高速磁悬浮转子的功率测试原理与技术的研究

论文摘要

磁悬浮转子涉及到机械、电子、计算机、控制和传感器等多学科技术的交叉应用，是机电一体化的装置。精确测量高速磁悬浮转子转动过程中的功率、转矩和转速等参数，对分析磁悬浮转子的性能及工作运行状况又有很大的作用，因此有必要对磁悬浮转子的功率等参数进行精确测量。目前，国内外对磁悬浮转子的功率测试还没有进行过研究。针对高转速、大功率磁悬浮转子在转动过程中转子是浮动的特点，现有的测功设备不能满足高速磁悬浮转子功率测试的要求，本文提出了高速磁悬浮转子功率测试的原理。测功机系统由磁悬浮转子，磁力联轴器，永磁发电机，耗能负载电阻等组成。测功永磁发电机通过磁力联轴器与被测磁悬浮转子相连，作为被测磁悬浮转子的负载吸收其输出的机械能，并将之转化为电能，由负载电阻消耗。在对磁悬浮转子功率测试过程中，转速传感器检测磁悬浮转子的输出转速；拉压力传感器测量测功机定子外壳与底座之间的作用力间接测出磁悬浮转子的输出转矩。借鉴永磁电机、磁力联轴器以及电力测功机等的设计方法，本文介绍了设计这种高速测功机系统的方法。磁力联轴器的设计，主要为了满足高转速、大功率磁悬浮转子的特点，尽量提高永磁体磁能利用率，增大气隙磁密，从而提高磁力联轴器传递的扭矩。磁力联轴器选用推拉式结构，内外转子上磁体采用紧密排布方式，合理选取磁极数目、磁体厚度和工作气隙。高速永磁电机的设计，永磁转子的设计要考虑电磁和机械两方面的要求，定子绕组和铁心设计需要解决减小损耗和有效的散热等主要问题。通过对三种不同结构的磁力联轴器内部磁场分析、转矩公式推导以及实验验证和传动性能分析，以及磁力联轴器和高速永磁发电机的设计与分析，比较全面地介绍了高速磁悬浮转子功率的测试原理及关键技术，为高速磁悬浮转子的理论研究和实际应用提供相关理论依据和指导。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 磁悬浮转子概述
• 1.1.1 磁悬浮转子的工作原理
• 1.1.2 磁力轴承的特点及应用
• 1.2 各类测功机的基本原理和特点
• 1.2.1 功率吸收型测功机
• 1.2.2 功率传递型测功机
• 1.3 研究现状和存在的问题
• 1.4 论文研究的主要内容及课题支撑
• 第2章 高速磁悬浮转子测功原理
• 2.1 测功原理
• 2.2 磁悬浮转子扭矩的测量
• 2.3 高速磁悬浮转子转速的测量
• 2.3.1 转速检测方法
• 2.3.2 常用的测速方法及误差分析
• 2.4 温度检测
• 2.5 测功机运行时稳态转矩分析
• 第3章 磁力联轴器传递扭矩及性能分析
• 3.1 永磁磁路计算技术基础
• 3.1.1 铁磁材料的分类和特性
• 3.1.2 铁磁材料磁化过程及磁化曲线
• 3.1.3 永磁材料磁学常用量
• 3.2 推拉式磁力联轴器
• 3.2.1 最大传递转矩的计算
• 3.2.2 计算实例
• 3.3 电磁感应式磁力联轴器
• 3.3.1 气隙磁场分析
• 3.3.2 电磁转矩的计算
• 3.4 磁阻式磁力联轴器
• 3.4.1 气隙磁场模型的建立
• 3.4.2 最大传递转矩确定
• 3.5 磁力联轴器传动性能分析
• 3.5.1 许用补偿量分析
• 3.5.2 传动效率分析
• 第4章 高速测功机系统的设计方法
• 4.1 测功机系统的设计
• 4.2 磁力联轴器的设计
• 4.2.1 磁路设计
• 4.2.2 磁路材料的选择
• 4.2.3 磁极尺寸的选择
• 4.2.4 磁体工作点的选择
• 4.2.5 内外转子长径比的选择
• 4.2.6 永磁体厚度、工作气隙、极数的合理匹配
• 4.3 永磁发电机的设计
• 4.3.1 永磁发电机结构及工作原理
• 4.3.2 永磁发电机的设计特点
• 4.3.3 永磁发电机转子设计
• 4.3.4 永磁发电机的定子设计
• 4.4 磁力联轴器传动性能实验
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文