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。

一种磁悬浮开关磁阻电机用轴向径向磁轴承

为了克服现有永磁偏置轴向径向磁轴承的缺陷,研究了一种新型结构的磁悬浮开关磁阻电机用永磁偏置轴向径向磁轴承.分析其结构及工作原理,利用等效磁路法进行分析,得出了轴向悬浮力及径向悬浮力的数学模型,并对数学模型进行了线性化处理,得出了其轴向、径向位移刚度和电流刚度.给出了磁极面积、控制线圈安匝数、定转子结构等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三维仿真分析.理论研究和仿真分析表明:该永磁偏置轴向径向磁轴承结构紧凑,轴向控制磁通和径向控制磁通彼此解耦,控制更加容易,适用于高速、低功耗等场合.

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。

短转子永磁偏置轴向径向磁轴承耦合特性分析

永磁偏置轴向径向磁轴承能够实现转子的三自由度悬浮,结构紧凑、功耗低,但3个自由度之间易耦合。对一种短转子永磁偏置轴向径向磁轴承进行了研究,它的轴向定子位于径向定子之上,为短转子结构。根据二维仿真结果进行等效磁路分析,对径向控制磁路进行解耦分析,设计径向力为400 N的磁轴承进行三维有限元仿真分。并通过三维网格图对轴向径向悬浮力进行耦合分析。研究结果表明,在平衡位置附近,轴向径向间彼此解耦,悬浮性能优良。

新型小径向/轴向刚度比的橡胶节点设计

为满足高速动车组电机悬挂要求,文章设计了一种新型小径向/轴向刚度比(径向刚度与轴向刚度比值)的橡胶节点,并通过有限元仿真分析、静刚度试验、疲劳试验及装车试验进行了验证。结果表明,这种结构的橡胶节点符合技术要求,且其预压缩简单有效,刚度范围可调,抗疲劳性能良好,具有良好的高温耐受性,满足电机运行环境的要求。

寒区隧道轴向及径向温度分布理论解

考虑与隧道纵向深度及时间相关的非齐次对流边界条件,建立寒区圆形隧道传热模型,利用叠加原理及贝塞尔特征函数的正交及展开定理,得到了寒区隧道围岩径向温度的理论解.利用能量守恒法及经验公式法求得寒区隧道洞内气体年平均气温及年温度振幅沿隧道轴向随时间变化的解析表达式,并得出年平均温度在隧道轴线方向呈指数增长,而年温度振幅呈负指数增长.将隧道围岩轴向和径向温度场理论计算结果与实测值进行比较,两者吻合得非常好.在确定洞口外气温分布规律、风速及围岩的热物性参数后,通过围岩轴向及径向温度场理论解便可计算隧道洞内及围岩温度分布规律,并确定寒区隧道防寒保暖段的设防长度.同时,该解析法可用于验证其他数值方法的计算结果,也便于工程设计人员和施工人员对同类寒区隧道温度场的计算,因而具有一定的工程应用价值.

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。

逆变器驱动对三极径向–轴向混合磁轴承径向承载力的影响

三极径向–轴向混合磁轴承径向采用三相功率逆变器驱动,具有成本低、体积小、功耗低的优点。但由于逆变器三相电流和为零的条件以及三极磁轴承的自身结构特点,使逆变器驱动对磁轴承的径向承载力产生一些影响。该文首先介绍了三极径向–轴向混合磁轴承的结构与工作原理,建立气隙中磁通的数学模型,然后根据数学模型分析直角坐标轴各方向产生最大悬浮力的条件,并得到了各个方向最大悬浮力公式,采用有限元分析软件ANSOFT进行仿真分析,并进行实验验证,仿真、实验结果与分析结果一致。得出的结论对三极磁轴承的设计、安装和控制具有指导性意义。

轴向组合式小径向/轴向刚度比橡胶球铰结构介绍

以一种地铁车辆用转臂定位节点为例,介绍了一种轴向组合式橡胶-金属球铰结构,此种结构的特点是径向/轴向刚度比小,橡胶预压缩简单可靠,刚度调节范围广,疲劳可靠性好。

人工林尾巨桉原木内部轴向残余应变径向分布

采用"中心板锯割法"结合"应变片法"对人工林尾巨桉原木内部轴向残余应变径向分布进行测试和研究。结果表明:原木内部轴向残余应变径向上分布沿髓心的对称性较好,在靠近树皮处为拉应变,向髓心方向拉应变逐渐减小,到某个树干半径后减为0,随即转变为压应变,向髓心方向压应变逐渐增大,径向分布的回归方程为:y=-21.075x2+4.5297x+890.75(r=0.87),在0.01水平相关性极显著,拉应变向压应变转变的树干半径为0.681R;在不同原木高度上内部轴向残余应变的径向分布模式相似,回归曲线相关性均在0.01水平极显著,但随着原木高度的增加相关性下降;原木直径影响内部轴向残余应变径向分布曲线的变化梯度,直径越小,曲线越陡峭。本研究提出原木直径对内部轴向残余应变径向变化梯度的影响具有一个临界值的观点,原木直径小于这个临界值时,随着直径的减小,内部轴向残余应变径向分布的变化梯度显著增大,对于本研究中的尾巨桉,原木直径的临界值为19.9cm。

轴向与径向伸缩式成型鼓槽凸轮曲线设计方法

以一种大伸缩比轴向与径向伸缩式成型鼓为对象,在系统分析其结构与工作原理的基础上,建立驱动内、外瓦鼓肩连杆机构的运动学模型,分析并归纳了内、外瓦鼓肩在伸缩运动中需满足的基本要求;运用机构运动倒置的方法,通过选取内瓦鼓肩为假想机架,将与主连杆固联的槽凸轮曲线设计转化为变速转动的盘形凸轮廓线设计问题.分析并确定机构的基本参数和从动件运动规律,进而建立摆动滚子从动件变速转动槽凸轮机构数学模型,推导槽凸轮曲线方程.最后结合算例验证了设计方法的有效性.文中提出的建模与设计方法可为大伸缩比成型鼓凸轮曲线设计提供一种新的思路.

交流径向-轴向六极混合磁轴承结构及其悬浮力特性分析

为降低三极混合磁轴承径向悬浮力的非线性并进一步降低磁轴承的功耗和成本,提出一种交流径向–轴向六极混合磁轴承。首先介绍交流径向?轴向六极混合磁轴承的结构和工作原理,推导其径向、轴向悬浮力的数学模型;其次,根据数学模型重点分析径向悬浮力线性度及耦合特性,利用有限元分析软件分别对其径向、轴向悬浮力进行仿真分析验证,并与三极混合磁轴承作相关参数对比。最后构建实验平台进行悬浮和扰动测试。研究结果表明:交流径向?轴向六极混合磁轴承径向悬浮力模型可等效为线性模型;轴向位移产生的磁阻力能将转子稳定悬浮于轴向平衡位置。

逆变器驱动式六极径向-轴向混合磁轴承结构原理及性能分析

针对三极磁轴承结构不对称及其三相电流之和必须为零的限制所导致的悬浮力和控制电流之间存在非线性、强耦合的问题,本文提出了在空间上对称分布的六极磁轴承,并对其结构原理及性能展开研究。首先,介绍了逆变器驱动式六极径向-轴向混合磁轴承的结构和工作原理,采用等效磁路法推导出数学模型;其次,通过理论分析和有限元仿真分别得出三极结构与六极结构的力-电流特性、最大承载力,并对结果进行对比分析;最后,实验研究表明:相比于三极结构,六极结构的悬浮力和控制电流之间的非线性得到了明显的改善,最大承载力提高16%,验证了理论分析的正确性。

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。

汽轮发电机转子轴向-径向通风冷却系统流动特性研究

介绍二极1000MW级火电发电机转子以及四极1000MW级核电发电机转子轴向-径向通风冷却系统主要情况。轴向-径向通风系统是大型汽轮发电机中应用较广的一种通风方式。在该类通风系统中,气隙的流场分布及转子各风道的流量分配直接影响其通风冷却效果。采用数值模拟方法对转子轴向-径向通风冷却系统流动特性进行研究,得到了气隙的流场分布、轴径向速度分布以及转子各风道的流量分配规律。研究结果对汽轮发电机转子轴向-径向通风系统的设计及优化具有指导意义。

径向-轴向复合气隙外转子永磁电动机的新型磁路研究

基于永磁材料本身磁导率低的特点,通过变换铁心结构获得低磁阻磁路,达到提高外转子永磁电动机功率密度的目标。运用Magnet软件对现有表贴式永磁电动机磁路进行静磁场分析,验证了相邻永磁体互为对方磁路中的大磁阻及漏磁大的缺陷。通过比较永磁材料、铁心材料和空气的磁导率特性,创新设计了一款径向-轴向复合气隙磁路的外转子永磁电动机。用Magnet软件对创新结构进行了对比静态磁场仿真,将气隙处的磁通量密度显著提高了20%。该结构如获得应用,则能提高外转子永磁电动机的功率密度,且能实现外转子永磁电动机目标应用对象的轻量化。

永磁偏置径向轴向磁轴承的H_∞控制研究

为了改善磁轴承的控制性能,提高磁轴承的稳定性和抗干扰能力,提出了运用H∞控制方法对一种新型永磁偏置径向轴向磁轴承的悬浮进行控制,并运用Matlab软件对整个磁轴承系统进行仿真实验.和传统的PID控制方法相比较,H∞控制方法显示出其优越性.

基于Simscape物理模型的径向-轴向混合磁轴承偏置磁场耦合分析

为探究径向-轴向混合磁轴承偏置磁场耦合效应,分析典型径向-轴向混合磁轴承的基本结构和承载力模型,然后基于Simscape参数化建模优势,建立了其Simscape物理模型;通过对比仿真结果与理论值验证了模型的准确性,最后通过修改径向和轴向偏移量,分析了各气隙位置偏置磁通密度的变化规律。结果表明:随着径向偏移量增加,与之垂直的径向方向偏置磁通密度显著减小,轴向偏置磁通密度略有增大,径向相互耦合作用较强;随着轴向偏移量增加,径向两个方向偏置磁通密度均略有增加;可为径向-轴向混合磁轴承的结构优化及转子振动控制提供参考。

轴向槽动压滑动轴承非线性油膜力解析模型

本文中提出了一种求解流体润滑轴向槽径向滑动轴承非线性油膜力的解析模型.采用油膜气穴边界条件,基于Sturm-Liouville理论,求解了非线性油膜的压力分布.为了便于求解油膜动压润滑的Reynolds方程,将油膜压力函数分解为特解和通解相加的形式,润滑油膜的破裂位置通过连续性条件确定.运用分离变量法,将特解的压力分布分解为周向分离函数和轴向分离函数相加的形式,周向分离函数运用Sommerfeld变换求解.将通解的压力分布分解为周向分离函数和轴向分离函数相乘的形式.采用变量代换,将周向分离函数方程转化为Sturm-Liouville型方程,根据边界条件求得本征值和本征函数系,进而得到通解的周向压力分布;通过求解微分方程,得出轴向分离函数为含本征值的双曲正切函数.在油膜完备区域,对油膜压力分布的解析表达式进行积分,从而求得有限宽轴向槽径向滑动轴承非线性油膜力.计算结果表明:本文中提出的方法和有限差分法的结果吻合得较好,验证了本文中所提出解析模型的正确有效性.

冲击激励下轴线失准转子-磁轴承系统不对中定量研究

为研究和识别转子系统在轴承处发生的平行角度混合不对中,提出一种频谱辨识转子-磁轴承系统固有不对中量大小的方法.采用动量矩定理将圆盘不平衡力对转轴的影响等效到转子轴向力上,建立考虑轴向径向耦合效应的刚性双偏置圆盘转子-磁轴承系统的动力学模型;通过SIMULINK仿真得到系统时域下的位移和电流响应,分析不对中条件下转子系统动力学特性,并利用快速傅里叶变换将时域响应转换为频域响应,基于频域下最小二乘算法得到转子系统不对中量大小.结果表明:在冲击激励影响条件下,采用该方法计算的不对中量大小误差均在5.0%以内,当转子受到外界扰动力时,该算法能够准确定量识别转子的不对中量,可为不对中转子-磁轴承系统故障诊断及自修复提供理论参考.