磁懸浮軸承利用電磁力支撐轉(zhuǎn)軸,使轉(zhuǎn)軸與固定部件之間無機(jī)械接觸。因其具有無機(jī)械磨損、損耗小、壽命長(zhǎng)、無需潤(rùn)滑和動(dòng)態(tài)特性可調(diào)等諸多優(yōu)點(diǎn),在飛輪儲(chǔ)能、渦輪機(jī)械、航空航天、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。在此研究背景下,本論文以永磁偏置三自由度磁懸浮軸承為研究對(duì)象,針對(duì)該類型磁懸浮軸承的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電磁模型、設(shè)計(jì)理論、電磁性能以及交叉耦合效應(yīng)等多個(gè)方面進(jìn)行了深入研究。主要的內(nèi)容如下:（1）基于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的永磁偏置三自由度磁懸浮軸承,提出了一個(gè)改進(jìn)磁路模型。改進(jìn)磁路模型將永磁偏置磁場(chǎng),軸向和徑向控制磁場(chǎng)合在一起計(jì)算,因而能考慮到軸向和徑向之間的交叉耦合;將所有的漏磁路徑考慮在內(nèi);同時(shí)計(jì)及了鐵芯材料的非線性磁導(dǎo)。對(duì)比傳統(tǒng)磁路模型、改進(jìn)磁路模型和三維有限元軟件的計(jì)算結(jié)果,驗(yàn)證了所提出的改進(jìn)磁路模型的準(zhǔn)確性。為后續(xù)永磁偏置三自由度磁懸浮軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和耦合分析提供了基礎(chǔ)。（2）提出了 一種徑向控制線圈為環(huán)形線圈的新結(jié)構(gòu)永磁偏置三自由度磁懸浮軸承。通過改變徑向控制線圈的纏繞形式,從繞在徑向定子齒部改為繞在軛部,實(shí)現(xiàn)減小徑向控制線圈銅耗的目的。以該新結(jié)構(gòu)為例,結(jié)合改進(jìn)磁路模型,提出了一種改進(jìn)的磁懸浮軸承... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

對(duì)稱結(jié)構(gòu)的永磁偏置三自由度磁懸浮軸承

并用三相功率逆變器驅(qū)動(dòng)，能夠減小功率器件的數(shù)量、功耗、體積和成本。同時(shí)??根據(jù)文獻(xiàn)［９３］研究表明，在轉(zhuǎn)軸直徑較小的情況下，三極結(jié)構(gòu)的磁懸浮軸承能有??效地提升空間利用率。后續(xù)的文獻(xiàn)也對(duì)該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了精確的線性和非線性建??模以及解耦控制［９４？］。??文獻(xiàn)［９７，９８］設(shè)計(jì)了一種六磁極的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖１．５所示。其中三個(gè)磁極安??裝永磁體，為徑向氣隙和軸向氣隙提供偏置磁通�？刂凭�圈同樣采用三相逆變器??通過坐標(biāo)變換驅(qū)動(dòng)，同時(shí)為徑向和軸向提供控制磁通。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成本低、體積??小、集成度高、軸向長(zhǎng)度短，但是軸向存在靜態(tài)的不平衡力，需要補(bǔ)償或者通過??安裝兩個(gè)該結(jié)構(gòu)的磁懸浮軸承抵消。另外，軸徑向之間存在交叉耦合，需要通過??控制算法進(jìn)行補(bǔ)償。??此外，還有一類錐形磁懸浮軸承ｍ，９９－Ｋ）１ｌ，通過將磁極極面做成錐形，實(shí)現(xiàn)對(duì)??轉(zhuǎn)軸多個(gè)自由度的控制，但是結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，加工難度高，一般只應(yīng)用于航空航??天領(lǐng)域的陀螺儀動(dòng)量輪等場(chǎng)合。??軸由＿??

效地提升空間利用率。后續(xù)的文獻(xiàn)也對(duì)該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了精確的線性和非線性建??模以及解耦控制［９４？］。??文獻(xiàn)［９７，９８］設(shè)計(jì)了一種六磁極的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖１．５所示。其中三個(gè)磁極安??裝永磁體，為徑向氣隙和軸向氣隙提供偏置磁通。控制線圈同樣采用三相逆變器??通過坐標(biāo)變換驅(qū)動(dòng)，同時(shí)為徑向和軸向提供控制磁通。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成本低、體積??小、集成度高、軸向長(zhǎng)度短，但是軸向存在靜態(tài)的不平衡力，需要補(bǔ)償或者通過??安裝兩個(gè)該結(jié)構(gòu)的磁懸浮軸承抵消。另外，軸徑向之間存在交叉耦合，需要通過??控制算法進(jìn)行補(bǔ)償。??此外，還有一類錐形磁懸浮軸承ｍ，９９－Ｋ）１ｌ，通過將磁極極面做成錐形，實(shí)現(xiàn)對(duì)??轉(zhuǎn)軸多個(gè)自由度的控制，但是結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，加工難度高，一般只應(yīng)用于航空航??天領(lǐng)域的陀螺儀動(dòng)量輪等場(chǎng)合。??徑向控制線圈?ｊ磁＾＿＿軸ｊ由＿

【參考文獻(xiàn)】：
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