永磁偏置磁懸浮軸承研究
發(fā)布時間：2020-03-30 03:37
【摘要】：永磁偏置磁懸浮軸承是目前磁懸浮軸承研究中的的一個重要的研究方向。永磁偏置磁軸承系統(tǒng)與純電磁軸承系統(tǒng)相比,降低了電磁線圈中的工作電流,從而減小了電控系統(tǒng)中的功率放大器及散熱片的體積,磁軸承的功率損耗大大降低,所以永磁偏置磁軸承能夠用于航空航天以及對磁軸承的體積要求較高的場合。本文做的主要工作如下: 提出了一種新的永磁偏置磁軸承結(jié)構(gòu),詳細介紹其工作原理,并利用等效磁路法建立了該軸承的磁浮力的數(shù)學模型,依據(jù)此數(shù)學模型開發(fā)了基于 Matlab 的磁路分析應(yīng)用程序,分析了各自由度磁懸浮力之間的非線性耦合關(guān)系,得出轉(zhuǎn)子在平衡位置附近各自由度之間懸浮力是解耦的結(jié)論,從而為控制帶來了極大的方便。在以上分析的基礎(chǔ)上,推出磁懸浮力的線性化方程,計算了電流剛度和位移剛度,同時提出了這種磁軸承的性能指標公式,為該磁軸承的設(shè)計提供了理論依據(jù)。 將基于變分原理的有限元方法用于磁軸承的電磁場數(shù)值分析,利用 ANSYS 有限元軟件對此新型軸承進行三維有限元仿真,很好地驗證了磁懸浮機理的正確性。 在已有的結(jié)構(gòu)和理論的基礎(chǔ)上,設(shè)計了永磁偏置徑向磁軸承實驗裝置,并對磁軸承磁路進行了理論分析和有限元仿真驗證,參照仿真結(jié)果對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,很好地解決了電磁鐵磁場分布不均勻的問題。
【圖文】：
懸浮軸承（Magnetic Bearing），是一種應(yīng)用轉(zhuǎn)子動力學、機械學、電工程、磁性材料、測試技術(shù)、數(shù)字信號處理等綜合技術(shù)，通過受控軸承分開，實現(xiàn)無機械接觸的新型高性能軸承[1][29]。于不存在機械接觸，磁軸承具有無摩擦、無磨損、無需潤滑的特點，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速只受轉(zhuǎn)子材料強度的限制，功耗和噪聲極低，能適用于多境。使它在很多應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)與傳統(tǒng)滾動軸承、油膜軸承以及氣體軸承優(yōu)越性[2]。照磁力的提供方式，磁軸承可分為如下三大類：1）有源磁軸承（Active Magnetic Bearing 簡稱 AMB），也稱為主動可控的，通過檢測被懸浮轉(zhuǎn)子的位置，由控制系統(tǒng)進行主動控制實現(xiàn)轉(zhuǎn)2）無源磁軸承（Passive Magnetic Bearing 簡稱 PMB），也稱為被動體或超導體實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子部分自由度的支承；3）混合磁軸承（永磁偏置）（Hybrid Magnetic Bearing 簡稱 HMB），含了電磁鐵和永磁體或超導體[3]。套完整的永磁偏置磁軸承通常由轉(zhuǎn)子、位移傳感器、控制器、功率放永磁鐵（定子）組成[30]，其工作原理如圖 1.1 所示。
通與勵磁磁通方向相反磁通大小為 φp-φi，，由于上方氣隙的磁通大，轉(zhuǎn)子受向上磁場力回到中心位置。偏置磁懸浮軸承用永久磁鐵產(chǎn)生的磁場取代電磁鐵的靜態(tài)偏置磁降低功率放大器的功耗,而且可以使電磁鐵的安匝數(shù)減小一半,縮小,提高承載能力等,因此,有必要對這種磁懸浮軸承進行研究。，國際上對磁軸承的研究工作和學術(shù)氣氛非常活躍，1988 年在瑞一屆國際磁懸浮軸承會議（International Symposium on Magnetic B年召開一次。美國航空航天管理局 1991 年召開了一次“磁懸浮技（Aerospace Application of Magnetic Suspension Technology）”的學年起，美國每兩年召開一次 International Symposium on Magnetic gy。近年來，國外在永磁偏置磁軸承的研究工作取得了較大的進展已開始在工業(yè)上應(yīng)用，例如位于加拿大的 Turbocor 公司成功的將在了 R-134a 型壓縮機的主軸上，主軸正常工作時轉(zhuǎn)速 60000r/mi磁軸承正向集成化，模塊化方向發(fā)展。美國的 Levitronix 公司可以系統(tǒng)的傳感器，控制器和功率放大器集成到一塊電路板上[7]，如圖械結(jié)構(gòu)已部分實現(xiàn)模塊化如圖 1.2 所示。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2005
【分類號】：TH133.3
本文編號：2606970
【圖文】：
懸浮軸承（Magnetic Bearing），是一種應(yīng)用轉(zhuǎn)子動力學、機械學、電工程、磁性材料、測試技術(shù)、數(shù)字信號處理等綜合技術(shù)，通過受控軸承分開，實現(xiàn)無機械接觸的新型高性能軸承[1][29]。于不存在機械接觸，磁軸承具有無摩擦、無磨損、無需潤滑的特點，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速只受轉(zhuǎn)子材料強度的限制，功耗和噪聲極低，能適用于多境。使它在很多應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)與傳統(tǒng)滾動軸承、油膜軸承以及氣體軸承優(yōu)越性[2]。照磁力的提供方式，磁軸承可分為如下三大類：1）有源磁軸承（Active Magnetic Bearing 簡稱 AMB），也稱為主動可控的，通過檢測被懸浮轉(zhuǎn)子的位置，由控制系統(tǒng)進行主動控制實現(xiàn)轉(zhuǎn)2）無源磁軸承（Passive Magnetic Bearing 簡稱 PMB），也稱為被動體或超導體實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子部分自由度的支承；3）混合磁軸承（永磁偏置）（Hybrid Magnetic Bearing 簡稱 HMB），含了電磁鐵和永磁體或超導體[3]。套完整的永磁偏置磁軸承通常由轉(zhuǎn)子、位移傳感器、控制器、功率放永磁鐵（定子）組成[30]，其工作原理如圖 1.1 所示。
通與勵磁磁通方向相反磁通大小為 φp-φi，，由于上方氣隙的磁通大，轉(zhuǎn)子受向上磁場力回到中心位置。偏置磁懸浮軸承用永久磁鐵產(chǎn)生的磁場取代電磁鐵的靜態(tài)偏置磁降低功率放大器的功耗,而且可以使電磁鐵的安匝數(shù)減小一半,縮小,提高承載能力等,因此,有必要對這種磁懸浮軸承進行研究。，國際上對磁軸承的研究工作和學術(shù)氣氛非常活躍，1988 年在瑞一屆國際磁懸浮軸承會議（International Symposium on Magnetic B年召開一次。美國航空航天管理局 1991 年召開了一次“磁懸浮技（Aerospace Application of Magnetic Suspension Technology）”的學年起，美國每兩年召開一次 International Symposium on Magnetic gy。近年來，國外在永磁偏置磁軸承的研究工作取得了較大的進展已開始在工業(yè)上應(yīng)用，例如位于加拿大的 Turbocor 公司成功的將在了 R-134a 型壓縮機的主軸上，主軸正常工作時轉(zhuǎn)速 60000r/mi磁軸承正向集成化，模塊化方向發(fā)展。美國的 Levitronix 公司可以系統(tǒng)的傳感器，控制器和功率放大器集成到一塊電路板上[7]，如圖械結(jié)構(gòu)已部分實現(xiàn)模塊化如圖 1.2 所示。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2005
【分類號】：TH133.3
【引證文獻】
相關(guān)碩士學位論文 前2條
1 榮德生;主動磁懸浮軸承控制器的研究[D];遼寧工程技術(shù)大學;2005年
2 高素美;單自由度和兩自由度永磁偏置磁懸浮軸承的研究[D];南京航空航天大學;2006年
本文編號：2606970
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