軸向磁軸承的電磁性能分析計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u31732軸向磁軸承的電磁性能分析計算案例 1279891.1軸向磁軸承參數設計 1140741.2參數設計結果 41.1軸向磁軸承參數設計1.1.1定子內磁極根據磁通連續性定理，軟磁材料表面與氣隙的磁密相等，所以氣隙磁密的最大值應等于電工軟磁感應強度接近飽和拐點的值。氣隙2和3的磁密與氣隙1磁密的正比關系，氣隙1磁密最大。所以預選偏置磁場主氣隙1（密2r（由永磁體高度決定)。和S2S3S2=S3=/1.1.2永磁體。永磁材料HC，，相對磁導率為r，充磁厚度lm，其失Bbr0Hb1.1.3繞組匝數及最大電流求繞組匝數和定子外磁極槽口形狀需要通過控制磁場確定，合理控制磁場的選取與磁軸承性能指標有很大的關系。所以預選偏置/控制磁場比為KbcBc2/Bb2，則控制磁場的磁密為Bc2KbcBb忽略漏磁情況，控制磁路只經過氣隙2和3，假設控制磁場氣隙磁密為Bc2=Bc3，控制磁勢的取值應為最大動態載荷的時刻：JImax/Sw選取相應導線，裸導線直徑dw，絕緣層厚度qw，控制線圈截面積SN(d2q1.1.4定子外磁極和定子槽b2和3S2S3S1，b，定子外磁極軛部的中性面面積為：預設繞組空間占空比為，即可推算槽口寬度和高度關系為：2a則根據氣隙磁極的面積推算：1.1.5有限元仿真與校驗/置處動靜態載荷比和偏置/Kbc的關系同時，位移剛度與偏置磁場的參數有關，電流剛度與控制磁場參數有關，可以推算出剛度和偏置/控制磁場比也有關系。因此以動靜態載荷和剛度為目標迭代校核結果時，偏置/控制磁場比是核心約束條件，由有FSFdkd1.2參數設計結果該單邊混合型軸向磁軸承結構參數約束條件、設計目標、轉軸尺寸、永磁體參數，性能指標的核心約束條件以及目標性能指標如下表1.1中所示。表1.1軸向磁軸承主要參數參數名稱參數值軸徑17mm平衡位置氣隙1.0mm繞組占空比0.7軟磁材料臨界飽和磁密1.0T永磁材料矯頑力900kA永磁材料剩磁1.2T導線直徑0.76mm電流密度5Am靜態載荷500N最大動態載荷0.2-0.5位移剛度350Nm電流剛度90NA根據第2節中利用精確磁路分析出的經驗公式選取部分結構參數，代入以上一系列的公式，即可求出初次迭代的各個參數。然后用有限元軟件仿真出主氣隙磁密、動靜態載荷以及剛度后進行多次迭代后，修改經驗取值，可以得到最終設計變量，結果對應在下表中。表1.2單邊混合型軸向磁軸承最終結構參數設計變量結果參數/單位數值參數/單位數值D2/mm37h1/mm16D3/mm45h2/mm8D4/mm52a/mm13D5/mm78b/mm14D6/mm84匝數N300仿真校驗建立Maxwell仿真模型利用有限元分析軟件Maxwell對設計的參數結果進行二維磁路仿真分析，針對其偏置和控制磁場磁密、動靜態懸浮力和剛度進行校驗，如超出范圍的情況則進行迭代。最后的校驗結果如下圖1.1所示：（1）磁力線分布

a.偏置磁場磁力線分布b.控制磁場磁力線分布c.合成磁場磁力線分布

圖1.1

偏置與合成磁場二維分布圖

動靜態載荷比首先查看平衡位置處的偏置磁場，圖1.11為偏置磁場氣隙磁密曲線，可以看到氣隙1、2、3的磁密Bb1、Bb2、Bb3分別為1.0T、0.35T和0.35T，氣隙2、3中磁通密度與理論值有一定差值，主要是因為定子槽內外側的漏磁系數在理論分析中認為是相等的，而實際上定子外側漏磁較多，這可以通過改變定子槽型減少漏磁。此時懸浮力即靜態載荷為501N，符合設計要求。再查看控制磁場，可以看到氣隙2、3的磁密Bc2、Bc3分別為0.25T

和0.25T，由于漏磁的原因，氣隙1中也有控制磁通密度Bc1=0.1T，折合后氣隙2實際提供的控制磁通密度為0.35T，偏置/控制磁場比為Kbc此時合成磁場氣隙磁通密度分別為：1.1T、0.1T

和0.6T，懸浮力合力為669N，推算出動態載荷比為Y=1.33

，基本符合設計要求。

（3）

剛度圖1.2平衡位置的氣隙磁通密度分布根據仿真結果，可以得到在平衡位置附近的力與位移及力與電流的關系圖如圖1.2所示，計算出位移剛度為330N/mm和電流剛度為86N/mm，理論值與仿真值誤差在10%以內，基本符合設計要求。由上述推導得到氣隙中偏置磁場與控制磁場的磁通量，根據麥克斯韋公式，轉子在各方向上受到的磁拉力為：為簡化懸浮力的數學模型，將式(2-27)中轉子徑向磁拉力Fx在x=0,ix=O處進行泰勒分解，并且忽略二階導數以上的高次項，得到軸向懸浮力的表達式如下：設=kx為位移剛度，=kix為電流剛度。因此可表達為：軸向懸浮力：式中kz和k圖1.3懸浮力位移圖圖1.3所示為懸浮力位移圖，其中實線標識線性模型計算結果，虛線為精確模型計算結果，從圖中可看