為了研究電磁推力軸承的動(dòng)態(tài)特性,本文基于雙目標(biāo)優(yōu)化和電磁場(chǎng)理論,采用有限元方法建立了電磁推力軸承的電磁場(chǎng)及強(qiáng)度模型。結(jié)合具體的電磁環(huán)境,進(jìn)行電磁場(chǎng)分析并構(gòu)建了合理的磁回路,根據(jù)軸承在實(shí)際工況時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),將軸承的動(dòng)態(tài)性能和強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)判軸承設(shè)計(jì)合理性的主要指標(biāo)。主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）在分析電磁推力軸承基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,建立了以減輕軸承質(zhì)量和降低渦流損耗的雙目標(biāo)優(yōu)化模型,對(duì)建立的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,得到最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。引入了創(chuàng)新的“磁環(huán)”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),用以均衡推力盤與定子接觸處的磁場(chǎng)和磁性能,更加合理的平衡接觸處的磁場(chǎng)變量。（2）分析了優(yōu)化結(jié)構(gòu)的電磁場(chǎng)特性,得到不同頻率下的磁力線、能量損耗、氣隙磁通密度以及推力盤表面磁場(chǎng)強(qiáng)度。結(jié)果表明隨著頻率增加電磁軸承的能量損耗近似呈拋物線增加,磁力線在線圈附近分布最密集,同時(shí)在線圈周圍氣隙磁通密度以及推力盤磁場(chǎng)強(qiáng)度均達(dá)到最大值。將電磁推力軸承系統(tǒng)的磁路進(jìn)行了等效電路仿真,通過(guò)等效簡(jiǎn)化單元分析軸承的磁回路特性。運(yùn)用所得結(jié)論,結(jié)合系統(tǒng)的材質(zhì)進(jìn)行磁路改善。（3）考慮軟磁材料磁環(huán)不均勻磁化和磁體邊緣效應(yīng)對(duì)承載能力的影響,建立了不均勻磁化電磁軸承承載力模型,分析所... 

【文章來(lái)源】：西安科技大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

電磁推力軸承實(shí)物圖

阻率、低矯頑力、低損耗、低磁各向異性系數(shù)、設(shè)計(jì)和加工靈活性等特點(diǎn)，因此要求軟磁性片狀材料的厚度薄而電阻率高，并盡量減少磁導(dǎo)率隨頻率提高而迅速下降的效應(yīng)。傳統(tǒng)軟磁材料如純鐵、硅鋼、坡莫合金等磁性能雖然優(yōu)異，但電阻率偏低，導(dǎo)致在交變磁場(chǎng)作用下渦流損耗很大；而軟磁鐵氧體材料磁性能尚可，但機(jī)械強(qiáng)度很低，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)新發(fā)展的要求。將軟磁材料制成顆粒，再將絕緣層包覆在外面，這種稱為軟磁復(fù)合材料。如圖1.2所示[30-31]，經(jīng)壓制、熱處理而成。其電磁性能可以通過(guò)控制磁性粉末及絕緣材料成分比來(lái)實(shí)現(xiàn)[32]。圖1.2SMCs絕緣顆粒示意圖由以上分析可知，影響SMCs性能的因素主要包括原材料的性質(zhì)和生產(chǎn)工藝條件兩個(gè)方面。原材料性質(zhì)是決定SMCs性能好壞的前提，包括磁性粒子成分、尺寸、非磁性包覆材料、磁性粒子與非磁性組分的成分比。在制備過(guò)程中，具體工藝條件也顯著影響整個(gè)材料的性質(zhì)，比如壓力方式及大校成型方法、熱處理?xiàng)l件等都會(huì)不同程度地影響材料的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步影響SMCs的電磁性能及機(jī)械性能。從20世紀(jì)初期開(kāi)始就有學(xué)者對(duì)磁性復(fù)合材料配方展開(kāi)研究，先后研制了MnZn系鐵氧體復(fù)合材料、NiZi系鐵氧體復(fù)合材料，主要應(yīng)用于低頻，對(duì)其研究主要著眼于如何提高磁導(dǎo)率而對(duì)損耗要求不高，因而對(duì)磁粉的包覆并不重視。但是近年隨著高頻技術(shù)的發(fā)展，電子元件逐漸向微型化和高頻化發(fā)展，降低高頻損耗就成了待解決的問(wèn)題。目前，軟磁復(fù)合材料由于具有三維各向同性，低渦流損耗，在中、高頻范圍內(nèi)相對(duì)低的總損耗，良好的頻率特性及易于機(jī)械加工等特殊的優(yōu)異性能而備受關(guān)注。國(guó)外著名企業(yè)已先后投入相關(guān)研究，并推出了一系列牌號(hào)的產(chǎn)品，如瑞典的Hoganas公司推出Somolay系列[33]，該產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較低，僅限用于在高頻作用下具有復(fù)雜形?

西安科技大學(xué)全日制工程碩士學(xué)位論文8圖2.1電磁推力軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.2電磁推力軸承模型總體分析與目標(biāo)函數(shù)本節(jié)中選擇了兩種軸承材料為探究對(duì)象：普通碳鋼和新型軟磁復(fù)合材料。電磁軸承處于工作狀態(tài)時(shí)，必然會(huì)存在能量的損耗，在降低損耗方面人們的核心關(guān)注點(diǎn)在于如何使其結(jié)構(gòu)更具備合理性。那么在構(gòu)建模型時(shí)，需要將最輕質(zhì)量和最低能耗作為實(shí)際的目標(biāo)函數(shù)，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建雙目標(biāo)優(yōu)化模型。本文的約束條件是基于電磁學(xué)理論和實(shí)際情況來(lái)構(gòu)建起來(lái)的，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的確定參數(shù)針對(duì)求解進(jìn)行了優(yōu)化，進(jìn)而獲取到了理想的幾何參數(shù)。圖2.2為電磁推力軸承優(yōu)化分析示意圖，電磁推力軸承主要組成結(jié)構(gòu)為定子、轉(zhuǎn)子、氣隙、線圈和推力盤。圖中d、D1、D2、D3、D4分別代表轉(zhuǎn)子的直徑、定子的內(nèi)磁極內(nèi)徑、內(nèi)磁極外徑、外磁極內(nèi)徑以及外磁極外徑；e1、e2、e3則分別為外磁極寬度、內(nèi)磁極寬度和磁軛厚度；a、b分別為線圈腔的高度和寬度。推力盤厚度為d0，氣隙的寬度為c0。圖2.2電磁推力軸承優(yōu)化分析示意圖


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