论文总字数：13385字

摘 要

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 永磁偏置磁悬浮轴承（混合型）的国内外研究现状 2

1.2.1 永磁偏置磁轴承在国外的发展状况 2

1.2.2 国内磁轴承发展状况 2

第2章 永磁偏置磁悬浮轴承（三自由度）的结构及原理 3

2.1永磁偏置三自由度磁悬浮轴承的基本结构 3

2.2永磁偏置三自由度磁悬浮轴承的工作原理 3

2.2.1 轴向的工作原理 4

2.2.2 径向的工作原理 4

第3章 经典轴向-径向磁悬浮轴承的拓扑结构分析 5

3.1并排结构的轴向-径向磁轴承 5

图3.1 并排结构的永磁偏置三自由度轴承 5

3.2对称结构的轴向-径向磁轴承 5

3.2.1 经典对称结构的轴向-径向磁轴承 6

图3.2.1 对称结构的永磁偏置三自由度磁悬浮轴承 6

3.2.2 改进的对称结构轴向-径向磁轴承 7

图3.2.2 改进的对称结构三自由度轴向-径向磁悬浮轴承 7

3.3一种三极性永磁偏置轴向-径向磁轴承 7

图3.3 一种新型三极性三自由度磁悬浮轴承模型 8

第4章 永磁偏置三自由度轴向-径向磁悬浮轴承的优化 9

4.1 选取的轴向-径向磁悬浮轴承拓扑结构分析 9

图4.1 一种轴向-径向磁悬浮轴承拓扑结构 9

4.2 以体积优化为目标进行的参数设计 9

4.2.1 径向磁极参数设计 10

4.2.2 定子中的磁轭参数设计 10

4.2.3 其他重要部位参数设计 11

4.3 以体积最小为目标所进行的参数优化 12

4.4 本章小结 12

第五章 永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承的有限元仿真 13

图5.1 三维有限元模型 13

图5.2 偏置磁场分布 14

5.1 偏置磁场的仿真分析 14

图5.1.1 永磁偏置磁悬浮轴承轴向气隙和径向气隙中的偏置磁场磁通密度 14

图5.1.2 偏置磁场在永磁材料中性面处的磁通密度 15

图5.1.3 偏置磁场在磁悬浮轴承定子圆盘中的磁通密度 15

图5.1.4 偏置磁场在磁悬浮轴承定子套筒中的磁通密度 15

5.2 控制磁场轴向的仿真与分析 16

图5.2.1 磁轴承轴向气隙中的磁通密度 16

图5.2.2 磁通密度在定子套筒中的变化 16

图5.2.3 磁通密度在轴承定子圆盘中轴向控制磁场的变化 17

5.3 径向控制磁场的仿真与分析 17

图5.3.1 永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承控制磁场在径向气隙中的磁通密度 17

图5.3.2 永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承控制磁场在定子磁轭中的磁通密度 17

5.4 有限元仿真的结论 18

第六章 全文总结与展望 20

6.1 全文总结 20

6.2 对今后研究的展望 20

参考文献 25

飞轮储能用永磁偏置三自由度磁悬浮轴承设计

摘要

本文根据之前已经存在的磁轴承结构，进行了一种新型永磁偏置轴向—径向磁悬浮轴承设计，这个设计主要是用于飞轮储能。集轴向、径向于一体的磁悬浮轴承呢，就是本文所讨论的轴承种类，即轴向-径向磁悬浮轴承，其实也就是所谓的三自由度轴承。为什么说是三自由度轴承呢，是因为这种轴承对于单轴向或者单径向轴承的优点是能够在三个自由度实现控制。再在多个拓扑结构中选出几种进行比对，产生一个相对最优的进行设计。并且在选的这几种结构中进行了原理的解释，还有以体积为目标的参数优化，并且进行了有限元仿真，最后对永磁偏置轴向径向磁悬浮轴承的日后发展进行了展望。

关键词：飞轮储能 永磁偏置 磁悬浮轴承

Abstract

In this paper, a new type of permanent magnet biased axial-radial magnetic bearing is designed, which is mainly used for flywheel energy storage. Axial and radial magnetic bearings are called axial-radial magnetic bearings, which can be controlled in three degrees of freedom. Then several kinds of topologies are selected for comparison to produce a relatively optimal design. The principle of these structures is explained,but then several and the parameters are optimized with volume as the objective. The finite element simulation is carried out. Finally, the big and perfect future development of biased axial radial magnetic bearing is prospected.

Key words：Flywheel Energy Storage Permanent Magnet Bias magnetic bearing

第一章 绪论

1.1 引言

中国国内来说，我们呢，近几年来说对高级、精密的轴承的需求越来越多。在军工、航天等特殊领域，高速、高精度等，实现可控制、可靠的旋转机械具有重要的现实意义。[1]我们所说的磁悬浮轴承呢，它的英文缩写通常用AMB代替，它是一种利用磁力将转子悬浮，从而减少摩擦，使得轴承能够长时间、低损耗旋转的优良技术。该系统减少了转子与定子之间的机械摩擦，与传统的机械轴承相比，磁悬浮轴承具有不可比拟的优点，例如能源利用率高、噪音低、能耗低，无机械磨损，无需添加润滑剂，无污染，使用寿命长，转子能高速运转等。[2]比较完善的应用性能还有我国未来磁轴承的发展潜力正受到世界其他发达国家的广泛关注。

磁悬浮轴承的分类方法很多，其中悬浮力是基础，其产生机制不同，可分为主动型、被动型和混合型，混合型磁轴承，利用永磁材料的偏磁场建立混合磁轴承，又称永磁偏磁轴承，永磁偏置磁悬浮轴承除了具有一般磁悬浮轴承的优点外，还具有许多优点。[4]在这点以外，我们使用的磁轴承可以使轴承的功率损失在很大程度上减少，并且支路被减少。保持机组承载能力所需的体积和重量。

飞轮储能技术是一种新型的储能技术。所谓飞轮储能，就是用一个飞轮与电机相连，在储能的时候将电能转化为飞轮的动能，通过发电使飞轮持续旋转，实现了能量性质的转化从而实现能量的存储，而当需要释放能量时，就将飞轮的动能重新转化为电能，让正在旋转的飞轮带动一个发电机，通过调整电压、频率等参数接入电路。[5]

有上文可知。飞轮储能的储能量大小、能量损耗是否严重，和支撑飞轮的轴承有着密不可分的联系。若轴承摩擦力大，则飞轮储能的能量消耗就会增加。在电动汽车的储能环节中，有可能造成长时间不适用飞轮电池导致飞轮停转，电能消耗殆尽的情况。而如果轴

请支付后下载全文，论文总字数：13385字