高温超导磁悬浮径向轴承的刚度特性仿真分析

刚度特性体现了超导磁悬浮轴承的稳定性,是高温超导磁悬浮径向轴承整体性能的主要评价指标之一。为探索刚度特性更优的径向轴承结构,笔者通过COMSOL软件对3种不同类型的径向轴承进行仿真设计,对比、分析不同结构的径向轴承的电磁特性,进而分析受力情况与刚度特性。结果表明,厚度较大、结构均匀的永磁体的径向轴承周围磁通密度更大,磁场梯度更强,刚度特性更优,在后续设计中可采用这种结构的径向轴承。

磁悬浮径向轴承振荡电磁力控制仿真研究

针对传统方法无法实现对磁悬浮径向轴承振荡电磁力的有效控制,存在控制偏差较大、响应效率过低等问题,提出了一种高效的振荡电磁力自动控制方法。磁悬浮径向轴承电磁力系统由电学系统和力学系统构成,通过差动控制法实现转子的稳定悬浮,利用模糊规则对比例系数、积分作用系数、微分作用系数约束,使其可以在任意时刻下实现自调整,确保轴承时刻保持稳定的运行状态。通过仿真验证,所提方法具有理想的响应效率和控制精度,满足磁悬浮轴承运行需求,避免了振荡较大情况的发生。

一种磁悬浮径向轴承内部电磁力自动控制方法

传统的径向磁轴承内部的电励磁磁路存在耦合缺陷,导致径向磁轴承的运行稳定性偏低。针对这一问题,提出一种磁悬浮径向轴承内部电磁力自动控制方法。在分析轴承内部结构的基础上,根据等效磁路理论构建磁轴承模型,从而得到其内部的电流刚度及位移刚度。为有效避免磁轴承发生偏移,采用有限元法降低定子磁极对转子的干扰力矩,并利用磁轴承定子转矩生成的陀螺力矩和重力运算获取系统各个参数值。最后,运用解耦控制法对输出与控制变量实施解耦,消除耦合现象,达到最优控制效果。实验结果表明:磁悬浮径向轴承内部电磁力自动控制方法具有较高的准确性和鲁棒性,能够实现对轴承内部电磁力的有效控制。

高温超导磁悬浮径向轴承悬浮特性分析

高温超导磁悬浮轴承凭借无源自稳定的优良特性,在飞轮储能系统中拥有巨大的应用潜能,其主要结构由高温超导定子和永磁转子组成。而轴承的悬浮特性直接决定飞轮转子的设计和飞轮储能系统的容量大小。本文基于磁通冻结镜像法的思想,对高温超导径向磁悬浮轴承的悬浮特性进行分析,并对轴承轴向/径向悬浮力和刚度参数进行计算。结果表明:轴承的悬浮力和刚度随着初始径向位置、径向位移和轴向位移的变化而变化;在相同的位移条件和研究的位移范围内,径向悬浮力/刚度皆大于轴向的情况,且两者相差约一个数量级。

新结构混合型径向磁悬浮轴承

介绍了一种混合型径向磁悬浮轴承的结构及工作原理。该混合型径向磁悬浮轴承为同极性结构,可降低转子旋转时产生的磁滞损耗,因此转子可采用实心结构,从而可以承受更高的转速。利用等效磁路法推导了其悬浮力、控制电流及转子位移之间的函数关系,并通过有限元仿真和实验验证了其工作原理的正确性。它能够实现转子在0～10 000r/min的稳定悬浮。

基于磁通量计算的混合型轴向–径向磁悬浮轴承参数设计

混合型轴向–径向磁悬浮轴承集轴向磁悬浮轴承与径向磁悬浮轴承于一体,应用于磁悬浮系统可降低系统功耗,减小体积与重量,但其结构及内部磁场分布复杂,参数设计的难度较大。该文提出一种基于磁通量计算的参数设计方法,计算出要达到设计承载力所需的偏置磁场与控制磁场的磁通量,建立起软磁材料内部磁场磁通密度与软磁材料结构参数之间的函数关系,从而计算出软磁材料的结构参数值,使其内部磁场磁通密度不超过其磁化曲线线性区间。利用有限元仿真验证了该设计方法的合理性与正确性。给出了转速为20000r/min时转轴的轴向与径向位移及磁悬浮轴承控制电流的波形。实验结果表明,基于所提方法设计出的混合型轴向–径向磁悬浮轴承具有良好的悬浮特性。

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。

基于果蝇优化算法的主动径向磁悬浮轴承多变量多目标优化设计

果蝇优化算法(Fruit Fly Optimization Algorithm,FOA)是一类新型全局优化算法。本文尝试将FOA引进到高速电机用RMB的优化设计中,以达到提高其高速电机性能指标的目的。

基于精确磁路的新型混合型轴向-径向磁悬浮轴承研究

该文基于一种实心同极性轴向-径向磁悬浮轴承结构,其具有磁场分布均匀、轴向空间较小的优点。针对该新型混合型轴向-径向磁悬浮轴承结构紧凑、磁场分布复杂等特点,结合有限元二维仿真结果,建立考虑漏磁的精确磁路模型。根据磁路模型,计算该结构的气隙磁通密度、刚度和承载力,并与有限元仿真进行对比,仿真与计算结果基本一致。实验结果表明转子能够在较高转速下实现稳定悬浮,验证了该结构的可行性。

径向磁悬浮轴承参数不确定控制的研究

研究了基于状态空间算法的径向磁悬浮轴承参数不确定H∞ 控制 ,将磁悬浮轴承的位移和速度变量直接反馈 ,设计了H∞ 状态反馈控制器 ,解决了轴向重载磁悬浮轴承系统中的关联不确定性问题。仿真结果表明 ,在所考虑的参数不确定范围内控制系统具有鲁棒稳定性。

径向高温超导磁悬浮轴承的端部效应分析

针对径向高温超导磁悬浮轴承轴向尺寸有限引起的端部效应会影响其轴向悬浮特性,提出一种基于H公式的二维有限元建模方法,对径向高温超导磁悬浮轴承的端部效应进行分析。首先,通过实验测试验证提出的有限元建模方法;然后,分别建立具有不同尺寸定、转子的径向高温超导磁悬浮轴承有限元模型;最后,得到不同尺寸的超导定子与不同极数的永磁转子下轴向悬浮力与位移的关系。结果表明,由于端部效应,随着超导定子分块数量的增加,轴向悬浮特性不断恶化;随着永磁转子极数的增加,轴向悬浮力最大值先提高后降低,最终趋于永磁转子无限长时的轴向悬浮力最大值。

径向磁悬浮轴承铁损特性研究

为了准确计算主动式磁悬浮轴承的铁损值,首先采用电磁仿真软件Ansoft Maxwell对在交变磁通条件下的径向磁悬浮轴承的铁损耗进行计算与分析,探究了铁损耗的构成和影响因素,揭示了铁损耗、磁滞损耗和涡流损耗随频率及磁感应强度的变化规律.然后通过实验获取了定转子铁芯所用硅钢片的损耗特性,采用最小二乘法拟合各项损耗系数并分析得到损耗系数随频率的分布规律.最后将实验结果和经典的Bertotti铁损分离理论相结合对磁悬浮轴承铁损耗进行分析,验证了有限元法对磁悬浮轴承铁损规律分析的正确性,研究结果可以为磁悬浮轴承损耗问题的分析提供指导.

飞轮储能用径向磁悬浮轴承结构优化设计

为了提高磁轴承的承载力,同时考虑损耗、临界转速、控制刚度等问题,应对磁轴承的结构尺寸进行最优设计。本文将果蝇优化算法引进到飞轮储能用径向磁悬浮轴承的优化设计中,以尺寸参数为优化变量,以承载力、体积和轴向长度为优化目标,对径向磁悬浮轴承进行多目标优化。通过优化,径向磁悬浮轴承的承载力提高了50%,轴向长度和体积分别减小了30.6%和19.3%。结果表明,本文设计的优化算法简单有效,减小了优化工作量,具有普遍适用性。

集成式径向磁轴承用差动位移传感器的设计

介绍了差动位移传感器的工作原理,在此基础上,提出了一种集成式径向磁轴承专用传感器的结构,给出了基于AD598芯片为核心的位移信号处理电路设计方法,并试验了单自由度的静态性能以及同结构双自由度间信号耦合的静态性能分析。结果表明:文中介绍的集成式径向差动位移传感器的性能可以满足磁悬浮系统工作的要求。

径向磁悬浮轴承的结构设计和数值模拟

提出了一种通用型、系统化的径向磁悬浮轴承定子、转子结构设计和电感、温升校核方法,并给出了设计实例。基于Ansys Maxwell软件,对二维静态场下的实例模型进行了电磁场数值模拟,分析了漏磁、非线性磁导率、磁饱和、边缘效应的影响,进一步验证了设计方法的合理性和准确性。结果表明,磁场分布和承载力都符合设计要求,磁力和气隙磁通密度在I≤4A时线性解、非线性解之差的百分比基本都在5%之内,平均百分比分别为2.52%和3.44%。

径向磁悬浮轴承温度场数值仿真及实验分析

径向磁悬浮轴承工作时会产生铜损和铁损,损耗发热进而导致设备温升,温度过高会影响旋转机械转子系统的动态性能,降低其可靠性。针对以上问题,采用磁热耦合的分析方法,将瞬态电磁场分析的损耗结果导入到径向磁悬浮轴承热仿真模型,并进行温度场求解;然后通过搭建实验平台,测试磁悬浮轴承的温升,并将仿真与实验数据对比。结果表明该方法有效,为磁悬浮轴承的温升分析和控制提供一定参考。