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磁悬浮开关磁阻电动机的有限元分析

发布于:2016-06-09 21:03
有限元分析

      五自由度磁悬浮开关磁阻电机由一个三自由度径向-轴向磁轴承和一个二自由度磁悬浮开关磁阻电机组成,结构如图所示,下面对其结构与有限元分析作先容。
      磁悬浮轴承(简称磁轴承)按照磁力的方式,分为主动磁轴承、被动磁轴承和混合磁轴承(永磁偏置)三种。混合磁轴承的原理是用永久磁铁产生的磁场取代主动磁轴承中电磁铁产生的静态偏置磁场,能大大降低功率放大器的功耗,使电磁铁的匝数大大减少,缩小磁轴承体积,从而能够提高轴承承载能力。统直流偏置型径向磁轴承机械结构简单,但功率损耗大,传统永磁偏置型径向磁轴承虽功耗有所降低,但结构又较复杂。本研究采用的磁轴承为一种较为新型的三极交直流混合磁轴承三相径向混合磁轴承。它综合了传统永磁偏置型径向磁轴承与直流偏置型径向磁轴承的优点,采用永磁体代替偏置直流来提供偏置磁通,以提供静态悬浮力,减小了功率损耗,大大缩小了电磁铁体积及绕线空间。
      二自由度磁悬浮开关磁阻电机不需要用传统的轴承来支承转子,而是通过在原有的定子绕组上附加一套产生径向力的径向力绕组产生偏置磁场来实现转子的悬浮。由于每个定子上存在两套绕组,使得开关磁阻电机的磁场变得较为复杂。目前,大多数关于磁悬浮电机的研究都是基于数学模型的,而磁悬浮开关磁阻电机的数学模型是非线性、强耦合、时变的,因而传统的控制方法控制性能不够理想。本研究应用AnsoftApp中的Maxwell2D模块对磁浮开关磁阻电机内部的磁场进行有限元分析计算,得出了转子克服重力作用所需要的驱动电流,由悬浮所需要的力来选取驱动电流,改变了传统过分依赖数学模型的方法,而且这种方法具有一定的普遍适用性。
      三自由度磁轴承结构图,图为三极径向磁轴承。图中下标“l”表示磁轴承在电机主体的左边,la、lb和lc分别为A、B和C轴绕组产生的磁通,lx和ly分别是la、lb和lc到xl、yl轴的等效磁通。转子在磁通la、lb和lc作用下,处于平衡位置,若转子受外扰力作用偏向xl正方向,则减小磁通lx能够使转子回到原来的位置。ila、ilb和ilc分别为A、B和C轴绕组电流,ilx、ily为xl、yl轴等效绕组电流。分析可知,转子向xl正方向偏移,减小ilx,即减小Flx,转子回到原来的位置,转子向xl反方向偏移,则增大ilx,能够使转子回到原来的位置。同理,转子向yl正方向偏移,减小ily,即减小Fly,转子回到平衡位置,转子向yl反方向偏移则增加ily,即增加Fly,转子回到平衡位置,改变xl、yl轴绕组电流ilx、ily大小和方向,即可改变Flx、Fly的大小和方向。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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