永磁偏置磁悬浮轴承研究
发布时间：2020-03-30 03:37
【摘要】：永磁偏置磁悬浮轴承是目前磁悬浮轴承研究中的的一个重要的研究方向。永磁偏置磁轴承系统与纯电磁轴承系统相比,降低了电磁线圈中的工作电流,从而减小了电控系统中的功率放大器及散热片的体积,磁轴承的功率损耗大大降低,所以永磁偏置磁轴承能够用于航空航天以及对磁轴承的体积要求较高的场合。本文做的主要工作如下: 提出了一种新的永磁偏置磁轴承结构,详细介绍其工作原理,并利用等效磁路法建立了该轴承的磁浮力的数学模型,依据此数学模型开发了基于 Matlab 的磁路分析应用程序,分析了各自由度磁悬浮力之间的非线性耦合关系,得出转子在平衡位置附近各自由度之间悬浮力是解耦的结论,从而为控制带来了极大的方便。在以上分析的基础上,推出磁悬浮力的线性化方程,计算了电流刚度和位移刚度,同时提出了这种磁轴承的性能指标公式,为该磁轴承的设计提供了理论依据。 将基于变分原理的有限元方法用于磁轴承的电磁场数值分析,利用 ANSYS 有限元软件对此新型轴承进行三维有限元仿真,很好地验证了磁悬浮机理的正确性。 在已有的结构和理论的基础上,设计了永磁偏置径向磁轴承实验装置,并对磁轴承磁路进行了理论分析和有限元仿真验证,参照仿真结果对结构进行优化,很好地解决了电磁铁磁场分布不均匀的问题。
【图文】：
悬浮轴承（Magnetic Bearing），是一种应用转子动力学、机械学、电工程、磁性材料、测试技术、数字信号处理等综合技术，通过受控轴承分开，实现无机械接触的新型高性能轴承[1][29]。于不存在机械接触，磁轴承具有无摩擦、无磨损、无需润滑的特点，转转，其转速只受转子材料强度的限制，功耗和噪声极低，能适用于多境。使它在很多应用领域内与传统滚动轴承、油膜轴承以及气体轴承优越性[2]。照磁力的提供方式，磁轴承可分为如下三大类：1）有源磁轴承（Active Magnetic Bearing 简称 AMB），也称为主动可控的，通过检测被悬浮转子的位置，由控制系统进行主动控制实现转2）无源磁轴承（Passive Magnetic Bearing 简称 PMB），也称为被动体或超导体实现对转子部分自由度的支承；3）混合磁轴承（永磁偏置）（Hybrid Magnetic Bearing 简称 HMB），含了电磁铁和永磁体或超导体[3]。套完整的永磁偏置磁轴承通常由转子、位移传感器、控制器、功率放永磁铁（定子）组成[30]，其工作原理如图 1.1 所示。
通与励磁磁通方向相反磁通大小为 φp-φi，，由于上方气隙的磁通大，转子受向上磁场力回到中心位置。偏置磁悬浮轴承用永久磁铁产生的磁场取代电磁铁的静态偏置磁降低功率放大器的功耗,而且可以使电磁铁的安匝数减小一半,缩小,提高承载能力等,因此,有必要对这种磁悬浮轴承进行研究。，国际上对磁轴承的研究工作和学术气氛非常活跃，1988 年在瑞一届国际磁悬浮轴承会议（International Symposium on Magnetic B年召开一次。美国航空航天管理局 1991 年召开了一次“磁悬浮技（Aerospace Application of Magnetic Suspension Technology）”的学年起，美国每两年召开一次 International Symposium on Magnetic gy。近年来，国外在永磁偏置磁轴承的研究工作取得了较大的进展已开始在工业上应用，例如位于加拿大的 Turbocor 公司成功的将在了 R-134a 型压缩机的主轴上，主轴正常工作时转速 60000r/mi磁轴承正向集成化，模块化方向发展。美国的 Levitronix 公司可以系统的传感器，控制器和功率放大器集成到一块电路板上[7]，如图械结构已部分实现模块化如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH133.3
本文编号：2606970
【图文】：
悬浮轴承（Magnetic Bearing），是一种应用转子动力学、机械学、电工程、磁性材料、测试技术、数字信号处理等综合技术，通过受控轴承分开，实现无机械接触的新型高性能轴承[1][29]。于不存在机械接触，磁轴承具有无摩擦、无磨损、无需润滑的特点，转转，其转速只受转子材料强度的限制，功耗和噪声极低，能适用于多境。使它在很多应用领域内与传统滚动轴承、油膜轴承以及气体轴承优越性[2]。照磁力的提供方式，磁轴承可分为如下三大类：1）有源磁轴承（Active Magnetic Bearing 简称 AMB），也称为主动可控的，通过检测被悬浮转子的位置，由控制系统进行主动控制实现转2）无源磁轴承（Passive Magnetic Bearing 简称 PMB），也称为被动体或超导体实现对转子部分自由度的支承；3）混合磁轴承（永磁偏置）（Hybrid Magnetic Bearing 简称 HMB），含了电磁铁和永磁体或超导体[3]。套完整的永磁偏置磁轴承通常由转子、位移传感器、控制器、功率放永磁铁（定子）组成[30]，其工作原理如图 1.1 所示。
通与励磁磁通方向相反磁通大小为 φp-φi，，由于上方气隙的磁通大，转子受向上磁场力回到中心位置。偏置磁悬浮轴承用永久磁铁产生的磁场取代电磁铁的静态偏置磁降低功率放大器的功耗,而且可以使电磁铁的安匝数减小一半,缩小,提高承载能力等,因此,有必要对这种磁悬浮轴承进行研究。，国际上对磁轴承的研究工作和学术气氛非常活跃，1988 年在瑞一届国际磁悬浮轴承会议（International Symposium on Magnetic B年召开一次。美国航空航天管理局 1991 年召开了一次“磁悬浮技（Aerospace Application of Magnetic Suspension Technology）”的学年起，美国每两年召开一次 International Symposium on Magnetic gy。近年来，国外在永磁偏置磁轴承的研究工作取得了较大的进展已开始在工业上应用，例如位于加拿大的 Turbocor 公司成功的将在了 R-134a 型压缩机的主轴上，主轴正常工作时转速 60000r/mi磁轴承正向集成化，模块化方向发展。美国的 Levitronix 公司可以系统的传感器，控制器和功率放大器集成到一块电路板上[7]，如图械结构已部分实现模块化如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH133.3
【引证文献】
相关硕士学位论文 前2条
1 荣德生;主动磁悬浮轴承控制器的研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
2 高素美;单自由度和两自由度永磁偏置磁悬浮轴承的研究[D];南京航空航天大学;2006年
本文编号：2606970
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