永磁磁轴承数学模型的研究

对永磁磁轴承的5种建模方法及所建立的数学模型进行了比较,并以径向磁轴承为例进行了计算。发现在形状、尺寸和磁化强度相同的情况下,磁环轴向磁化与径向磁化所得的径向刚度及轴向力均存在差异;将环形磁体作为无限长条形磁体处理,忽略磁环曲率影响,建立的通用模型仅适用于磁环直径相比磁环截面而言非常大,且磁环截面尺寸比气隙小或相等的情况:采用等效磁荷法,按磁化方向不同建立的数值积分模型,能够较好地描述磁轴承径向力及轴向力随动、静磁环相对位置变化而变化的特性。

永磁偏置磁轴承的研究现状及其发展

永磁偏置磁轴承是飞轮储能和涡轮分子泵等高速应用领域的一个重要研究内容。本文对永磁偏置磁轴承的研究现状及其未来发展进行了详细阐述。将永磁偏置磁轴承分为轴向单自由度、径向两自由度、轴向-径向三自由度及五自由度磁悬浮系统分别进行研究,研究其结构形式,绘制结构示意图,结合磁路图分析其工作原理,比较同类磁轴承优劣,指出其应用场合。对永磁偏置磁轴承的未来发展进行了研究,提出了众多结构形式的永磁偏置磁轴承,功耗低、结构简单、控制方便的永磁偏置磁轴承将是未来研究的主要方向。

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。

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。

永磁偏置径向磁轴承的原理分析与参数设计

为克服现有永磁偏置径向磁轴承的缺陷,研究了一种磁悬浮高速电动机用永磁偏置径向磁轴承,利用等效磁路法分析其结构及工作原理,得出了径向悬浮力的数学模型,并对数学模型进行了线性化处理,得出了其径向力-位移系数和力-电流系数。给出了磁极面积、控制绕组、定转子结构等主要参数的设计方法,并制作了实验样机,对样机进行了三维有限元仿真分析和动静态悬浮实验。理论研究和实验结果表明,该型磁轴承转子磁滞损耗小,结构紧凑,控制简单,悬浮性能良好,给出的参数设计方法合理。

异极性永磁偏置径向磁轴承的参数设计与实现

为了克服现有异极性永磁偏置径向磁轴承参数设计的不足,对一种异极性永磁偏置径向磁轴承进行了研究,分析其结构和工作原理。以其为对象提出了一种根据二维有限元仿真结果构建等效磁路,以满足承载力所需的偏置磁场与控制磁场的磁通量为基本目标;并以软磁材料不饱和为约束条件,结合等效磁路,推导出永磁材料和定转子结构的参数设计方法;设计了径向悬浮力400N的原理样机,进行了三维仿真分析和实验验证。结果表明:提出的参数设计方法合理,利用该方法设计的异极性永磁偏置径向磁轴承悬浮性能优良,为其他型永磁偏置磁轴承的研究奠定了基础。

基于精确磁路的永磁偏置轴向径向磁轴承设计

针对永磁偏置轴向径向磁轴承集成度高、结构紧凑、磁场分布不规则、偏置磁场和控制磁场存在耦合的特点,根据二维仿真结果,在精细划分磁轴承漏磁路径和软磁路径的基础上,构建了包括漏磁磁阻和软磁磁阻的精确磁路。利用精确磁路可观测各磁路中的磁通分布的优势,有针对性地调整磁轴承的各结构参数,实现其设计的优化,减少对初步参数的重复有限元仿真。对设计样机进行的三维有限元仿真结果表明:基于精确磁路的永磁偏置轴向径向磁轴承设计正确合理。

MSCMG永磁偏置磁轴承的低功耗控制方法研究

磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)在输出力矩且不计重力引入的功耗时,磁轴承的铜耗与输出力矩的平方成正比。这个问题不仅导致在输出额定力矩时,磁轴承的功耗在总功耗中占有较大的比例,而且最终限制了磁悬浮控制力矩陀螺的最大输出力矩。为解决这一难题,提出了通过控制转子悬浮位置由永磁体提供转矩的方法,并且分析了转子位置变化对输出力矩的影响。通过仿真和实验表明,输出力矩时磁轴承的功耗可降至静浮水平,样机实验表明,输出力矩为21Nm时磁轴承铜耗降为原来的34%。

新型永磁偏置磁轴承的不平衡补偿研究

介绍了新型永磁偏置磁轴承的工作原理,推导了该磁轴承的单自由度数学模型。针对该磁轴承的不平衡振动研究了递归运算和凹陷滤波器两种不平衡补偿方案。仿真结果表明,两种方法均能减小或消除控制电流中的同频分量,有效抑制转子系统的不平衡振动。

永磁偏置磁轴承在线监测系统的研制

在永磁偏置磁轴承(PMB)电机高速旋转时,为了探测PMB转子的工作状态,并且判断PMB系统的运行是否正常,在线监测系统的研制是非常必要的。在线监测系统的构造是基于一台PC和虚拟仪器技术,由三部分组成:设计一个数据采集平台去采集PMB系统运行时那些必要的和有用的数据;对采集的数据进行时域、频域分析;将采集的数据进行在线存储,以便通过离线分析改进控制器的设计,确保PMB系统工作的可靠性。实验结果表明,系统工作可靠。

永磁偏置轴向磁轴承的磁悬浮机理与有限元分析

研究了一种永磁偏置轴向磁轴承,分析了结构和工作原理;利用等效磁路法进行分析,提出了利用控制磁通漏磁系数来计算内外磁极面积的方法,得出了轴向悬浮力的数学模型,并对数学模型进行了线性化处理,得出其位移刚度和电流刚度。给出了主要参数的设计方法,给出了样机参数,用有限元对样机进行了电磁场仿真验算。理论研究和仿真分析表明:该永磁偏置轴向磁轴承结构紧凑,控制方便;参数设计方法合理准确,消除了该型磁轴承由于结构原因所导致的内外轴向气隙磁密的差异。

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。

新型结构永磁偏置轴向磁轴承研究

研究了一种新型结构的永磁偏置轴向磁轴承,分析其结构和工作原理;利用等效磁路法推导出该型磁轴承的承载力、电流刚度以及位移刚度的数学表达式;给出了包括磁极面积、控制绕组及定转子结构等主要参数的设计和计算方法,利用有限元软件对设计结果进行了三维仿真分析,理论分析和仿真结果表明:该型磁轴承结构紧凑、控制方便,适用于高速低功耗的场合。

永磁式磁轴承的被动悬浮和主动悬浮问题研究

以磁轴承为研究对象 ,在论述磁轴承结构特点的基础上 ,介绍了该磁轴承试验模型的工作原理和系统组成 ,推导了其动力学模型。最后对磁轴承的被动悬浮特性进行了分析 ,对其主动悬浮控制系统进行了设计 ,给出了实验结果。

八磁极永磁偏置径向磁轴承磁悬浮机理研究

研究了一种永磁偏置径向磁轴承,该磁轴承结构简单、控制方便,偏置永磁体采用嵌入式,装在控制线圈之间,磁路完全在轴承内部闭合,漏磁较小。研究了其结构,分析了悬浮力产生机理,进行了有限元仿真分析。研究结果表明,该磁轴承控制方便,动静态性能良好,在飞轮储能、超高速电机等领域具有广阔的应用前景。

新型永磁偏置轴向磁轴承的原理分析与参数设计

研究了一种新型结构的永磁偏置轴向磁轴承,分析其结构和工作原理;利用等效磁路法推导出该型磁轴承的承载力、电流刚度以及位移刚度的数学表达式;给出了包括磁极面积、控制绕组及定转子结构等主要参数的设计和计算方法,对设计结果进行了电磁场仿真分析,结果表明:该型磁轴承结构紧凑、控制方便,适用于高速低功耗的场合。

永磁偏置磁轴承混合模糊控制器设计

永磁偏置磁轴承属于一类复杂的控制系统,具有显著的非线性特性,采用一般的线性控制难以达到满意的效果。为此,结合永磁偏置磁轴承的工作特性,采用等效电流法,建立了非线性控制模型,并以该模型为研究对象,综合考虑系统的动态响应特性和无静差的要求,提出了模糊PD与线性位置积分相结合的混合控制策略,并基于模糊控制理论设计了混合模糊控制器。最后,通过仿真实验表明,应用该控制器,永磁偏置磁轴承系统的动静态特性良好,且具备较好的鲁棒性。

永磁偏置磁轴承模糊控制方法研究

本文对永磁偏置磁轴承的模糊控制方法进行了研究,利用Matlab的FUZZY工具箱设计了永磁偏置磁轴承径向自由度变宽三角隶属度函数的模糊控制器,对其输入、模糊化接口、模糊推理、解模糊接口和输出这五个方面进行了较为详细的说明,进行了仿真以及实验,结果验证了模糊控制方法对永磁偏置磁轴承控制的有效性,提高了系统的鲁棒性和抗干扰能力。

一种基于同步转速估算的永磁偏置磁轴承不平衡补偿方法研究

研究了一种应用于永磁偏置磁轴承的基于零电流原则不平衡补偿方法,可以在较宽的转速范围内起作用,转速信号直接通过不平衡驱动补偿信号估算获得。对该方法进行了较为详细的理论分析和仿真,结果表明,该方法在转子高速运转时有效地减小了磁轴承功放的控制电流和转子不平衡振动,转速估算迅速准确,系统的可靠性和稳定性得以提高,为进一步提高磁悬浮转子转速创造了条件。

永磁偏置异极性径向磁轴承性能分析与参数优化

对一种异极性径向磁轴承进行了研究,该型磁轴承由于永磁磁极未有主动控制,导致位移副刚度增大,降低了磁轴承的悬浮性能。对参数进行比较分析,根据比较结果优化设计轴承参数,降低永磁磁极对悬浮性能的影响。设计了径向悬浮力400 N的原理样机,进行了二维仿真分析,结果表明,性能分析正确,参数优化合理,磁轴承悬浮性能优良。