机械装配保持的定位精度高。 （5）系统刚度和动态特性好。由于磁悬浮轴承系统的阻尼主要由电子控制系统决定，系统度可以受到主动控制，在所设计的范围内进行调节变化，系统的动态特性优秀。 磁悬浮轴承的材料特性 在磁悬浮轴承系统中，受控物体要受到电磁场力而进行悬浮，这就对轴承、受控物体的结材料特性有所要求——必须有磁性。磁性材料的磁性是由于材料内部由磁介质组成使得材围存在磁场，磁感应强度 B 是描述磁场性质（大小、方向）的基本物理量。根据电磁感应，变化的电场会产生磁场，因此，在材料中通入电流时也会产生磁场，这种由运动的电荷电流所产生的磁场则用磁场强度 H 表征。通过对磁性材料施加电流产生磁场，材料内部的介质的取向在磁场的作用下趋于一致而获得磁性的操作称为磁化。在材料进行多次反复磁得磁性过程中，磁感应强度 B 的变化总是滞后于所施加的磁场强度的变化，这种现象被称滞现象。图 1.2 所示为磁化过程中的磁滞现象。

（4）转子位置可控且精度高。与传统轴承的工作方式不同，磁悬浮轴承可以通过调节电磁的大小来使得转子工作在不同位置，转子的位置精度主要却决定于测量精度和电子系统的、放大精度，这可以比传统靠机械装配保持的定位精度高。 （5）系统刚度和动态特性好。由于磁悬浮轴承系统的阻尼主要由电子控制系统决定，系统度可以受到主动控制，在所设计的范围内进行调节变化，系统的动态特性优秀。 磁悬浮轴承的材料特性 在磁悬浮轴承系统中，受控物体要受到电磁场力而进行悬浮，这就对轴承、受控物体的结材料特性有所要求——必须有磁性。磁性材料的磁性是由于材料内部由磁介质组成使得材围存在磁场，磁感应强度 B 是描述磁场性质（大小、方向）的基本物理量。根据电磁感应，变化的电场会产生磁场，因此，在材料中通入电流时也会产生磁场，这种由运动的电荷电流所产生的磁场则用磁场强度 H 表征。通过对磁性材料施加电流产生磁场，材料内部的介质的取向在磁场的作用下趋于一致而获得磁性的操作称为磁化。在材料进行多次反复磁得磁性过程中，磁感应强度 B 的变化总是滞后于所施加的磁场强度的变化，这种现象被称滞现象。图 1.2 所示为磁化过程中的磁滞现象。
【参考文献】

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本文编号：2880917