Mechanical Characteristics of Radial Magnetic Bearing

This paper is based on the example of a radial magnetic bearing possessed of eight-pole, and derives the calculation formulas of static and dynamic mechanical characteristics of the bearing, in which the shape and curvature of surface, eccentricity and tilt of the journal are taken into account. Variations of the static and dynamic characteristics of the radial magnetic bearing versus static tilt parameters of journal are discussed. The outcomes show that the static tilt of the journal has influence on the mechanical characteristics of radial magnetic bearing, and change the static load capacity between two radial magnetic bearings and exert coupling effect between them. To study the dynamics of a practical rotor-magnetic bearing system, at least six stiffness coefficients in each radial magnetic bearing must be considered in ideal case, and twelve stiffness coefficients must be considered in general case of tilting journal. Such a find can be used for the coupled electromechanical dynamics analysis of rotor system equipped with magnetic bearings.

Mechanical Characteristics of a Thrust Magnetic Bearing

Static and dynamic mechanical characteristics of a thrust magnetic bearing are studied owing to the inclination of the runner disk. The application refers to a thrust magnetic bearing for a turbo expander/compressor. The static tilt of the runner disk has remarkable influence on the mechanical characteristics of thrust magnetic bearing, it can change the static load distribution between two radial magnetic bearings and will exert violent coupling effect among a thrust magnetic bearing and two radial magnetic bearings. Such a finding can be used for the coupled electromechanical dynamics analysis of rotor system equipped with magnetic bearings.

Estimation of optimum operating point for thrust magnetic bearing with solid magnet

A carrying capacity-temperature rise analysis model has been established for analysis of the carrying capacity, temperature rise and carrying capacity-temperature rise characteristic of a thrust magnetic bearing with solid magnet. The results indicate that there must be an optimal operating point for the thrust magnetic bearing with solid magnet. The main factors having effect on carrying capacity-temperature rise include static gap and/or ampere-turns. With proper static gap chosen, the bearing can be run near the optimal operating point by adjhusting ampere-turns, thereby optimizing the bearing properties.

STUDY ON THE COUPLED ELECTROMECHANICAL DYNAMICS OF ROTOR SYSTEM EQUIPPED WITH MAGNETIC BEARINGS

The influences of thrust magnetic bearing and journal tilt on dynamiccharacteristics of rotor system are studied mainly. The Outcome shows that the influences ofcoupling effects of thrust magnetic bearing and tilt of journal on critical rotational speeds ofsystem are very large, and the stability of system reduces greatly. That shows it is important thatthe influence of coupling effects of thrust and radial magnetic bearings due to the rotor tiltingmust be considered in the study of rotor-magnetic bearings system dynamic characteristics, and alsoshows it is important that the rotor is mounted and debugged in ideal alignment of magneticbearings.

推力磁轴承的力学特性及其对径向磁轴承的影响

讨论了计入推力盘静态倾斜影响后的推力磁轴承的力学特性，导出了其静、动特性的系数公式，并结合某涡 轮膨胀机的推力磁轴承进行了实例计算。结果表明，推力盘的静态倾斜对推力磁轴承的力学特性产生显著影响， 并改变径向磁轴承的静负荷分配，使得推力磁轴承与径向磁轴承之间产生强烈的耦合作用。该结果可用于５自由 度磁悬浮轴承－转子系统的机电耦合动力学研究。

电磁推力轴承的力学特性研究

文中讨论了计入推力盘静态倾斜影响后的电磁推力轴承的力学特性，导出了其静、动特性的系数公式，并结合某涡轮膨胀机的电磁推力轴承进行了实例计算．结果表明，推力盘的静态倾斜对电磁推力轴承的力学特性将产生显著影响，使得电磁推力轴承对系统中的电磁径向轴承产生强烈的耦合作用．该结果可用于五自由度电磁轴承转子系统的机电耦合的动力学分析．

力耦合特性对混合式磁轴承的影响

针对径向被动、轴向主动的混合式磁轴承(HMB)出现径向、轴向同时失效的现象,从力耦合的角度对其进行分析。将定子等效为两个对称的半圆盘,利用矢量叠加原理,建立了推力轴承的力耦合方程。并针对矢量叠加方式较难显性表述力耦合与刚度之间关系的缺点,将推力轴承等效为两个对称的半圆形轴承,利用轴向力的线性化解析方法,得到了HMB实现稳定悬浮需要满足的前提条件,并进一步得出了HMB的外载荷刚度。利用深沟球轴承的静态受力模型,建立了转轴的运动方程。结果表明,在转轴的运动方程中增加力耦合模型后,仿真分析与实验结果吻合较好。

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。

考虑径向偏移的轴向永磁轴承力学特性分析

两环轴向永磁轴承在工作状态下两环旋转轴线会发生径向偏移,基于分子电流法建立考虑径向偏移的轴向永磁轴承的磁力解析模型,推导出含有四重积分的解析计算式,采用一种近似的数学算法蒙特卡洛法(又称M-C法)求解四重积分,并用实例探讨径向偏移对轴向永磁轴承承载力的影响,结果表明:随偏移量的增加,轴向承载能力降低,径向承载的不稳定性增加;但径向偏移对径向承载能力影响更大,必须采用其他辅助支承使其径向稳定。

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。

一种新型机械整流式转子永磁发电机结构及其电磁特性

为了有效收集利用永磁发电机系统中的往复运动机械能量,提出了一种新型机械整流式转子永磁发电机结构。该结构是在其齿圈转子内部增设行星定轴传动系统,并选择滚珠丝杠作为该发电机的原动机,通过集成于定轴系统中的两个单向轴承的单向锁止作用将输入端的双向直线运动转化为齿圈转子的单向旋转,实现机械整流功能。建立了发电机6极36槽物理模型,采用气隙相对磁导法对该模型在不同机电结构参数和丝杠往复运行工况下的电磁特性进行分析。仿真结果表明:所提发电机效率的变化幅度受永磁体结构参数、中心轮齿数和气隙长度变化的影响在10%以内,效果并不显著;在负载增至30Ω、丝杠往复速度为1 m/s和驱动力为100 N的工况下,所提发电机效率达到最高,接近于80%,且趋于稳定,相比于往复速度、驱动力分别为0.2 m/s、100 N以及1 m/s、500 N的工况,其效率分别提升了约26%、22%,且效率变化幅度受丝杠往复速度比变化减小了7.2%,受往复驱动力比变化减小了21.2%。结果表明,通过增大丝杠往复速度和负载电阻,同时减小其往复驱动力,不仅能够有效提高所提发电机对往复运动机械能量的利用效率,还能减弱丝杠往复速度比和往复驱动力比变化对其效率变化幅度产生的影响。

新型混合径向磁轴承结构及其磁力特性

针对当前永磁偏置径向磁轴承的永磁磁路的磁通密度低,磁力小,缺乏自稳定的问题,提出一种应用于立式轴流泵的新型混合径向磁轴承结构.应用分子电流法及虚位移定理建立新型混合径向磁轴承承载力的非线性模型及其线性化方程,分析得出新型径向混合磁悬浮轴承在径向某个自由度上具有自稳定的特点,且永磁轴承可以减小系统总的位移负刚度.研究结果表明,采用Halbach阵列结构后,混合磁轴承气隙的磁通密得到很大提高.电流刚度和位移刚度与平衡点的初始电流及初始间隙密切相关,在平衡位置附近电流刚度和位移刚度呈线性变化,当气隙增大时仍保持较好的线性度,而当气隙减小时呈现一定的非线性特性.

实心磁铁推力磁轴承最佳工作点求解方法

力和温升是影响实心磁铁推力磁轴承工作性能的主要因素。本文建立了实心磁铁推力磁轴承承载力 温升分析模型。通过一个应用实例的计算 ,对系统承载力、温升及力 温升特性进行了分析。结果表明 :实心磁铁推力磁轴承存在最佳工作点 ,影响轴承承载力 温升特性的主要因素是静态气隙和绕组安匝数 ,且对静态气隙更敏感。选定了适当的静态气隙后 ,可以通过调整安匝数使轴承运行在最佳工作点附近 ,从而实现了轴承性能优化。

径向轴向联合定位电磁轴承自回复特性分析

以用于圆盘转子的径向轴向联合定位电磁轴承为研究对象,分析了在转子受到扰动偏离平衡位置后的电磁轴承的回复特性.结果表明,在沿轴向偏移的情况下径向电磁轴承将产生回复力,在绕直径偏转情况下径向电磁轴承将产生回复力矩,使盘状转子向其平衡位置移动,具有一定的自回复特性.分析计算了回复力和回复力矩及其刚度特性,结果表明在小范围内,该电磁轴承具有良好的自动回复特性,这对将径向轴向联动定位电磁轴承用于星载有效载荷轴系支撑的研究和应用具有一定的指导意义.

基于ANSYS的径向永磁轴承承载特性研究

文章介绍了径向永磁轴承的特点及结构分类,分析了影响径向永磁轴承承载特性的因素,然后对构成径向永磁轴承的磁环的装配和磁化方向进行了分析,最后利用ANSYS软件通过理论计算对轴向磁化径向永磁轴承承载特性进行了研究,为径向永磁轴承的工程应用提供了依据。

径轴向永磁轴承的承载特性分析

径轴向组合永磁轴承在结构上更紧凑,可同时承受径向载荷以及轴向载荷。为分析径轴向组合永磁轴承的承载特性,对磁环间的磁力进行求解,建立了基于分子电流法的组合永磁轴承的磁力解析模型,利用积分定义法求解了磁力模型,以分析组合永磁轴承的径向和轴向的力学特性。结果表明该组合永磁轴承相较于传统单一承载的磁轴承来说,径向力学性能和轴向力学性能较好,在发生较小的径向位移与轴向位移时仍可以满足承载的要求。

多孔质静压径向气磁轴承结构设计及静态特性分析

针对高速电机支承需求,结合磁悬浮和气悬浮两种支承技术的优势,提出了一种新型多孔质静压径向气磁轴承结构。根据多孔质静压径向气磁轴承的组成和工作机理,推导出其相关的气体压力、磁力数学模型,并通过静态仿真分析磁力、流场的规律特性。

造纸废水处理中两类悬浮鼓风机的性能对比

随着国家节能减排和造纸企业精细化管理要求,越来越多造纸工业废水处理站都在寻求新的工艺和装备实施节能降耗、提质增效,应用更节能的新式鼓风机替换传统鼓风机成为必然趋势。空气悬浮鼓风机和磁悬浮鼓风机作为目前市场最节能高效的鼓风机,备受欢迎。在选择鼓风机时具体选择磁悬浮还是空气悬浮鼓风机,存在举棋不定。

高功率密度船用永磁推力轴承及承载特性研究

针对船舶推进系统动力装备的迫切应用需求,提出了一种多层嵌套型船用永磁推力轴承,基于ANSYS Workbench对其承载特性进行了研究。结果表明:多层嵌套型永磁推力轴承具有较高的磁场利用率,能够解决现有永磁推力轴承轴向位移大、结构尺寸大、承载能力弱等突出问题。探索了一种八层嵌套五极交叉堆叠的磁路结构,并采用了模块化的结构设计思想,设计了1 000 kN级船用永磁推力轴承,为高功率密度船用永磁推力轴承设计提供了参考。

拼接永磁支承的优化设计

南极超低温的环境使得接触式机械轴承的性能受到严重影响,而具有低功耗、无机械接触摩擦等优点的磁悬浮轴承非常适合这种环境。选取32块扇形永磁体拼接成定子永磁圈,将转子永磁体分别设计为圆形、六边形、扇形及四边形结构,通过仿真分别得出永磁支承的悬浮力及波动率。最后,对扇形转子和四边形转子两种结构进行实验测量。实验结果表明:相对于扇形转子,四边形转子结构的承载能力相近,但稳定性显著提高。