永磁偏置三自由度磁悬浮轴承的拓扑结构、建模与分析
发布时间：2022-01-01 01:31
磁悬浮轴承利用电磁力支撑转轴,使转轴与固定部件之间无机械接触。因其具有无机械磨损、损耗小、寿命长、无需润滑和动态特性可调等诸多优点,在飞轮储能、涡轮机械、航空航天、医疗设备等领域得到了广泛的关注和应用。在此研究背景下,本论文以永磁偏置三自由度磁悬浮轴承为研究对象,针对该类型磁悬浮轴承的拓扑结构、电磁模型、设计理论、电磁性能以及交叉耦合效应等多个方面进行了深入研究。主要的内容如下:（1）基于传统结构的永磁偏置三自由度磁悬浮轴承,提出了一个改进磁路模型。改进磁路模型将永磁偏置磁场,轴向和径向控制磁场合在一起计算,因而能考虑到轴向和径向之间的交叉耦合;将所有的漏磁路径考虑在内;同时计及了铁芯材料的非线性磁导。对比传统磁路模型、改进磁路模型和三维有限元软件的计算结果,验证了所提出的改进磁路模型的准确性。为后续永磁偏置三自由度磁悬浮轴承的结构设计和耦合分析提供了基础。（2）提出了 一种径向控制线圈为环形线圈的新结构永磁偏置三自由度磁悬浮轴承。通过改变径向控制线圈的缠绕形式,从绕在径向定子齿部改为绕在轭部,实现减小径向控制线圈铜耗的目的。以该新结构为例,结合改进磁路模型,提出了一种改进的磁悬浮轴承...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
对称结构的永磁偏置三自由度磁悬浮轴承
并用三相功率逆变器驱动，能够减小功率器件的数量、功耗、体积和成本。同时??根据文献［９３］研究表明，在转轴直径较小的情况下，三极结构的磁悬浮轴承能有??效地提升空间利用率。后续的文献也对该拓扑结构进行了精确的线性和非线性建??模以及解耦控制［９４？］。??文献［９７，９８］设计了一种六磁极的拓扑结构，如图１．５所示。其中三个磁极安??装永磁体，为径向气隙和轴向气隙提供偏置磁通。控制线圈同样采用三相逆变器??通过坐标变换驱动，同时为径向和轴向提供控制磁通。该拓扑结构成本低、体积??小、集成度高、轴向长度短，但是轴向存在静态的不平衡力，需要补偿或者通过??安装两个该结构的磁悬浮轴承抵消。另外，轴径向之间存在交叉耦合，需要通过??控制算法进行补偿。??此外，还有一类锥形磁悬浮轴承ｍ，９９－Ｋ）１ｌ，通过将磁极极面做成锥形，实现对??转轴多个自由度的控制，但是结构过于复杂，加工难度高，一般只应用于航空航??天领域的陀螺仪动量轮等场合。??轴由＿??
效地提升空间利用率。后续的文献也对该拓扑结构进行了精确的线性和非线性建??模以及解耦控制［９４？］。??文献［９７，９８］设计了一种六磁极的拓扑结构，如图１．５所示。其中三个磁极安??装永磁体，为径向气隙和轴向气隙提供偏置磁通。控制线圈同样采用三相逆变器??通过坐标变换驱动，同时为径向和轴向提供控制磁通。该拓扑结构成本低、体积??小、集成度高、轴向长度短，但是轴向存在静态的不平衡力，需要补偿或者通过??安装两个该结构的磁悬浮轴承抵消。另外，轴径向之间存在交叉耦合，需要通过??控制算法进行补偿。??此外，还有一类锥形磁悬浮轴承ｍ，９９－Ｋ）１ｌ，通过将磁极极面做成锥形，实现对??转轴多个自由度的控制，但是结构过于复杂，加工难度高，一般只应用于航空航??天领域的陀螺仪动量轮等场合。??径向控制线圈?ｊ磁＾＿＿轴ｊ由＿
【参考文献】：
期刊论文
[1]径向磁轴承动态刚度系数及其耦合分析[J]. 王俊亭,沙宏磊,于溯源. 真空科学与技术学报. 2017(03)
[2]基于解析模型的多气隙永磁偏置轴向磁轴承电磁优化设计[J]. 王抗,王东,吴磊涛,苏振中,张贤彪,陆婋泉. 电机与控制应用. 2016(03)
[3]磁浮轴承技术产业化分析[J]. 汪正虎,戴顺孝,盛丹. 产业与科技论坛. 2016(02)
[4]永磁偏置型径向磁悬浮轴承参数设计方法研究[J]. 梅磊,张广明,王德明. 机械科学与技术. 2013(12)
[5]基于漏磁与磁阻系数迭代的三自由度混合型磁悬浮轴承的设计[J]. 刘程子,邓智泉,梅磊,华春. 航空动力学报. 2013(03)
[6]基于精确磁路的永磁偏置轴向径向磁轴承设计[J]. 汪波,邓智泉,赵旭升,刘程子,华春. 中国机械工程. 2012(17)
[7]基于磁路分析的轴向混合磁轴承径向承载力解析计算[J]. 张云鹏,刘淑琴,李红伟,范友鹏. 电工技术学报. 2012(05)
[8]永磁偏置径向磁轴承的原理分析与参数设计[J]. 赵旭升,邓智泉,汪波. 电工技术学报. 2011(11)
[9]同极型结构和零偏置电流控制对磁悬浮轴承损耗影响的试验分析[J]. 谢振宇,吴凯峰,石庆才,黄佩珍. 航空动力学报. 2011(02)
[10]磁悬浮飞轮用轴向力偏转永磁偏置轴向磁轴承磁路耦合特性[J]. 王曦,房建成,樊亚洪,刘彬,李光军,刘刚. 航空学报. 2011(04)
本文编号：3561387
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
对称结构的永磁偏置三自由度磁悬浮轴承
并用三相功率逆变器驱动，能够减小功率器件的数量、功耗、体积和成本。同时??根据文献［９３］研究表明，在转轴直径较小的情况下，三极结构的磁悬浮轴承能有??效地提升空间利用率。后续的文献也对该拓扑结构进行了精确的线性和非线性建??模以及解耦控制［９４？］。??文献［９７，９８］设计了一种六磁极的拓扑结构，如图１．５所示。其中三个磁极安??装永磁体，为径向气隙和轴向气隙提供偏置磁通。控制线圈同样采用三相逆变器??通过坐标变换驱动，同时为径向和轴向提供控制磁通。该拓扑结构成本低、体积??小、集成度高、轴向长度短，但是轴向存在静态的不平衡力，需要补偿或者通过??安装两个该结构的磁悬浮轴承抵消。另外，轴径向之间存在交叉耦合，需要通过??控制算法进行补偿。??此外，还有一类锥形磁悬浮轴承ｍ，９９－Ｋ）１ｌ，通过将磁极极面做成锥形，实现对??转轴多个自由度的控制，但是结构过于复杂，加工难度高，一般只应用于航空航??天领域的陀螺仪动量轮等场合。??轴由＿??
效地提升空间利用率。后续的文献也对该拓扑结构进行了精确的线性和非线性建??模以及解耦控制［９４？］。??文献［９７，９８］设计了一种六磁极的拓扑结构，如图１．５所示。其中三个磁极安??装永磁体，为径向气隙和轴向气隙提供偏置磁通。控制线圈同样采用三相逆变器??通过坐标变换驱动，同时为径向和轴向提供控制磁通。该拓扑结构成本低、体积??小、集成度高、轴向长度短，但是轴向存在静态的不平衡力，需要补偿或者通过??安装两个该结构的磁悬浮轴承抵消。另外，轴径向之间存在交叉耦合，需要通过??控制算法进行补偿。??此外，还有一类锥形磁悬浮轴承ｍ，９９－Ｋ）１ｌ，通过将磁极极面做成锥形，实现对??转轴多个自由度的控制，但是结构过于复杂，加工难度高，一般只应用于航空航??天领域的陀螺仪动量轮等场合。??径向控制线圈?ｊ磁＾＿＿轴ｊ由＿
【参考文献】：
期刊论文
[1]径向磁轴承动态刚度系数及其耦合分析[J]. 王俊亭,沙宏磊,于溯源. 真空科学与技术学报. 2017(03)
[2]基于解析模型的多气隙永磁偏置轴向磁轴承电磁优化设计[J]. 王抗,王东,吴磊涛,苏振中,张贤彪,陆婋泉. 电机与控制应用. 2016(03)
[3]磁浮轴承技术产业化分析[J]. 汪正虎,戴顺孝,盛丹. 产业与科技论坛. 2016(02)
[4]永磁偏置型径向磁悬浮轴承参数设计方法研究[J]. 梅磊,张广明,王德明. 机械科学与技术. 2013(12)
[5]基于漏磁与磁阻系数迭代的三自由度混合型磁悬浮轴承的设计[J]. 刘程子,邓智泉,梅磊,华春. 航空动力学报. 2013(03)
[6]基于精确磁路的永磁偏置轴向径向磁轴承设计[J]. 汪波,邓智泉,赵旭升,刘程子,华春. 中国机械工程. 2012(17)
[7]基于磁路分析的轴向混合磁轴承径向承载力解析计算[J]. 张云鹏,刘淑琴,李红伟,范友鹏. 电工技术学报. 2012(05)
[8]永磁偏置径向磁轴承的原理分析与参数设计[J]. 赵旭升,邓智泉,汪波. 电工技术学报. 2011(11)
[9]同极型结构和零偏置电流控制对磁悬浮轴承损耗影响的试验分析[J]. 谢振宇,吴凯峰,石庆才,黄佩珍. 航空动力学报. 2011(02)
[10]磁悬浮飞轮用轴向力偏转永磁偏置轴向磁轴承磁路耦合特性[J]. 王曦,房建成,樊亚洪,刘彬,李光军,刘刚. 航空学报. 2011(04)
本文编号：3561387
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