磁悬浮推力轴承的电磁性能分析及结构设计

论文摘要

磁悬浮轴承是一种利用电磁力将转子悬浮于空间实现非接触式支承的装置,具有无摩擦、无需润滑、无油污染、能耗低、噪声小、寿命长等优点,特别适用于真空、超静室、高速等特殊环境中,具有广泛的应用前景。而磁悬浮推力轴承是对其轴向进行支承的装置,主要由推力盘、电磁铁、控制器、功率放大器及传感器组成。本文就磁悬浮推力轴承的设计研究是在电磁场分析的基础上进行的。具体做了以下工作:一、利用磁路解析法推导推力轴承电磁力计算公式、并对其最大承载力和动载力进行推导。进一步探讨了推力轴承中的机械系统和控制系统中的参数对电磁力的影响。二、利用有限元法对推力轴承的电磁场进行了数值分析。对不同定子结构的推力轴承进行电磁场分析,并对两种不同结构在平衡状态、起浮状态以及倾斜时的电磁力进行比较,研究其结构对电磁力的影响。同时分析比较轴承材料以及边缘效应对磁场的影响。三、在归纳与总结有关磁悬浮轴承设计理论和方法的基础上,建立磁悬浮推力轴承优化设计软件系统,从而实现磁悬浮推力轴承结构的参数化设计。此项工作的实现是以VB编程工具、AutoCAD绘图工具、Ansoft有限元分析软件为平台进行二次开发完成的,本设计软件为磁悬浮轴承的设计提供了基础的平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 磁悬浮轴承的特点
• 1.3 磁悬浮轴承的应用
• 1.4 磁悬浮轴承的发展概况
• 1.5 磁悬浮轴承的发展趋势与面临的问题
• 1.6 本论文的工作及主要内容
• 第二章 磁悬浮推力轴承电磁力计算
• 2.1 磁悬浮推力轴承工作原理
• 2.2 磁路基本定律
• 2.3 电磁力计算公式
• 2.4 最大承载力和动载力
• 2.4.1 最大承载力
• 2.4.2 动载力
• 2.5 参数对电磁力的影响
• 2.5.1 磁阻的影响
• 2.5.2 涡流的影响
• 2.5.3 耦合的影响
• 2.5.4 传感器的影响
• 2.5.5 热膨胀与磁致伸缩的影响
• 2.6 结论
• 第三章 磁悬浮推力轴承的电磁场数值分析
• 3.1 推力轴承磁场分析的数学模型
• 3.1.1 推力轴承的结构模型
• 3.1.2 Maxwell方程
• 3.1.3 二维电磁场计算
• 3.1.4 有限元法
• 3.2 推力轴承电磁力的电磁场分析
• 3.2.1 电磁场分析模型的建立
• 3.2.2 电磁场分析计算
• 3.2.3 不同材料对电磁力影响分析
• 3.3 边缘效应分析
• 3.4 结论
• 第四章 推力轴承结构设计系统
• 4.1 磁悬浮推力轴承设计系统的研究内容
• 4.2 VB进行参数化设计
• 4.2.1 参数化设计的基本原理及意义
• 4.2.2 参数的定义
• 4.2.3 基于VB编程
• 4.3 利用VB实现AutoCAD二次开发
• 4.3.1 利用VB实现AutoCAD二次开发的原理
• 4.3.2 VB与AutoCAD的连接
• 4.3.3 参数化绘图
• 4.4 AutoCAD图导入Ansoft中进行电磁分析
• 4.4.1 单线圈推力轴承的电磁场分析
• 4.4.2 双线圈推力轴承的电磁场分析
• 4.5 结论
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表