永磁偏置型径向磁悬浮轴承参数设计方法研究

永磁偏置型磁悬浮轴承中既存在永磁磁场,又存在电磁磁场,其结构及磁场分布比较复杂,涉及的参数也较多,利用简单的等效磁路法无法对所有的参数进行精确设计。以一种结构形式的永磁偏置型径向磁悬浮轴承为例,在分析其工作原理及磁场分布的基础上,提出了一种基于磁通量计算的参数设计方法,给出了设计流程与计算实例。利用有限元分析软件对设计结果进行了电磁场仿真。实验结果表明:基于此方法设计出的永磁偏置型径向磁悬浮轴承具有良好的悬浮特性。给出了转轴在20 000 r/min时的径向位移波形及控制绕组中的电流波形。

一种新型磁悬浮飞轮用永磁偏置径向磁轴承

针对现有径向磁轴承结构电励磁磁路耦合的特点,分析了一种新型磁悬浮飞轮用永磁偏置径向磁轴承结构及其工作原理。采用等效磁路法对磁轴承的永磁磁路和电励磁磁路进行计算,得出了磁轴承的数学模型,并给出磁轴承主要参数的设计方法。最后,通过有限元法对该磁轴承进行仿真分析,从磁场分布以及x方向通电流时对力Fy的影响两方面验证了该结构电励磁回路在x、y方向间的解耦性,其中Fy<3%Fx。理论研究和仿真分析表明:这种径向磁轴承结构有效地避免了磁通在两个径向自由度间的耦合,从而能够扩大系统线性工作范围和稳定裕度,提高磁轴承系统的控制性能。

永磁偏置轴向磁悬浮轴承的类型划分与拓扑结构设计

针对永磁偏置轴向磁悬浮轴承类型多样、拓扑结构复杂的特点,提出了基于气隙中轴向控制磁场分布的永磁偏置轴向磁悬浮轴承的类型划分方法。结合偏置磁场的极性分布,将永磁偏置轴向磁悬浮轴承划分为四种不同的类型。在此基础上提出了永磁偏置轴向磁悬浮轴承拓扑结构设计的方法,即根据各类型的特点可以设计出隶属于该类型的永磁偏置轴向磁悬浮轴承的定子磁极的形状、控制绕组的放置位置以及永磁体的放置位置与充磁方向。

磁悬浮飞轮用新型异极性永磁偏置径向磁轴承

为满足应用于航天器姿控、储能的磁悬浮飞轮采用的扁平构型或高转速转子需求,提出了一种新型异极性永磁偏置径向磁轴承,具有轴向长度短、结构紧凑的优点,有利于扁平转子或高速转子的磁悬浮控制。在新型径向磁轴承磁路分析的基础上,通过应用于50 Nms反作用飞轮的设计实例,经仿真分析,校验了新型径向磁轴承的基本性能;并与传统同极性永磁偏置径向磁轴承进行了比较,验证了新型径向磁轴承的优点。

新型永磁偏置三自由度磁悬浮轴承的建模与设计

研究了一种新型结构的永磁偏置三自由度磁悬浮轴承,介绍了它的结构和工作原理。建立了考虑漏磁、铁心非线性磁导和交叉耦合的磁路模型,基于该模型提出了一种改进的永磁偏置磁悬浮轴承的设计方法,能够有效地提高设计效率。采用该设计方法设计了磁悬浮轴承的具体结构参数,并利用三维有限元对设计结果进行仿真,验证了磁路模型的准确性和设计结果的合理性。

改进型PID控制永磁偏置磁悬浮轴承

针对传统PID控制超调与调节时间存在矛盾及磁悬浮轴承的特殊性,提出了具有一定非线性补偿能力的改进型PID控制算法,根据偏差与偏差变化率的关系,使比例、积分、微分调整大小、分时作用。在MATLAB的Simulink环境下搭建永磁偏置磁悬浮轴承的控制系统模型,用S-function函数实现改进型PID的控制算法和永磁偏置磁悬浮轴承的非线性模型,并进行了动态仿真。仿真结果表明,改进型PID控制器相对于传统PID控制器对永磁偏置磁悬浮轴承在动态性能、抗干扰能力上有比较好的控制效果,且提高了永磁偏置磁悬浮轴承的刚度,其算法在数字控制器中较容易实现。

永磁偏置径向-轴向磁悬浮轴承工作原理和参数设计

介绍了永磁偏置径向-轴向磁悬浮轴承结构示意图及悬浮力产生的机理,用等效磁路法对永磁和励磁混合磁轴承的磁路进行了计算,得出了最大承载力的条件和数学表达式,给出了参数设计和计算方法,最后给出了一个设计例子,并用有限元进行了仿真验算。理论研究和仿真分析表明:永磁和励磁径向-轴向磁轴承结构合理紧凑、占据轴向长度小、效率高。在磁悬浮电机、高速飞轮储能等系统中具有广阔的应用前景。

永磁偏置的混合磁悬浮轴承的研究

介绍了永磁偏置的混合磁悬浮轴承的工作原理，提出了其结构参数的设计计算理论，对混合磁悬浮轴承的设计有实际指导意义。

磁悬浮飞轮用嵌环式永磁偏置径向磁轴承

为满足航天用扁平转子磁悬浮飞轮对低功耗磁轴承的需求,提出一类同极性嵌环式永磁偏置径向磁轴承(Radial permanent-magnet-biased magnetic bearing,RPMB),旋转损耗低,工作气隙径向内外双环、轴向同层分布,径向磁力为平面汇交力系,具有磁极轴向短、可灵活设计的独特优势。根据全主动、主被动两类磁悬浮飞轮的不同需求,采用磁路分析与有限元仿真的方法,对磁极对齐型、磁极交错型、磁极偏置型三种嵌环式RPMB进行了有针对性的分析与设计,所设计的全主动磁悬浮飞轮,具有轴向长度短、质量小、精度高的优点;所设计的两轴主动磁悬浮飞轮,经优化设计,具有高被动刚度、高电流刚度、电流刚度高稳定性的优点。

同极永磁偏置径向磁悬浮轴承特性分析

将同极永磁偏置径向磁悬浮轴承应用于轴流式磁悬浮血泵支承系统,利用永磁偏置降低功耗,同极性结构减少转子磁滞损耗引起的发热,以降低轴流式磁悬浮血泵支承系统的体积和功耗,使其便于植入体内。利用等效磁路法建立了轴承承载模型,采用有限元法获得轴承的气隙磁场分布、耦合特性,最后搭建试验平台,进行了试验验证。结果表明,仿真得到的电流刚度、位移刚度和气隙磁场分布与试验测量结果趋势相同,大小误差均在10%以内。

永磁偏置轴向径向磁悬浮轴承的研究

永磁偏置轴向径向磁悬浮轴承集轴向、径向磁轴承于一体,可以同时实现三个自由度的控制。在对多种拓扑结构的永磁偏置轴向径向磁轴承进行分析的基础上介绍其工作原理,列举了工业领域的应用实例,最后还对永磁偏置轴向径向磁悬浮轴承的未来发展进行了研究。

永磁偏置径向磁轴承在磁悬浮反作用飞轮系统中的应用

针对现有径向磁轴承结构电励磁磁路耦合的缺陷,设计了一种新型径向永磁偏置混合磁轴承结构,介绍了这种轴承的结构特点和工作原理,并利用等效磁路法和有限元法(FEM)对该永磁偏置径向混合磁轴承进行了电磁分析,得出了磁轴承的数学模型和主要参数的设计结果。研究结果表明:该径向永磁偏置磁轴承可以有效地避免磁路耦合现象,提高磁轴承系统的控制性能。

全悬浮永磁偏置磁悬浮轴承电机系统的研究与实现

介绍了一种全悬浮永磁偏置磁悬浮轴承电机系统。该系统由永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承、永磁偏置径向磁悬浮轴承及高速电机组成,给出了两种磁悬浮轴承的结构并分析了其工作原理。实验证明由这两种磁悬浮轴承组成的磁悬浮轴承系统具有良好的悬浮性能,给出了20 000 r/min时转子铁心的位移波形以及控制绕组中的电流波形。

永磁偏置混合磁悬浮轴承的研究

重点论述永磁混合型磁悬浮轴承的结构原理。讨论了混合磁悬浮轴承结构及参数设计,提出永磁偏置混合磁悬浮轴承的设计方案。有限元分析结果表明,永磁偏置混合磁悬浮轴承的架构方案是可行的,混合磁路的计算是确切的。

单自由度混合磁悬浮轴承控制系统模型的研究

介绍了单自由度永磁偏置的混合磁悬浮轴承的工作原理，提出了永磁磁通与电磁磁通叠加计算混合磁悬浮轴承的方法。给出了由这种方法导出的计算磁感应强度的理论计算公式。建立了混合磁悬浮轴承的数学模型及其控制模型。以ＰＩＤ为控制策略，导出了混合磁悬浮轴承系统稳定性和动态性能的传递函数。通过理论分析和实验验证，得出了增大永磁内部磁动势可以提高轴承的承载力、稳定性，减小功放损耗的结论。

一种新型混合转子结构无轴承电动机磁悬浮力的矢量控制

无轴承电机具有无机械磨损和噪声等优点,其转子旋转和悬浮的电磁转矩和磁悬浮力皆由电机本身产生。在对不同转子结构转矩和磁悬浮力进行有限元对比分析的基础上,该文提出了一种兼有永磁式和感应式转子共同优点的新型电机不仅能产生大的电磁转矩和磁悬浮力,而且提供了通过电流矢量定向实现悬浮力解耦控制的途径。基于数字信号处理器 DSP (TMS320C32)和复杂可编程逻辑芯片 CPLD(Xilinx),构建了混合转子无轴承电机的控制系统,实现了悬浮力矢量控制策略。试验结果表明该文所提出的新型无轴承电机的设计与控制策略是可行的。

永磁型无轴承电机悬浮系统的H_∞鲁棒控制

为了提高永磁型无轴承电动机悬浮系统的稳定性和抗干扰能力,从运行原理出发,对悬浮系统提出了基于混合灵敏度的H_∞鲁棒控制.通过选取适当的灵敏度和补灵敏度加权函数,设计了H_∞控制器.应用该控制器实现了基于转子磁场定向控制的永磁型无轴承电机悬浮控制系统.仿真结果表明,所提出的H_∞控制器具有良好的抗干扰能力和鲁棒稳定性,性能优于常规PID控制器.最后进行了实验研究,证明了该控制方法的有效性.

新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性

研究一种集成转子径向扭转与轴向平动控制功能的新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性,以解决磁轴承系统的轴向尺寸和精度之间的矛盾。采用等效磁路法进行磁轴承的磁路建模,在建立磁极气隙表达式的基础上采用积分型方法进行磁阻计算以提高计算精度,并根据磁路模型给出磁轴承磁力的积分型计算公式,得到轴向磁轴承闭环系统的磁力特性曲线。对某飞轮用磁轴承系统的分析表明:磁轴承磁力与磁极气隙和控制电流间具有良好的线性关系,且各控制通道近似解耦,与典型磁轴承结构相比,利于磁轴承系统控制精度的提高和轴向尺寸的减小,适用于磁悬浮飞轮系统。

内插式永磁型无轴承电动机悬浮力模型及其关键参数萃取

为计及内插式永磁型无轴承电动机直交轴电感差异对悬浮运行的影响,实现转子凸极效应下的稳定悬浮运行控制,提出一种建立悬浮力精确模型及其关键参数萃取的新方法。该方法从内插式永磁型无轴承电动机运行原理出发,基于磁场能量方法,建立计及转子凸极影响和定、转子定位偏心的磁悬浮力解析模型。针对模型参数是悬浮力控制及电动机悬浮运行的关键,深入分析该模型中关键参数的获取机理,并通过有限元磁场分析方法实现可控悬浮力和单边磁拉力计算中的参数萃取。在此基础上采用所获取的参数建立内插式永磁型无轴承电动机的有效控制策略,悬浮运行的仿真结果验证参数萃取方法的正确性。

永磁型无轴承电机悬浮力前馈控制系统研究

传统的永磁型无轴承电机悬浮力控制系统由于数字控制器采样周期、电流调制过程中的延时以及电机定子铁心涡流等因素的影响,实际的可控悬浮力与其指令信号之间存在延时,因而电机的悬浮性能受到影响。基于经典控制理论中的前馈控制思想,提出了永磁型无轴承电机悬浮力前馈控制系统。仿真研究表明,该系统能够有效地消除力延时和提高电机的悬浮运行性能。