径向磁悬浮轴承的电磁场分析和结构优化设计

论文摘要

磁悬浮轴承是利用磁场力将转子悬浮于空间,使转子和定子之间没有任何机械接触的一种新型高性能轴承,具有无摩擦、无损耗、无污染、低能耗、低噪声以及寿命长等优点,为了使磁悬浮轴承在更多的工业领域得到较好的应用,使其结构简单并且性能优越,研究降低成本,具有重要的现实意义。本文采用有限元法分析电磁场,然后对径向磁悬浮轴承进行结构优化设计,具体工作包括:首先,本文给出了磁悬浮轴承的麦克斯韦方程组、边界条件以及用有限元法求解径向磁悬浮轴承的一般步骤,为对磁悬浮轴承进行电磁场分析奠定了基础。用ANSOFT公司出品的MAXWELL软件对径向磁悬浮轴承的转子和定子的结构导致磁路耦合、定子与气隙交界处磁密急剧增加等结构特性进行详尽的有限元分析。其次,对径向磁悬浮轴承的一般结构设计进行了推导:包括磁性材料的选择、磁悬浮轴承结构的设计、槽型结构的选择、各个结构参数间的关系等,并且对热量损失进行了校验。第三,根据前述的电磁场分析的结论和径向磁悬浮轴承的一般设计过程,本文提出了两个优化目标:承载力最大和定子外径最小,根据不同的约束条件给出了三个具体的实现算法。最后,用VisualBasic编写了磁悬浮轴承系统设计软件,此软件包括:径向磁悬浮轴承结构设计、轴向磁悬浮轴承结构设计、控制系统设计和损耗分析,并给出了设计的样机和实验效果。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 磁悬浮轴承概述
• 1.2 磁悬浮技术的应用
• 1.3 磁悬浮轴承的发展状况
• 1.4 磁悬浮轴承的发展趋势及主要问题
• 1.5 本论文的主要工作
• 1.6 本章小结
• 2 磁悬浮轴承的电磁场分析
• 2.1 电磁场理论分析
• 2.1.1 磁悬浮轴承的麦克斯韦方程组
• 2.1.2 磁悬浮轴承的边界条件
• 2.2 基于 FEM的电磁场分析
• 2.2.1 电磁轴承 FEM理论
• 2.2.2 MAXWELL软件简介
• 2.3 径向磁悬浮轴承的电磁场的计算与分析
• 2.3.1 物理模型
• 2.3.2 设定材料
• 2.3.3 设定源和边界条件
• 2.3.4 设定需要计算的参数
• 2.3.5 分析结果
• 2.4 本章小结
• 3 径向磁悬浮轴承结构设计
• 3.1 磁悬浮轴承承载力的计算
• 3.2 径向磁悬浮轴承结构设计
• 3.3 径向磁悬浮轴承的优化模型
• 3.4 本章小结
• 4 磁悬浮主轴设计软件研究与实现
• 4.1 磁悬浮轴承设计软件的研究内容
• 4.1.1 主轴特性分析
• 4.1.2 磁悬浮轴承结构设计
• 4.1.3 功能特性分析
• 4.2 磁悬浮轴承系统设计软件的集成
• 4.3 样机和实践效果
• 4.4 本章小结
• 5 结论及展望
• 5.1 本文结论
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表