1 北京石油化工学院 精密电磁装备与先进测量技术研究所, 北京 102617
2 北京航空航天大学 惯性技术重点实验室, 北京 100191
3 北京控制工程研究所 空间智能控制技术重点实验室, 北京 100190
针对磁悬浮飞轮低功耗的要求, 对一种经典永磁偏置径向磁轴承进行能量优化研究。介绍了磁轴承的磁路结构和工作原理, 基于磁轴承电流刚度和位移刚度数学模型, 提取出轴承能量优化因子σ。在此基础上, 建立了磁轴承功耗的目标函数, 并对磁轴承功耗进行优化, 得到了最优功耗数学表达式及其对应的σ大小。通过有限元法对轴承功耗优化结果进行仿真验证, 其结果与理论分析结果基本吻合。在此基础上, 基于优化结果研制了一套磁轴承, 并通过改进现有15 Nms磁悬浮飞轮进行功耗测试。结果表明: 振幅为10 μm时, 单组绕组的最优功耗为0.87 W, 与理论最优值0.79 W的最大误差为9%。该能量优化方法提高了磁轴承低功耗设计效率, 对飞轮系统整体功耗优化具有重要意义。
永磁偏置磁轴承 能量优化 等效磁路 有限元法 偏置磁通 permanent magnet-biased magnetic bearing energy optimization equivalent magnetic circuit finite element method bias magnetic flux 光学 精密工程
2019, 27(11): 2420
北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100083
针对现有径向磁轴承结构电励磁磁路耦合的特点,分析了一种新型磁悬浮飞轮用永磁偏置径向磁轴承结构及其工作原理.采用等效磁路法对磁轴承的永磁磁路和电励磁磁路进行计算,得出了磁轴承的数学模型,并给出磁轴承主要参数的设计方法.最后,通过有限元法对该磁轴承进行仿真分析,从磁场分布以及x方向通电流时对力Fy的影响两方面验证了该结构电励磁回路在x、y方向间的解耦性,其中Fy＜3%Fx.理论研究和仿真分析表明:这种径向磁轴承结构有效地避免了磁通在两个径向自由度间的耦合,从而能够扩大系统线性工作范围和稳定裕度,提高磁轴承系统的控制性能.
永磁偏置径向磁轴承 磁悬浮飞轮 等效磁路 参数设计 有限元法
