论文总字数：15834字

摘 要

磁轴承在现代工业中的地位越来越高，磁轴承的研究也已经得到各国的重视。为了减小磁轴承的体积，我们需要深入的研究磁轴承各个参数。本文针对选三自由度双磁极面混合磁轴承进行深入的研究。

本文主要研究磁轴承的结构和原理，同时以磁路法来设计磁轴承的参数并得到最终的设计值。基于这些参数运用有限元分析软件ANSYS进行仿真分析。研究结果表明,用这种参数设计方法设计的磁路结构与磁轴承机械结构十分正确合理,在性能方面也符合要求。

关键词:磁轴承;结构;磁路法;参数设计;有限元法

Abstract

Magnetic bearing is becoming more and more important in modern industry, and the research of magnetic bearing has been paid attention to by many countries. In order to reduce the size of the magnetic bearing, we need to study the parameters of the magnetic bearing deeply. This paper made a deep research for the election of the three degree of freedom hybrid magnetic bearing double magnetic pole.

In this paper, the structure and principle of magnetic bearing are studied, and the parameters of magnetic bearing are designed by magnetic circuit method, and the final design value is obtained. Based on these parameters, the finite element analysis software ANSYS is used for simulation analysis. The results show that the magnetic circuit structure and the magnetic bearing mechanical structure designed by this method are quite correct and reasonable, and the performance of the magnetic bearing is also in line with the requirements.

Keywords: magnetic bearing , structure, Magnetic circuit method ,Parameter design , finite element method

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 磁悬浮轴承概述 1

1.2 国际上磁轴承的研究 1

1.3 磁轴承分类及应用 2

1.4 本文的主要研究内容 2

第二章 三自由度双磁极面混合磁轴承结构和工作原理 4

2.1 混合磁轴承简介 4

2.1.1 混合磁轴承的特点 4

2.1.2 混合磁轴承的优越性 4

2.2 三自由度双磁极面混合磁轴承研究 4

2.2.1 三自由度双磁极面混合磁轴的结构 4

2.2.2 三自由度双磁极面混合磁轴原理分析 5

2.3 本章小结 6

第三章 三自由度双磁极面混合磁轴承的结构参数的设计 7

3.1 磁路简介 7

3.1.1 磁路的基本定律 7

3.1.2 磁路的简化与计算 10

3.2 悬浮力和磁极面积的研究 13

3.2.1 悬浮力计算 13

3.2.2磁极面积的确定 15

3.3 磁性材料参数的设计 15

3.3.1 软磁材料的研究 16

3.3.2永磁材料的研究 19

3.4 绕组的设计 21

3.4.1 轴向径向绕组设计 22

3.5 优化设计 22

3.6 本章小结 23

第四章 仿真分析 24

4.1 ANSYS介绍 24

4.2 磁性材料参数仿真 25

4.2.1 偏置磁场的仿真分析 25

4.2.2 控制磁场的仿真分析 27

4.2.3 叠加磁场的仿真分析 28

4.3 本章小结 30

第五章 总结与展望 31

5.1 全文总结 31

5.2 未来研究展望 32

参考文献 33

致 谢 35

第一章 绪论

本章主要介绍了磁轴承技术的工作原理以及国内外对磁轴承技术的最新研究进展，并阐述了发展磁轴承技术重要意义，在本文的最后对研究内容、章节进行安排。

1.1 磁悬浮轴承概述

磁轴承的结构中，转子和各个器件之间没有摩擦存在，这样的结构使得它有传统轴承没有的优点。高速、高寿命是它最突出的优点，有这些优点的缘故，使得磁轴承能应用到很多的领域^[1]。卫星等在太空工作的设备必须能承受高速等条件，所以这些设备中就用到了磁悬浮轴承。

磁轴承根据磁力的不同提供方式，一般可分为主动磁轴承（Active Magnetic Bearing，简称AMB）、被动磁轴承(Passive Magnetic Bearing，简称PMB)、混合磁轴承(Hybrid Magnetic Bearing)三类。

1.2 磁轴承发展历程及成果

1842年,恩休提出了无源磁轴承^[2]。他提出这一理念的主要是为了磁轴承想实现悬浮，需要多个条件共同作用，不能单纯的依赖用磁铁。S2M公司对磁轴承的研究了领先于其它很多的公司，他们花费了大量的人力和财力去研究能适应高速的磁轴承。我们都知道，机床加工的时候电机的转速很快，而且一般转速越高，加工出来的器件越精细。S2M公司在历经多年的研究后，成果在这一领域取得了突破性的成果，研发了能适应超高速的磁轴承主轴。1981年，这一主轴系统正式欧洲国际机床展览会上问世，它的转速最高可以达到。为了让世界了解这一系统，S2M公司在会上进行了钻、铣现场表演^[3-5]。

经过不断发展和开发，磁轴承已广泛的应用于高速机床中，最大转速已经可以达到45000r/min。985年，日本的T.Higuchi提出了具有磁轴承功能的步进电动机的理论,这一电动机具备转矩和径向悬浮力解祸控制环节^[6]。国际磁悬浮会议在世界范围内很受重视，时至今日已召开十几届，磁悬浮技术得到飞速发展。

我国早期对磁轴承的需求很低，所以当世界各国大力发展磁轴承之际，我国一依旧还是在使用传统的轴承。随着世界经济趋于全球化，我国在近三十多年前才正式研究磁轴承。我国的磁轴承领域虽然起步很慢，不过成就确实巨大的，磁轴承应用导航空航天领域后，使得我国的航天事业在国际上处于领先水平。不光在航天领域，我国在数控机床领域野取得了很大的突破。于1992年，南航研制了超高转速的样机，这一样机能在磁轴承不同拓扑结构下实现稳点悬浮^[7-8]。

请支付后下载全文，论文总字数：15834字