混合型磁悬浮轴承基础研究
发布时间：2022-09-28 16:53
混合型磁悬浮轴承采用永磁材料建立偏置磁场,能够有效降低功率损耗,在航空航天、能量存储、能量转换等对功率损耗要求较高的领域有着不可替代的优势,是磁悬浮轴承技术发展的一个重要方向。本文立足于混合型磁悬浮轴承的基本特点,对混合型磁悬浮轴承的分类体系、拓扑结构、参数设计与优化、磁场分析以及系统设计等方面进行了研究。 在对混合型磁悬浮轴承的基本特点进行分析的基础上,首先对混合型磁悬浮轴承的类型划分进行了研究。首次提出了以控制磁场在气隙中的分布情况来作为混合型磁悬浮轴承类型划分的依据。结合功能与偏置磁场极性分布上的不同,建立了新的混合型磁悬浮轴承分类体系。以混合型磁悬浮轴承的分类体系为基础,对混合型磁悬浮轴承的拓扑结构进行了研究。提出了根据混合型磁悬浮轴承的类型来确定其基本拓扑结构的方法。利用此方法对各类型混合型磁悬浮轴承具体拓扑结构的设计进行了研究,对已有的拓扑结构进行了整理归类,并提出了多种新的拓扑结构。同时对各种类型拓扑结构的优缺点进行了定性的分析与比较。 以等效磁路法为基础,对混合型磁悬浮轴承参数的设计进行了研究。提出了以总磁通量计算为基础的参数设计方法,提高了参数设计...
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 混合型磁悬浮轴承的研究背景
1.2 混合型磁悬浮轴承的研究概况
1.3 混合型磁悬浮轴承的研究方向
1.4 课题的研究意义与本文内容安排
第二章 混合型磁悬浮轴承的分类体系与拓扑结构
2.1 混合型磁悬浮轴承的分类体系
2.1.1 现有的类型划分依据
2.1.2 新类型划分依据的提出
2.2 混合型磁悬浮轴承的拓扑结构
2.2.1 混合型磁悬浮轴承拓扑结构的设计方法
2.2.2 混合型轴向磁悬浮轴承的拓扑结构
2.2.3 混合型径向磁悬浮轴承的拓扑结构
2.2.4 混合型轴向-径向磁悬浮轴承的拓扑结构
2.3 本章小结
第三章 混合型磁悬浮轴承的参数设计与优化
3.1 混合型磁悬浮轴承常用材料
3.1.1 软磁材料
3.1.2 永磁材料
3.1.3 绕组线
3.2 混合型磁悬浮轴承的参数设计与优化方法
3.2.1 混合型磁悬浮轴承磁场总磁通量的计算
3.2.2 混合型磁悬浮轴承软磁材料的参数设计与优化
3.2.3 混合型磁悬浮轴承永磁材料的参数设计与优化
3.2.4 混合型磁悬浮轴承控制绕组的参数设计与优化
3.3 混合型轴向磁悬浮轴承的参数设计与优化
3.3.1 部件划分
3.3.2 已知参数与设计目标
3.3.3 参数设计与优化流程
3.3.4 磁场总磁通量的计算
3.3.5 轴向控制绕组参数的设计
3.3.6 内轴向磁极参数的设计
3.3.7 定子圆盘参数的设计
3.3.8 外轴向磁极参数的设计
3.3.9 永磁材料参数的设计
3.3.10 转子铁心参数的设计
3.3.11 以体积最小为目标的参数优化
3.3.12 基于MATLAB 的参数设计优化软件
3.3.13 参数的初步设计结果
3.4 混合型径向磁悬浮轴承的参数设计与优化
3.4.1 部件划分
3.4.2 已知参数与设计目标
3.4.3 参数设计与优化流程
3.4.4 磁场总磁通量的计算
3.4.5 转子铁心参数的设计
3.4.6 径向控制绕组参数的设计
3.4.7 径向磁极参数的设计
3.4.8 定子磁轭参数的设计
3.4.9 永磁材料参数的设计
3.4.10 以体积最小为目标的参数优化
3.4.11 基于MATLAB 的参数设计优化软件
3.4.12 参数的初步设计结果
3.5 混合型轴向-径向磁悬浮轴承的参数设计与优化
3.5.1 部件划分
3.5.2 已知参数与设计目标
3.5.3 参数设计与优化流程
3.5.4 磁场总磁通量的计算
3.5.5 转子铁心参数的设计
3.5.6 径向控制绕组参数的设计
3.5.7 径向磁极参数的设计
3.5.8 定子磁轭参数的设计
3.5.9 永磁材料参数的设计
3.5.10 定子圆盘参数的设计
3.5.11 轴向控制绕组参数的设计
3.5.12 定子套筒参数的设计
3.5.13 轴向磁极参数设计
3.5.14 以体积最小为目标的参数优化
3.5.15 基于MATLAB 的参数设计优化软件
3.5.16 参数的初步设计结果
3.6 本章小结
第四章 混合型磁悬浮轴承的磁场仿真与分析
4.1 有限元分析软件ANSYS
4.2 混合型轴向磁悬浮轴承的磁场仿真与分析
4.2.1 磁场仿真与分析流程
4.2.2 基于初步设计参数的磁场仿真与分析
4.2.3 基于有限元仿真的参数设计结果
4.2.4 基于最终设计参数的磁场仿真与分析
4.3 混合型径向磁悬浮轴承的磁场仿真与分析
4.3.1 磁场有限元仿真与分析流程
4.3.2 基于初步设计参数的磁场有限元仿真与分析
4.3.3 基于有限元仿真的参数设计结果
4.3.4 基于最终设计参数的磁场有限元仿真与分析
4.4 混合型轴向-径向磁悬浮轴承磁场的有限元仿真与分析
4.4.1 磁场有限元仿真与分析流程
4.4.2 基于初步设计参数的磁场有限元仿真与分析
4.4.3 基于有限元仿真的参数设计结果
4.4.4 基于最终设计参数的磁场有限元仿真与分析
4.5 本章小结
第五章 混合型磁悬浮轴承的系统设计与控制策略
5.1 五自由度混合型磁悬浮轴承电机系统的机械结构
5.2 混合型磁悬浮轴承的数字控制系统
5.2.1 硬件部分
5.2.2 软件部分
5.3 混合型磁悬浮轴承的功率放大器
5.4 混合型磁悬浮轴承的悬浮实验
5.4.1 静态悬浮实验
5.4.2 动态悬浮实验
5.5 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 本文主要工作和创新点
6.2 进一步研究工作的展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
附录 A 混合型轴向磁悬浮轴承设计优化软件界面与操作流程
附录 B 混合型径向磁悬浮轴承设计优化软件界面与操作流程
附录 C 混合型轴向-径向磁悬浮轴承设计优化软件界面与操作流程
【参考文献】：
期刊论文
[1]MSCMG永磁偏置磁轴承的低功耗控制方法研究[J]. 刘珠荣,房建成,韩邦成,于灵慧. 宇航学报. 2008(03)
[2]混合悬浮系统的无加速度传感器控制[J]. 徐绍辉,徐正国,金能强,史黎明. 哈尔滨工业大学学报. 2008(05)
[3]无轴承薄片电机二维被动悬浮特性[J]. 廖启新,王晓琳,邓智泉. 电机与控制学报. 2008(02)
[4]单绕组无轴承薄片电机功率系统的设计[J]. 朱俊,邓智泉,王晓琳,廖启新. 电机与控制学报. 2008(01)
[5]径向两自由度永磁偏置磁轴承的研究[J]. 高素美,徐龙祥. 微特电机. 2007(11)
[6]无轴承薄片电机系统被动悬浮特性的研究[J]. 陈姝,邓智泉,王晓琳,廖启新. 电子机械工程. 2007(05)
[7]径向二自由度混合磁轴承参数设计与分析[J]. 黄峰,朱熀秋,谢志意,陈怀项,姜敞. 中国机械工程. 2007(10)
[8]无轴承薄片电机磁体形状优化设计及系统实现[J]. 廖启新,邓智泉,王晓琳. 中国电机工程学报. 2007(12)
[9]交直流三自由度混合磁轴承结构与有限分析[J]. 朱熀秋,张仲,诸德宏,王德明,谢志意. 中国电机工程学报. 2007(12)
[10]电动电磁混合磁浮悬浮稳定性及技术特性分析[J]. 闫宇壮,李云钢,程虎. 中国电机工程学报. 2007(06)
博士论文
[1]电磁永磁混合悬浮磁悬浮模型车控制方案的研究[D]. 徐正国.中国科学院研究生院（电工研究所） 2005
[2]电磁轴承系统集成化技术的研究[D]. 李冰.南京航空航天大学 2003
硕士论文
[1]超高速磁悬浮电机转子非线性控制的研究[D]. 赵旭升.南京航空航天大学 2006
[2]单自由度和两自由度永磁偏置磁悬浮轴承的研究[D]. 高素美.南京航空航天大学 2006
[3]永磁偏置径向轴向磁轴承H∞控制系统的研究[D]. 赵雪山.南京航空航天大学 2004
[4]永磁偏置磁悬浮轴承研究[D]. 王冠.南京航空航天大学 2005
本文编号：3682031
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 混合型磁悬浮轴承的研究背景
1.2 混合型磁悬浮轴承的研究概况
1.3 混合型磁悬浮轴承的研究方向
1.4 课题的研究意义与本文内容安排
第二章 混合型磁悬浮轴承的分类体系与拓扑结构
2.1 混合型磁悬浮轴承的分类体系
2.1.1 现有的类型划分依据
2.1.2 新类型划分依据的提出
2.2 混合型磁悬浮轴承的拓扑结构
2.2.1 混合型磁悬浮轴承拓扑结构的设计方法
2.2.2 混合型轴向磁悬浮轴承的拓扑结构
2.2.3 混合型径向磁悬浮轴承的拓扑结构
2.2.4 混合型轴向-径向磁悬浮轴承的拓扑结构
2.3 本章小结
第三章 混合型磁悬浮轴承的参数设计与优化
3.1 混合型磁悬浮轴承常用材料
3.1.1 软磁材料
3.1.2 永磁材料
3.1.3 绕组线
3.2 混合型磁悬浮轴承的参数设计与优化方法
3.2.1 混合型磁悬浮轴承磁场总磁通量的计算
3.2.2 混合型磁悬浮轴承软磁材料的参数设计与优化
3.2.3 混合型磁悬浮轴承永磁材料的参数设计与优化
3.2.4 混合型磁悬浮轴承控制绕组的参数设计与优化
3.3 混合型轴向磁悬浮轴承的参数设计与优化
3.3.1 部件划分
3.3.2 已知参数与设计目标
3.3.3 参数设计与优化流程
3.3.4 磁场总磁通量的计算
3.3.5 轴向控制绕组参数的设计
3.3.6 内轴向磁极参数的设计
3.3.7 定子圆盘参数的设计
3.3.8 外轴向磁极参数的设计
3.3.9 永磁材料参数的设计
3.3.10 转子铁心参数的设计
3.3.11 以体积最小为目标的参数优化
3.3.12 基于MATLAB 的参数设计优化软件
3.3.13 参数的初步设计结果
3.4 混合型径向磁悬浮轴承的参数设计与优化
3.4.1 部件划分
3.4.2 已知参数与设计目标
3.4.3 参数设计与优化流程
3.4.4 磁场总磁通量的计算
3.4.5 转子铁心参数的设计
3.4.6 径向控制绕组参数的设计
3.4.7 径向磁极参数的设计
3.4.8 定子磁轭参数的设计
3.4.9 永磁材料参数的设计
3.4.10 以体积最小为目标的参数优化
3.4.11 基于MATLAB 的参数设计优化软件
3.4.12 参数的初步设计结果
3.5 混合型轴向-径向磁悬浮轴承的参数设计与优化
3.5.1 部件划分
3.5.2 已知参数与设计目标
3.5.3 参数设计与优化流程
3.5.4 磁场总磁通量的计算
3.5.5 转子铁心参数的设计
3.5.6 径向控制绕组参数的设计
3.5.7 径向磁极参数的设计
3.5.8 定子磁轭参数的设计
3.5.9 永磁材料参数的设计
3.5.10 定子圆盘参数的设计
3.5.11 轴向控制绕组参数的设计
3.5.12 定子套筒参数的设计
3.5.13 轴向磁极参数设计
3.5.14 以体积最小为目标的参数优化
3.5.15 基于MATLAB 的参数设计优化软件
3.5.16 参数的初步设计结果
3.6 本章小结
第四章 混合型磁悬浮轴承的磁场仿真与分析
4.1 有限元分析软件ANSYS
4.2 混合型轴向磁悬浮轴承的磁场仿真与分析
4.2.1 磁场仿真与分析流程
4.2.2 基于初步设计参数的磁场仿真与分析
4.2.3 基于有限元仿真的参数设计结果
4.2.4 基于最终设计参数的磁场仿真与分析
4.3 混合型径向磁悬浮轴承的磁场仿真与分析
4.3.1 磁场有限元仿真与分析流程
4.3.2 基于初步设计参数的磁场有限元仿真与分析
4.3.3 基于有限元仿真的参数设计结果
4.3.4 基于最终设计参数的磁场有限元仿真与分析
4.4 混合型轴向-径向磁悬浮轴承磁场的有限元仿真与分析
4.4.1 磁场有限元仿真与分析流程
4.4.2 基于初步设计参数的磁场有限元仿真与分析
4.4.3 基于有限元仿真的参数设计结果
4.4.4 基于最终设计参数的磁场有限元仿真与分析
4.5 本章小结
第五章 混合型磁悬浮轴承的系统设计与控制策略
5.1 五自由度混合型磁悬浮轴承电机系统的机械结构
5.2 混合型磁悬浮轴承的数字控制系统
5.2.1 硬件部分
5.2.2 软件部分
5.3 混合型磁悬浮轴承的功率放大器
5.4 混合型磁悬浮轴承的悬浮实验
5.4.1 静态悬浮实验
5.4.2 动态悬浮实验
5.5 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 本文主要工作和创新点
6.2 进一步研究工作的展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
附录 A 混合型轴向磁悬浮轴承设计优化软件界面与操作流程
附录 B 混合型径向磁悬浮轴承设计优化软件界面与操作流程
附录 C 混合型轴向-径向磁悬浮轴承设计优化软件界面与操作流程
【参考文献】：
期刊论文
[1]MSCMG永磁偏置磁轴承的低功耗控制方法研究[J]. 刘珠荣,房建成,韩邦成,于灵慧. 宇航学报. 2008(03)
[2]混合悬浮系统的无加速度传感器控制[J]. 徐绍辉,徐正国,金能强,史黎明. 哈尔滨工业大学学报. 2008(05)
[3]无轴承薄片电机二维被动悬浮特性[J]. 廖启新,王晓琳,邓智泉. 电机与控制学报. 2008(02)
[4]单绕组无轴承薄片电机功率系统的设计[J]. 朱俊,邓智泉,王晓琳,廖启新. 电机与控制学报. 2008(01)
[5]径向两自由度永磁偏置磁轴承的研究[J]. 高素美,徐龙祥. 微特电机. 2007(11)
[6]无轴承薄片电机系统被动悬浮特性的研究[J]. 陈姝,邓智泉,王晓琳,廖启新. 电子机械工程. 2007(05)
[7]径向二自由度混合磁轴承参数设计与分析[J]. 黄峰,朱熀秋,谢志意,陈怀项,姜敞. 中国机械工程. 2007(10)
[8]无轴承薄片电机磁体形状优化设计及系统实现[J]. 廖启新,邓智泉,王晓琳. 中国电机工程学报. 2007(12)
[9]交直流三自由度混合磁轴承结构与有限分析[J]. 朱熀秋,张仲,诸德宏,王德明,谢志意. 中国电机工程学报. 2007(12)
[10]电动电磁混合磁浮悬浮稳定性及技术特性分析[J]. 闫宇壮,李云钢,程虎. 中国电机工程学报. 2007(06)
博士论文
[1]电磁永磁混合悬浮磁悬浮模型车控制方案的研究[D]. 徐正国.中国科学院研究生院（电工研究所） 2005
[2]电磁轴承系统集成化技术的研究[D]. 李冰.南京航空航天大学 2003
硕士论文
[1]超高速磁悬浮电机转子非线性控制的研究[D]. 赵旭升.南京航空航天大学 2006
[2]单自由度和两自由度永磁偏置磁悬浮轴承的研究[D]. 高素美.南京航空航天大学 2006
[3]永磁偏置径向轴向磁轴承H∞控制系统的研究[D]. 赵雪山.南京航空航天大学 2004
[4]永磁偏置磁悬浮轴承研究[D]. 王冠.南京航空航天大学 2005
本文编号：3682031
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