多环轴向磁力轴承冗余设计研究

发布时间：2017-05-07 11:10

  本文关键词：多环轴向磁力轴承冗余设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着主动磁悬浮轴承应用领域的不断拓宽，系统运行的可靠性已成为衡量系统性能的重要指标，提高主动磁悬浮轴承系统的运行可靠性能够推动其更好的应用于高可靠性领域。文中针对磁悬浮轴承运行高可靠性的要求对轴向磁力轴承的冗余设计进行了具体研究。 首先，提出了一种沿圆周多环布置的轴向磁力轴承冗余方案并在充分利用导磁材料性能和磁不饱和的前提下推导了具体的结构参数确定方法。 然后，对多环轴向磁力轴承出现线圈失效时的残余承载力比率和附加弯矩进行理论分析。在此基础上，结合六环结构的轴向磁力轴承展开，得到了六环结构下的冗余设计准则，，完成六环轴向磁力轴承定子的结构设计；根据附加弯矩值将线圈失效形式分为平衡失效和非平衡失效两类，分析了附加弯矩对径向磁力轴承的影响；提出了“镜像失效”、“对角失效”和“残余磁极”三种主动控制方式，从补偿电流、残余磁极利用率、附加弯矩等方面对三者进行了对比。 利用ANSYS对已有的两环轴向冗余结构和本文提出的六环轴向冗余结构磁力轴承进行了承载力和冗余度对比。结果表明，本文提出的六环轴向冗余结构在承载力和冗余度方面均优于两环轴向冗余结构。此外，分析了轴承定子侧壁的存在对磁场分布的影响，修正了六环轴向磁力轴承的电磁力模型。 最后，利用Matlab的Simulink模块对六环轴向磁力轴承支撑下的磁悬浮转子进行了冗余重构条件下的悬浮特性仿真，验证本文提出的六环轴向磁力轴承能够实现线圈失效情况下的冗余重构，从而实现磁力轴承系统的容错运行。
【关键词】：冗余设计 残余承载力比率 附加弯矩 主动控制方式 冗余重构验证
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 磁力轴承的分类及应用8-11
• 1.1.1 磁力轴承的分类8-9
• 1.1.2 磁力轴承的应用9-11
• 1.2 磁悬浮容错技术的国内外研究现状及存在的问题11-15
• 1.2.1 故障的主要形式12
• 1.2.2 提高系统可靠性的方法12-13
• 1.2.3 国内外研究现状及存在的问题13-15
• 1.3 课题研究的主要内容及项目支撑15-17
• 1.3.1 课题研究的主要内容15-16
• 1.3.2 课题的项目支撑16-17
• 第二章 轴向磁力轴承的结构冗余设计17-26
• 2.1 磁力轴承电磁力计算模型17-20
• 2.1.1 电磁场基本定律及分析方法17-18
• 2.1.2 电磁力计算模型18-20
• 2.2 轴向磁力轴承的结构冗余设计20-25
• 2.2.1 轴向磁力轴承冗余设计思想20-21
• 2.2.2 定子结构参数确定方法21-24
• 2.2.3 基于冗余的设计条件24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 线圈失效下残余承载力和附加弯矩分析26-36
• 3.1 残余承载力比率和附加弯矩模型26-29
• 3.1.1 残余承载力比率26
• 3.1.2 附加弯矩理论模型26-28
• 3.1.3 定子环数的选择28-29
• 3.2 六环结构下的残余承载力分析29-30
• 3.3 六环结构下的附加弯矩分析30-33
• 3.3.1 基于单个定子的附加弯矩分析30
• 3.3.2 考虑双侧定子的附加弯矩分析30-31
• 3.3.3 非平衡失效下附加弯矩对径向磁力轴承的影响31-33
• 3.4 主动控制思路的比较33-34
• 3.5 本章小结34-36
• 第四章 两种冗余结构轴向磁力轴承性能比较36-47
• 4.1 两环冗余结构的轴向磁力轴承36-40
• 4.1.1 两环冗余轴向磁力轴承残余承载力分析36-38
• 4.1.2 两环冗余轴向磁力轴承结构设计方法38-40
• 4.2 两环冗余与六环冗余轴向磁力轴承性能对比40-42
• 4.2.1 相同设计条件及结构参数40-41
• 4.2.2 两种冗余结构冗余性能对比41-42
• 4.3 六环冗余结构电磁力模型修正42-44
• 4.4 侧壁对磁场分布的影响分析44-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第五章 六环轴向磁力轴承悬浮特性仿真47-59
• 5.1 力的分配与补偿47-50
• 5.1.1 力的均匀分配47-48
• 5.1.2 失效形式下的力补偿48-50
• 5.2 基于 Matlab/Simulink 的悬浮特性仿真50-58
• 5.2.1 仿真的冗余控制流程50
• 5.2.2 仿真模型的建立50-51
• 5.2.3 仿真的失效形式51-52
• 5.2.4 仿真结果及分析52-58
• 5.3 本章小结58-59
• 第六章 总结与展望59-61
• 6.1 总结59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64

【参考文献】

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本文编号：349748