永磁偏置磁悬浮轴承研究

永磁偏置磁悬浮轴承是目前磁悬浮轴承研究中的的一个重要的研究方向。永磁偏置磁轴承系统与纯电磁轴承系统相比,降低了电磁线圈中的工作电流,从而减小了电控系统中的功率放大器及散热片的体积,磁轴承的功率损耗大大降低,所以永磁偏置磁轴承能够用于航空航天以及对磁轴承的体积要求较高的场合。本文做的主要工作如下: 提出了一种新的永磁偏置磁轴承结构,详细介绍其工作原理,并利用等效磁路法建立了该轴承的磁浮力的数学模型,依据此数学模型开发了基于 Matlab 的磁路分析应用程序,分析了各自由度磁悬浮力之间的非线性耦合关系,得出转子在平衡位置附近各自由度之间悬浮力是解耦的结论,从而为控制带来了极大的方便。在以上分析的基础上,推出磁悬浮力的线性化方程,计算了电流刚度和位移刚度,同时提出了这种磁轴承的性能指标公式,为该磁轴承的设计提供了理论依据。 将基于变分原理的有限元方法用于磁轴承的电磁场数值分析,利用 ANSYS 有限元软件对此新型轴承进行三维有限元仿真,很好地验证了磁悬浮机理的正确性。 在已有的结构和理论的基础上,设计了永磁偏置径向磁轴承实验装置,并对磁轴承磁路进行了理论分析和有限元仿真验证,参照仿真结果对结构进行优化,很好地解决了电磁铁磁场分布不均匀的问题。