永磁偏置磁懸浮軸承的研究.pdf

1、永磁偏置磁懸浮軸承利用永磁體產(chǎn)生偏置磁通，降低了磁軸承的勵(lì)磁功耗，且體積重量均有所減小，同時(shí)，每個(gè)自由度的功率放大器由兩個(gè)減為一個(gè)，系統(tǒng)的可靠性得以提高，使其在儲(chǔ)能飛輪、動(dòng)量飛輪及航空航天等高速電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。鑒于永磁偏置磁軸承的諸多優(yōu)點(diǎn)和廣泛用途，本文對(duì)包括同極性徑向、異極性徑向、軸向徑向及軸向等各類永磁偏置磁軸承，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、精確等效磁路、數(shù)學(xué)模型、參數(shù)設(shè)計(jì)、有限元仿真分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。

2、>　　 同極性永磁偏置徑向磁軸承磁滯損耗小、控制方便、應(yīng)用廣泛。本文對(duì)其多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，提出了一種新結(jié)構(gòu)同極性永磁偏置徑向磁軸承，其中鑒于等效磁路對(duì)磁軸承的理論分析和參數(shù)設(shè)計(jì)的影響，在二維有限元仿真的基礎(chǔ)上構(gòu)建其精確等效磁路，推導(dǎo)出該型磁軸承的承載力、力/位移系數(shù)及力/電流系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。另外，還提出一種在充分考慮漏磁和軟磁材料磁阻的影響下，以滿足承載力所需的偏置磁場(chǎng)與控制磁場(chǎng)的磁通量為基本目標(biāo)，通過降低轉(zhuǎn)子鐵心損耗、優(yōu)化定

3、子齒槽、考慮永磁材料實(shí)際加工誤差等一系列措施，結(jié)合精確等效磁路對(duì)永磁材料和定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法。最后，對(duì)以上設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了三維有限元仿真分析，并制作了一套五自由度實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)軸0～20000r/min的穩(wěn)定懸浮。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：同極性永磁偏置徑向磁軸承結(jié)構(gòu)較緊湊，控制方便，懸浮性能優(yōu)良，文中提出的參數(shù)設(shè)計(jì)方法合理。
　　 相比于同極性徑向磁軸承，異極性永磁偏置徑向磁軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軸向長(zhǎng)度短。本文對(duì)該

4、結(jié)構(gòu)的多種拓?fù)溥M(jìn)行了分析，其中重點(diǎn)研究了一種八磁極異極性永磁偏置徑向磁軸承，對(duì)其進(jìn)行理論分析，推導(dǎo)出數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)，研究了氣隙偏置磁密的大小對(duì)結(jié)構(gòu)和性能的影響。對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了三維仿真分析，制作了一兩自由度實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)軸0～7200r/min的穩(wěn)定懸浮。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：異極性永磁偏置徑向磁軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，偏置磁場(chǎng)和控制磁場(chǎng)共面，軸向長(zhǎng)度相對(duì)較短，懸浮性能較為優(yōu)良，但未有主動(dòng)控制的永磁磁極對(duì)懸浮性能有一定的影響。<

5、br>　　 永磁偏置軸向徑向磁軸承充分利用了永磁體磁能，其結(jié)構(gòu)最為緊湊。本文在深入研究一種經(jīng)典結(jié)構(gòu)的永磁偏置軸向徑向磁軸承的基礎(chǔ)上，提出一種新型結(jié)構(gòu)：其利用位于轉(zhuǎn)子鐵心兩側(cè)的兩個(gè)環(huán)形永磁體提供偏置磁通，結(jié)構(gòu)十分緊湊；且軸向定子位于徑向定子外部，因而，軸向控制磁通和徑向控制磁通彼此解耦。文中對(duì)其理論模型和參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究，完成了三維仿真分析和原理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明：永磁偏置軸向徑向磁軸承充分利用了永磁材料的磁能，結(jié)構(gòu)最為緊湊，

6、控制方便，但設(shè)計(jì)安裝較為困難。
　　 永磁偏置軸向磁軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可獨(dú)立控制。本文提出了一種新型永磁偏置軸向磁軸承以及非對(duì)稱氣隙下的低功耗懸浮策略，給出了詳細(xì)的理論分析和參數(shù)設(shè)計(jì)過程。三維有限元仿真結(jié)果表明：新型永磁偏置軸向磁軸承結(jié)構(gòu)緊湊、控制方便，且不對(duì)稱氣隙的低功耗懸浮策略相比于對(duì)稱氣隙，懸浮功耗大幅降低，使其與永磁磁力軸承構(gòu)成的低功耗五自由度磁懸浮系統(tǒng)，能夠滿足飛輪儲(chǔ)能電池等綠色能源裝置中對(duì)軸承支撐功耗的嚴(yán)格要求。