径向磁悬浮轴承的电磁场分析和结构优化设计解读
磁悬浮轴承的稳定性分析及优化设计
磁悬浮轴承的稳定性分析及优化设计磁悬浮轴承是一种先进的轴承技术，利用磁力作用浮起轴与轴承之间的接触，实现无接触的支撑和传动。
它具有低摩擦、高精度、高速度等优点，在航天、机械、电力等领域得到广泛应用。
然而，磁悬浮轴承的稳定性问题一直是研究的焦点。
本文将对磁悬浮轴承的稳定性进行分析，并提出优化设计的方法。
在磁悬浮轴承中，稳定性是一个至关重要的问题。
任何轴承系统都需要保持稳定的运行，以确保轴的平稳旋转。
对于磁悬浮轴承而言，稳定性问题更加突出，因为磁力是通过电磁线圈产生的，存在一定的不确定性和波动性。
首先，我们来分析磁悬浮轴承的稳定性问题。
磁悬浮轴承的稳定性主要受到以下几个因素影响：控制系统的稳定性、磁场不平衡和轴向力的干扰。
控制系统的稳定性是磁悬浮轴承稳定性的基础，它直接影响轴承的力与位移的关系。
若控制系统不稳定，会导致轴承力的不稳定，进而影响轴的稳定旋转。
磁场不平衡主要是指轴承线圈间的磁场不均匀，这会导致磁悬浮力的不稳定性。
轴向力的干扰是由于径向不均匀载荷或轴本身的质量不均匀引起的，它会使得轴承系统产生非线性力，从而影响系统的稳定性。
为了优化磁悬浮轴承的稳定性，我们可以采取以下方法。
首先，改进控制系统的稳定性。
可以采用现代控制理论中的自适应控制、模糊控制或神经网络控制等方法，提升控制系统的鲁棒性和自适应性，以应对复杂的工况变化和外部干扰。
其次，优化磁场分布。
通过优化磁悬浮轴承的结构设计和磁场控制算法，确保磁场分布均匀，减小磁场不平衡带来的影响。
最后，考虑轴向力的干扰。
可以通过轴向力的预测和补偿来消除其对系统稳定性的影响，例如使用力传感器和补偿机构进行实时测量和控制。
除了以上方法，我们还可以利用仿真技术对磁悬浮轴承的稳定性进行分析和优化设计。
通过建立准确的数学模型和计算模拟，可以预测系统的动态响应和稳定性。
基于仿真结果，可以进一步改进系统的设计参数和控制策略，以实现更好的稳定性性能。
总结起来，磁悬浮轴承的稳定性是研究的热点和难点之一。
径向永磁偏置磁悬浮轴承转子模态分析
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磁悬 浮 轴 承 是 利用 可 控 磁 场力 提 供 无 轴 承 支承 ．
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磁悬浮轴承的性能分析与实验研究
磁悬浮轴承的性能分析与实验研究磁悬浮轴承是一种利用磁力将旋转机械设备浮起并保持稳定运行的轴承系统。
相较于传统的机械轴承，磁悬浮轴承具有更低的摩擦和磨损、更高的转速、更小的振动和噪音、以及更高的可靠性和寿命。
因此，磁悬浮轴承在航空、能源、高速列车等领域具有广泛的应用前景。
磁悬浮轴承的性能分析是研究和开发磁悬浮轴承技术的重要环节。
为了提高磁悬浮轴承的性能，研究人员需要详细分析其各项参数的影响以及相互之间的关系。
这包括磁力的大小和方向、悬浮稳定性、动力性能等。
通过对磁悬浮轴承的性能分析，可以优化设计、改进控制策略，使其更好地适应实际工作需要。
要进行磁悬浮轴承性能分析，首先需要建立数学模型。
这个模型将考虑轴承的工作原理、磁力场分布、力学特性等因素，以便对磁悬浮轴承的性能进行定量描述。
然后，通过仿真软件或实验装置对模型进行测试和验证。
模型测试的结果将显示磁悬浮轴承的性能指标，如轴向力、径向力、刚度、阻尼等。
进一步分析这些指标的变化规律，可以得到磁悬浮轴承在不同工况下的工作性能。
在性能分析的基础上，磁悬浮轴承的实验研究也是不可或缺的。
通过实验可以验证模型的准确性，并获取更真实的性能数据。
例如，在振动控制方面，可以通过实验来确定合适的振动传感器和控制器，以实现对磁悬浮轴承的精确控制。
同时，实验也可以测试磁悬浮轴承的寿命和可靠性，以及与其他部件的兼容性等。
磁悬浮轴承的性能分析与实验研究不仅仅是一种技术研发工作，更是一种科学探索。
例如，研究人员可以通过对磁悬浮轴承材料的物理性质和结构的研究，探索新的材料和制造工艺，以提高磁悬浮轴承的性能。
此外，还可以通过对磁悬浮轴承的动力学特性的研究，解决轴承在高速运动时的失稳问题，以实现更高的转速和更好的稳定性。
总之，磁悬浮轴承的性能分析与实验研究对于磁悬浮轴承技术的发展和应用至关重要。
通过准确分析各项参数和模型的验证，可以优化设计和控制策略，提高磁悬浮轴承的性能。
同时，通过实验研究，可以验证模型的准确性，获取更真实的性能数据，并解决实际工程应用中的问题。
一种新型径向磁浮轴承结构设计与磁场计算
径向磁悬浮轴承的电磁场分析和结构优化设计解读
山东大学硕士学位论文径向磁悬浮轴承的电磁场分析和结构优化设计姓名：陈帝伊申请学位级别：硕士专业：电工理论与新技术指导教师：刘淑琴20080420山东大学硕士学位论文中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。
关键词：电磁场分析；磁悬浮轴承；结构优化设计山东大学硕士学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＡｃｔｉｖｅｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇ（ＡＭＢ）ｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｐｒｏｄｕｃｔｓａｎｄａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｂｅａｒｉｎｇｗｈｉｃｈｓｕｓｐｅｎｄｓｔｈｅｒｏｔｏｒｉｎａｃｏｎｔａｃｔ－ｆｒｅｅｍａｎｎｅｒ．Ｓｉｎｃｅｉｔｈａｓｍａｎｙａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｓｕｃｈａｓｎｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｎｔａｃｔ，１１０ｆｒｉｃｔｉｏｎ，ｌｏｗｅｒｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｌａｓｔｉｎｇｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅａｎｄｗｉｔｈｏｕｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅｍｏｒｅｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｉｎｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｙｇｅｔａｂｅｔｔｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｗｅｍｕｓｔｍａｋｅｉｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｒｅｓｉｍｐｌｅａｎｄｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｍｏｒｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔ，ｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅｒｅｕｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｃｏｓｔｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅａｌｉｓｔｉｃｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｔｏｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｔｏｔｈｅｒａｄｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ，ｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｓｔａｒｔｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ，ｆｏｒｍａｋｉｎｇｉｔｔｏｂｅｔｔｅｒａｐｐｌｉｅｄｔｏｇｒｉｎｄｅｒ．Ｄｅｔａｉｌｓａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ：１．Ｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｏｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎａｌｙｓｉｓ，ｇｉｖｅｎｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｏｆｔｈｅＭａｘｗｅｌｌｅｑｕａｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｗｉｍｒａｄｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｆｏｒｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｓｅｔｐｓ．２．ＩｔｍａｋｅｓｄｅｔａｉｌｅｄａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｒａｄｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｂｙＭａｘｗｅｌｌｂｙａｎｓｏｔｌｅｍｂｒａｃｅｉｎｇ，ａｎｄｇｅｔｓｓｅｖｅｒａｌｇｕｉｄｉｎｇｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．３．Ｉｔｄｅｔａｉｌｓｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｄｅｓｉｇｎｓｔｅｐｓｏｆｒａｄｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｔｉｎｇｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｉｔｓｔｈｅｒｍａｌｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍａｎａｌｙｓｉｓ．４．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｏｒｅｇｏｉｎｇｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｏｆｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎｄｒａｄｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓｔｗｏｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ，ａｎｄｇｉｖｅｔｈｒｅｅｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．５．ＩｔｐｒｅｐａｒｅｓｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｓｏｆｔｗａｒｅｗｉｔｈＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ，ａｎｄｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎａｌｙｓｉｓ；ＭａｇｎｅｔｉｃＢｅａｒｉｎｇｓ；ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＩＩ原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。
磁悬浮轴承设计方法
磁悬浮轴承设计方法磁悬浮轴承是一种新型的轴承技术，它采用磁力场来支撑转子，避免了传统机械轴承的摩擦和磨损，具有高速、高精度、低噪音、长寿命等优点，被广泛应用于高速列车、风力发电机、航空航天等领域。
本文将介绍磁悬浮轴承的设计方法。
磁悬浮轴承的设计方法主要包括磁路设计、控制系统设计和机械结构设计三个方面。
首先是磁路设计。
磁路是磁悬浮轴承的核心部分，它决定了轴承的性能和稳定性。
磁路设计的关键是确定磁铁的形状、尺寸和磁场分布。
一般来说，磁铁的形状可以是圆形、方形、长方形等，尺寸则根据转子的大小和重量来确定。
磁场分布是指磁铁产生的磁场在空间中的分布情况，它决定了轴承的支撑力和稳定性。
磁场分布可以通过有限元分析软件进行模拟计算，以得到最优的设计方案。
其次是控制系统设计。
磁悬浮轴承的控制系统是保证轴承稳定运行的关键。
控制系统的设计包括传感器选择、控制算法设计和控制器选型等方面。
传感器可以选择位移传感器、速度传感器、加速度传感器等，以实时监测转子的运动状态。
控制算法设计是指根据传感器反馈的信号，通过控制器对磁场进行调节，以保持转子的稳定运行。
常用的控制算法有PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
控制器的选型则需要考虑控制精度、响应速度、抗干扰能力等因素。
最后是机械结构设计。
机械结构是磁悬浮轴承的支撑结构，它需要满足轴承的载荷要求和稳定性要求。
机械结构设计的关键是确定支撑结构的形状、尺寸和材料。
一般来说，支撑结构的形状可以是圆形、方形、长方形等，尺寸则根据转子的大小和重量来确定。
材料的选择需要考虑强度、刚度、耐磨性等因素。
磁悬浮轴承的设计方法是一个综合性的工程问题，需要涉及磁路设计、控制系统设计和机械结构设计三个方面。
在实际应用中，还需要考虑轴承的安装、调试和维护等问题。
磁悬浮轴承的设计方法的不断改进和完善，将进一步推动其在各个领域的应用和发展。
轴向磁轴承的结构设计与性能优化
轴向磁轴承的结构设计与性能优化引言轴向磁轴承是现代工程中常用的一种无接触式磁悬浮轴承，其通过利用磁场来支撑和定位转子，避免了机械摩擦和磨损问题，具有高转速、高可靠性和长寿命等优点。
本文将探讨轴向磁轴承的结构设计与性能优化的相关问题。
1. 轴向磁轴承的结构设计1.1 磁场生成与控制轴向磁轴承的核心是磁场的生成和控制。
通常使用的轴向磁轴承结构由定子和转子构成。
定子上设置有电磁线圈，通过通电产生磁场，从而吸引或排斥转子。
为了实现精确的控制，通常采用PID控制算法，利用传感器监测转子位置，并通过反馈控制来调整电磁线圈的电流，从而维持磁悬浮状态。
1.2 磁力传递与支撑轴向磁轴承通过磁力传递来支撑转子。
磁力的大小与转子位置及定子电流有关。
为了提高轴向磁轴承的承载能力和稳定性，需设计合理的磁力传递结构。
常用的结构有磁力簧和永磁体。
而磁力的传递主要通过磁场的引导来实现，需设计合理的磁场形状和电磁线圈布局。
1.3 磁悬浮轴承与基座设计磁悬浮轴承的设计不仅包括定子和转子，还需要考虑基座的设计。
基座起到支撑磁轴承和转子的作用。
合理的基座设计能够提高轴向磁轴承的稳定性和安全性。
在设计中需考虑基座的材料选择、刚度和精度等要素。
2. 轴向磁轴承的性能优化2.1 承载能力优化轴向磁轴承的承载能力与磁力的大小相关。
为了提高承载能力，可采用增加电磁线圈的匝数、提高电流密度、优化磁力传递结构等方法。
此外，还可以通过增加永磁体的数量和磁力矩等手段来提高承载能力。
2.2 稳定性优化轴向磁轴承的稳定性与转子位置的准确度和响应速度有关。
在设计中需考虑传感器的精度和响应时间，保证对转子位置的准确测量和快速反馈控制。
此外，还需考虑磁场的稳定性和控制算法的优化，以提高系统的稳定性。
2.3 动态性能优化轴向磁轴承的动态性能表现为转子的旋转速度和响应时间。
为了提高动态性能，可采用提高电磁线圈的响应时间、优化传感器的采样频率和控制算法的速度等方法。
此外，还可以采用基座结构的优化和减小转子惯性矩等方式提高动态性能。
磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析
磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析磁悬浮轴承是一种通过磁力悬浮和控制的方式来支撑和旋转转子的轴承系统。
它拥有许多优点，比如无接触、无磨损、低噪音和高转速等，因此被广泛应用于高速旋转机器领域，比如发电机、风力机和压缩机等。
磁悬浮轴承的转子系统的理论和试验模态分析是磁悬浮轴承研究中的一个重要方面，它对于磁悬浮轴承系统的优化设计和故障诊断具有重要意义。
1.轴承系统的结构与工作原理磁悬浮轴承系统由上、下磁轴承和转子组成。
上、下磁轴承分别位于转子的两端，它们通过电磁力和磁悬浮控制系统来支撑和操控转子的运动。
磁悬浮轴承系统的工作原理是利用磁场产生的磁力来支撑转子，从而实现无接触悬浮。
2.磁悬浮轴承的理论模态分析理论模态分析是研究磁悬浮轴承系统振动特性的一种重要方法。
通过对磁悬浮轴承系统的结构和动力学方程进行建模，可以得到系统的模态特性，包括自然频率、模态形态和模态阻尼等。
通过理论模态分析可以为磁悬浮轴承系统的优化设计和性能改进提供理论依据。
3.磁悬浮轴承的试验模态分析试验模态分析是通过实验手段研究磁悬浮轴承系统的振动特性。
通过在实验室或现场进行振动测试和频谱分析，可以得到系统的实际振动特性，包括模态参数、共振频率和振动模态等。
试验模态分析可以验证理论模态分析的结果，同时也可以为系统的故障诊断和状态监测提供重要信息。
4.磁悬浮轴承系统的模态优化设计磁悬浮轴承系统的模态特性直接影响着系统的动态稳定性和运行性能。
因此，通过对系统的模态特性进行分析和优化设计，可以提高系统的抗干扰能力和动态性能。
常见的优化方法包括结构优化、控制系统设计和材料选择等。
5.磁悬浮轴承系统的振动控制与故障诊断磁悬浮轴承系统在实际运行中可能会受到外部扰动或内部故障的影响，导致振动异常和系统性能下降。
因此，通过对系统的振动特性进行实时监测和分析，可以实现振动控制和故障诊断。
常见的方法包括模型预测控制、自适应控制和信号处理技术等。
6.磁悬浮轴承系统的应用与发展趋势磁悬浮轴承系统具有许多优点，已经被广泛应用于各种高速旋转机器中。
磁悬浮轴承设计方法
磁悬浮轴承设计方法磁悬浮轴承是一种新型的轴承，它采用了磁力悬浮技术，实现了轴承与转子之间的无接触运转。
相比传统的机械轴承，磁悬浮轴承具有更高的精度、更长的使用寿命和更低的摩擦损失。
因此，在高速旋转设备、超导磁体等领域得到广泛应用。
本文将介绍磁悬浮轴承设计方法。
一、磁悬浮轴承基本原理1. 磁力平衡原理磁悬浮轴承采用电磁铁产生强大的磁场，使得转子在空气中自由运动，因此必须保持稳定的平衡状态。
当转子偏离中心位置时，控制系统会通过调节电流来调整电磁铁产生的力，使得转子回到平衡位置。
2. 控制原理控制系统是磁悬浮轴承最重要的组成部分之一。
它通过传感器感知转子偏离中心位置的情况，并通过计算机算法来调整电流大小和方向，以达到稳定平衡状态。
控制系统的设计需要考虑转子质量、磁力大小、传感器精度等因素。
二、磁悬浮轴承设计步骤1. 确定轴承类型磁悬浮轴承可以分为永磁悬浮轴承和电磁悬浮轴承两种类型。
永磁悬浮轴承是利用永久磁铁产生的稳定磁场来支撑转子，具有结构简单、稳定性高等优点；电磁悬浮轴承则是通过电流产生的强大磁场来支撑转子，具有可调性强等特点。
根据实际需求选择合适的类型。
2. 确定材料和尺寸磁悬浮轴承的材料和尺寸直接影响其性能和使用寿命。
一般采用高强度、耐腐蚀、耐高温的材料制作，如不锈钢、钛合金等。
尺寸方面需要考虑转子质量、工作环境等因素。
3. 设计电路电路设计是控制系统中最重要的一环。
它需要根据实际情况选择合适的电源、传感器和控制器，并进行电路布局和调试。
在设计电路时需要注意安全性和稳定性，避免出现电路故障。
4. 安装调试安装和调试是磁悬浮轴承设计中最关键的环节。
它需要将轴承组件精确地安装在设备上，并通过仪器对控制系统进行调试，以达到最佳的工作状态。
在安装调试过程中需要注意安全性和精度要求。
5. 测试验证测试验证是磁悬浮轴承设计中最后一个环节。
它需要对轴承进行各种实验，如负载实验、高速旋转实验等，以验证其性能和可靠性。
磁悬浮轴承--电磁轴承
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一个转子要实现完全的悬浮 需在其五个自由度上施加控制 力，即需要两个径向轴承和一 个推力轴承。这样的三个磁力 轴承和转子加上电子控制器就 构成了一个完整的电磁轴承系 统（简称AMBS）。一个完整的 电磁轴承系统通常包括2个径向 轴承和1个轴向轴承及其控制系 统；每个径向轴承有2个自由度， 每个轴向轴承有1个自由度，这 样一个电磁轴承共有5个自由度。
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电磁轴承的工作原理
单自由度电磁轴承工作原理
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在完整的电磁轴承系统中，电磁铁的作用是为保 持转子在预定位置上的稳定悬浮提供电磁力。当转 子中心发生偏移时，偏移量由位置信号传感器拾取 后送到调节电路及功率放大电路，输出一个控制电 压或电流，调节电磁铁的磁场力，使转子回到正常 位置。
电磁轴承系统结构
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电磁轴承的优缺点
• 优点：电磁轴承因轴与轴承无直接接触，不需润滑，能在 真空中和很宽的温度范围内工作，摩擦阻力小，不受速度 限制（有的转速高达2300万转/分,线速度高达3倍音速）, 使用寿命长,结构可多样化。
• 缺点：静电轴承需要很大的电场强度,应用受到限制，只 能在少数仪表中使用。
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磁悬浮列车 原理：磁悬浮列车利用“同性相斥，异性相吸”的原理， 让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬 浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶.
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高速精密机床
配有数控式磁轴承的铣床主轴，用于高速铣削，转速 40000r/min,切削功率40kw
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散热器
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2.传感器故障诊断
主动磁悬浮轴承在工作时需要用位移传感器实时检测 转子的位置。大多数主动磁悬浮轴承都采用涡流位移传感 器。在主动磁悬浮轴承中, 涡流位移传感器的传感头与转 子的间隙一般小于1 mm, 传感头在工作过程中要经受振动 、高速气流等考验, 工作环境比较恶劣, 是整个传感器中 最容易出现故障的环节。主动磁悬浮轴承系统常常采用差 动式位移传感器以提高位移检测的性能。
永磁偏置径向轴向磁悬浮轴承工作原理和参数设计
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冰 2 , 严仰光 2, 王德明 1
1. 江苏大学电气信息工程学院, 江苏 镇江 212013; 南京航空航天大学航空电源部级航空科技重点实验室, 江苏 南京 210016)
THE WORKING PRINCIPLE AND PARAMETER DESIGN FOR PERMANENT MAGNET BIASED RADIAL- AXIAL DIRECTION MAGNETIC BEARING
ZHU Huang-qiu1 , DENG Zhi-quan2, YUAN Shou-qi1 , Li Bing2 , YAN Yang-guang2, WANG De-ming1 (1. School of electrical and informational engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013,China; 2. Key Laboratory of Aeronautical Power System, Nanjing University of Aeronautics and Astronantics, Nanjing 210016, China)
µ0 S z
Fz1 Fz2 分别为吸力盘左 右面受到的电 Ф z1 Фz2 分别为左右气隙处产生的合成
磁通 Sz 为轴向磁极的面积 µ0 为空气的磁导率 在未产生控制磁通 Ф ZEM 之 前 由于 ФPMz2< ФPMz1 故 Fz2<Fz1 由于外扰力使转子向右运动 此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移量 控制器将这一位移信号转变成控制信号 功率放大 绕组使铁芯内产生一电磁磁通 Ф 在转子左面的 Z2 处由励磁磁通和永磁磁通的 ZEM 流向相同 与永磁磁通 PMz2 叠加 使气隙 Z2 处总 的磁通增加 即 z2= PMz2+Ф ZEM 励磁磁通Ф ZEM 在右面气隙 z2 处 由于与永磁磁通 PMz1 的流向相 反 故在气隙 Z1 处的总磁通减少为 z1= PMz1− Ф
永磁悬浮轴承的作用-概述说明以及解释
永磁悬浮轴承的作用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述永磁悬浮轴承是一种先进且高效的轴承技术，它采用磁力作用来支撑和悬浮旋转的轴件，使得轴件在无接触的情况下能够平稳运转。
与传统的机械轴承相比，永磁悬浮轴承具有许多独特的特点和优势。
首先，永磁悬浮轴承消除了传统轴承中的接触和摩擦，因此能够大大减少能量损耗和磨损。
这不仅可以提高轴承的使用寿命，还可以降低维护和更换的频率，从而减少了生产成本和停机时间。
其次，永磁悬浮轴承具有出色的静态和动态稳定性。
由于永磁悬浮轴承中的磁力作用，轴件可以在没有支撑力的情况下保持稳定的旋转，避免了传统轴承中由于离心力导致的轴件偏心和震动。
这种稳定性不仅可以提高设备的工作效率和精度，还可以减少对附近结构的影响。
此外，永磁悬浮轴承还具有快速响应的特点。
由于磁力的调节可以在极短的时间内完成，永磁悬浮轴承可以快速适应旋转轴件的变化，实现对轴件的高精度控制。
这在需要频繁改变转速或转向的应用中尤为重要。
总之，永磁悬浮轴承的概述部分介绍了它作为一种先进轴承技术的基本原理和优势。
随着科技的不断进步，永磁悬浮轴承在各个领域的应用前景将会更加广阔。
在接下来的文章中，我们将进一步探讨永磁悬浮轴承的工作原理和具体应用领域，在深入了解它的基础上，更好地认识和推动其发展。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构部分旨在介绍整篇文章的框架和组成部分，为读者提供一个整体的了解和导读。
本文将从以下几个方面展开对永磁悬浮轴承的作用进行探讨：1. 引言部分将对永磁悬浮轴承的概述进行介绍。
首先，对永磁悬浮轴承的定义进行阐述，说明其在机械系统中的重要性。
然后，简要介绍永磁悬浮轴承的发展历程，突出其在技术发展中的地位和作用。
最后，提出本文的目的和重要性。
2. 正文部分主要包括两个方面的内容：永磁悬浮轴承的原理和永磁悬浮轴承的优势。
其中，2.1节将详细介绍永磁悬浮轴承的工作原理和结构组成。
通过引用相关的理论和实验研究，解释永磁悬浮轴承是如何通过磁力实现轴承功能的。
径向磁力轴承的结构分析与优化设计方法
２
设 计 万 法 之 一
ｃ＝
＋ｂ 。＝
中 图 分 类 号 ：Ｈ ３ ． Ｔ １ ３３
Ｄ Ｉ１．９ ３ｊｉ ｎ １０ Ｏ ：０ ３ ６／．ｓ ．０ ７—１４ ２ １． １０ ７ ｓ ４ Ｘ．０ ０ Ｏ ． １
从 电磁轴承 出现以来 ， 人们就开始关 注设计 与 现实之 间的关 系 。到 ２ ０世纪 ８ ０年代 ， 电机磁极 仿
笔 者最后 以一 个 实 际 的例 子进 行 了计 算 ， 并 同仿 电机磁极极 靴模 式 设计 方 法 进行 了对 比 ， 从 定性 到定 量给 出 了简 化 的非 极靴 磁极模 式与仿 电 机 磁极极 靴模式 设计 方法 的异 同点 。
和 ｇ 以及 和 Ｄ：分 别 如 图 ２和 图 ３所 示 ）轴 ， （ ， 承 的磁 极数 为 Ⅳ 。
根据图中的几何关系， 有下列等式成立 ：
收 稿 日期 ：０ ９一 ９— Ｏ ２０ ｏ ３ ．
作者简介 ： 万金 贵（９ ２一） 女 ， １７ ， 湖南衡阳人 ， 上海第二工业大学实训中心讲师
摘
要： 针对径 向电磁轴承 的结构及优化问题进行分 析研究 。以 ８磁极径 向电磁轴承为对象 ， 分析 了简化 的
非极靴模式设计磁极结构尺寸的两种设计方法， 并推导了具体的步骤。分析结果表明： 在仅考虑电磁轴承的
结构影 响 ， 当磁极与线圈的周向宽度比约为 １ ２时 ， 且 ： 设计的电磁轴承可 以获得最 大的力。给 出了一个实 际 的算例 ， 将其结果与传统的仿电机磁极极靴模式设计进行对 比， 从定性 与定量 的角度分析 了两者的异同。 关键词 ： 向电磁轴承 ； 径 结构设计 ；优化设计
参看 相关 文献 。 观察 式 （ ４ １ ）～式 （ ６ ， 以得 到 ： １ ）可
磁悬浮主承系统的设计与优化
磁悬浮主承系统的设计与优化介绍磁悬浮主轴系统的组成及工作原理，提出了一种在基于智能PID控制器的新型数字控制器设计。
其核心部件是Ⅱ公司的TMS320LF2407A,设计了五自由度磁悬浮主轴系统的硬件总体框图。
用c2000作为开发平台，设计在常规PID 基础上的智能PID控制器。
理论分析结果表明：这种智能PID控制器能实现更好控制效果，达到更高的控制精度要求。
标签：磁轴承；智能PID控制；数字信号处理1磁悬浮轴承系统的应用现状磁悬浮轴承系统是由以下五部分组成：控制器、转子、电磁铁、传感器和功率放大器。
其中最为关键的部件就是控制器。
控制器的性能基本上决定了整个磁悬浮轴承系统的性能。
控制器的控制规律决定了磁轴承系统的动态性能以及刚度、阻尼和稳定性。
控制器又分为两种：模拟控制器和数字控制器。
虽然国内目前广泛采用的模拟控制器虽然在一定程度上满足了系统的稳定性，但模拟控制器与数字控制器相比有以下不足：(1)调节不方便；(2)难以实现复杂的控制；(3)不能同时实现两个及两个以上自由度的控制；(4)互换性差，即不同的磁悬浮轴承必须有相对应的控制器；(5)功耗大、体积大等。
磁轴承要得到广泛的应用，模拟控制器的在线调节性能差不能不说是其原因之一，因此，数字化方向是磁轴承的发展趋势。
同时，要实现磁轴承系统的智能化，显然模拟控制器是难以满足这方面的要求。
因此从提高磁轴承性能、可靠性、增强控制器的柔性和减小体积、功耗和今后往网络化、智能化方向发展等角度，必须实现控制器数字化。
近三十年来控制理论得到飞速发展并取得了广泛应用。
磁悬浮轴承控制器的控制规律研究在近些年也取得了显著的进展。
从当前国内外发展情况来看，国外的研究状况和产品化方面都领先国内很多年。
国外已有专门的磁悬浮轴承公司和磁悬浮研究中心从事这方面的研发和应用方面工作，如：SKF公司、NASA等。
我国要赶上国外磁悬浮轴承发展水平，必须加大人力、物力等方面的投入。
国内当前使用较多的都是常规PID和PD控制，实际电路中也有使用PIDD的。
磁悬浮轴承机械系统的设计
2、磁悬浮轴承机械系统的设计2.1 磁悬浮轴承的结构及材料由于磁力是控制电流和气隙的非线性函数，即在一个自由度上采用一对电磁铁，这样可以使磁力在平衡位置处能转化为控制电流和气隙的线性函数。
由于转子不仅会沿Y 轴上下运动，而且还会沿X轴水平运动，因此，在水平方向上也要设置一对差动电磁铁，如图2所示。
该图是一个实际的径向磁悬浮轴承的结构，称为8极布置的磁悬浮轴承结构。
当转子直径较大时，常采用16极布置结构以减小外径。
电磁悬浮轴承材料应具有磁性好的特点（主要指磁感应强度曲线的曲线范围大，包围的面积小）。
常采用导磁性能优良的软磁材料，一般希望材料具有较高的饱和磁感应强度、较高的相对磁导率和良好的加工性能。
这样可以提高磁悬浮轴承的承载力并减小涡流损耗。
当电磁悬浮轴承支撑高速回转轴时，其转子轴材料还应具有强度高的特点。
电磁悬浮轴承定子的材料通常采用薄硅钢片和铁钴合金等，转子材料常采用电工纯铁、10#钢，也可硅钢片叠合而成。
为了减小涡流损耗，径向磁悬浮轴承往往采用叠片结构。
而推力磁悬浮轴承通常采用整体结构。
图2 径向磁悬浮轴承结构简图2.2磁悬浮轴承系统的结构布置形式图3是本文所研究的主动磁悬浮轴承的总体结构简图。
为了进一步减少涡流损耗，在轴径处，转子也采用叠片结构，叠片材料为软磁材料。
推力盘采用铁磁材料，在旋转时，推力盘各部分都是同极性地进行励磁，涡流损失小，没有必要采用采用叠片结构，通常采用整体结构。
由于磁悬浮轴承系统常用在高速或超高速场合，一般不要驱动环节，而采用装入式电机，即将电机的转子和轴承的转子固定在同一个轴上。
磁悬浮轴承系统还要配备一对滚动轴承作为辅助轴承。
磁悬浮轴承工作时，辅助轴承不与转子接触。
当突然断电或磁悬浮轴承失控时，辅助轴承工作，临时支承高速转子，防止转子与电机和磁悬浮轴承的转子相碰，起安全保护作用。
一般采用深沟球轴承，辅助轴承与转子间的间隙通常为磁悬浮轴承气隙的1/2。
2.3电磁铁的设计关于磁悬浮轴承，规定如下的符号：A---- 磁极的截面面积（m2）D----- 转子的内径（m）d------ 转子的外径（m）δ0----- 气隙，δ0=（D-d）/2b ----- -磁悬浮轴承的轴向长度（m）B0 -----气隙处的磁感应强度[ T（特斯拉）]B S----- 饱和磁感应强度(T)I ------- 绕组的励磁电流(A)，I=I0+ i 。
水银磁悬浮轴承的结构设计与性能优化
水银磁悬浮轴承的结构设计与性能优化导言磁悬浮技术作为一项高精密度、低摩擦力的新型技术，被广泛应用于飞行器、高速列车等领域。
水银磁悬浮轴承作为磁悬浮技术的一种重要应用，具有较高的性能和稳定性。
因此，本文将着重探讨水银磁悬浮轴承的结构设计与性能优化。
一、水银磁悬浮轴承的工作原理水银磁悬浮轴承是利用水银的液体磁流变性质来实现轴承的稳定悬浮。
水银磁悬浮轴承由轴向磁力平衡系统和径向磁力稳定系统组成。
轴向磁力平衡系统由感应线圈、压力传感器和控制器组成。
当转子受到轴向力作用时，感应线圈将产生感应电流，通过控制器的反馈系统，调节活动磁铁的位置，使得轴向力得到平衡。
径向磁力稳定系统由外磁场线圈、磁导体和液态水银组成。
外磁场线圈产生磁场，磁导体中的液态水银受到磁流变力的作用，形成稳定的磁悬浮力，使得转子在径向方向悬浮。
二、水银磁悬浮轴承的结构设计1. 磁悬浮组件设计磁悬浮组件是水银磁悬浮轴承的核心部分，主要包括外磁场线圈、磁导体和液态水银。
外磁场线圈的设计应考虑磁场的分布均匀性，磁导体的设计应具有高导磁性和高热传导性能，以提高磁悬浮力稳定性。
液态水银的选择需要考虑其电导率和磁流变性能，以满足稳定悬浮的要求。
2. 轴向磁力平衡系统设计轴向磁力平衡系统的设计需要考虑力的平衡性和响应速度。
感应线圈应布置在合适的位置，以使得感应电流与轴向力成正比。
压力传感器的选择需要具有高准确度和快速响应的特性。
控制器的设计需要考虑信号处理和反馈控制算法，以实现轴向力的平衡。
3. 综合结构设计综合结构设计包括回转体、固定体、轴承载荷和密封结构等。
回转体应具有良好的几何形状和轴线的精度，以确保转子在旋转过程中的平衡性。
固定体的设计需要考虑其刚度和稳定性，以提供足够的支撑力。
轴承载荷的设计需要考虑转子的负载和运行速度，以确保轴承的耐用性和可靠性。
密封结构的设计需要防止水银泄漏，保护环境和人身安全。
三、水银磁悬浮轴承的性能优化1. 悬浮力稳定性的优化水银磁悬浮轴承的悬浮力稳定性是其性能的重要指标之一。
主动磁悬浮径向轴承结构
主动磁悬浮径向轴承结构
主动磁悬浮径向轴承是一种采用磁力来支撑和悬浮旋转机械轴
的装置。
它通常由定子和转子两部分组成。
定子部分包括电磁铁和
控制系统，而转子部分则包括轴承和被支撑的旋转机械轴。
在主动磁悬浮径向轴承中，电磁铁通过施加磁场来产生磁力，
从而支撑和悬浮转子部分。
控制系统负责监测转子的位置和运动状态，并根据需要调整电磁铁的磁场，以保持转子在预期的位置和轨
迹上运动。
这种结构能够有效减少机械轴和轴承之间的摩擦和磨损，从而提高设备的运行效率和可靠性。
主动磁悬浮径向轴承的结构设计通常需要考虑多个因素，包括
电磁铁的布置方式、控制系统的稳定性和精度、以及轴承部分的材
料和制造工艺等。
此外，为了确保设备的安全性和稳定性，还需要
考虑防止磁场泄漏和电磁干扰的措施。
总的来说，主动磁悬浮径向轴承结构是一种复杂而高效的技术
装置，它通过磁力支撑和悬浮转子部分，能够显著改善旋转机械设
备的性能和可靠性。
在实际应用中，需要综合考虑材料、工艺、控
制系统等多个方面的因素，以确保主动磁悬浮径向轴承能够稳定可靠地运行。
磁悬浮轴承应用及分析
磁悬浮轴承发展及应用概述 ：磁浮轴承是利用磁力实现无接触的新型轴承，具有无接触、不需要润滑和密封、振动小、使用寿命长、维护费用低等一系列优良品质，属于高技术领域。
轴承是机电工业的基础产业之一，其性能的好坏直接影响到机电产品（如超高速超精密加工机床）的科技含量及其在国际上的竞争力。
本项目不仅要可以在国内建立生产磁浮轴承的高技术企业，填补国内在这方面的空白，而且可以带动机电行业的很多相关企业进行产品结构调整，形成新的经济增长点。
此外，本项目具有重要的国防应用价值，可为我国研制以磁轴承支承的新一代航空发动机储备先进的科学技术。
磁浮轴承的基本原理磁浮轴承从原理上可分为两种，一种是主动磁浮轴承（active magnetic bearing），简称AMB；另一种是被动磁浮轴承（passive magnetic bearing），简称PMB。
由于前者具有较好的性能，它在工业上得到了越来越广泛的应用。
这里介绍的是主动磁浮轴承。
磁浮轴承系统主要由被悬浮物体、传感器、控制器和执行器四大部分组成。
其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。
下图是一个简单的磁浮轴承系统，电磁铁绕组上的电流为I，它对被悬浮物体产生的吸力和被悬浮物体本身的重力mg相平衡，被悬浮物体处于悬浮的平衡位置，这个位置也称为参考位置。
假设在参考位置上，被悬浮物体受到一个向下的扰动，它就会偏离其参考位置向下运动，此时传感器检测出被悬浮物体偏离其参考位置的位移，控制器将这一位移信号变换成控制信号，功率放大器使流过电磁绕组上的电流变大，因此，电磁铁的吸力也变大了，从而驱动被悬浮物体返回到原来的平衡位置。
如果被悬浮物体受到一个相上的扰动并向上运动，此时控制器和功率放大器使流过电磁场铁绕组上的电流变小，因此，电磁铁的吸力也变小了，被悬浮物体也能返回到原来的平衡位置。
因此，不论被悬浮物体受到向上或向下的扰动，下图中的球状被悬浮物体始终能处于稳定的平衡状态。
磁悬浮轴承（简图）摘要磁悬浮轴承(Magnetic Bearing) 是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。
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山东大学硕士学位论文径向磁悬浮轴承的电磁场分析和结构优化设计姓名：陈帝伊申请学位级别：硕士专业：电工理论与新技术指导教师：刘淑琴20080420山东大学硕士学位论文中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。
关键词：电磁场分析；磁悬浮轴承；结构优化设计山东大学硕士学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＡｃｔｉｖｅｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇ（ＡＭＢ）ｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｐｒｏｄｕｃｔｓａｎｄａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｂｅａｒｉｎｇｗｈｉｃｈｓｕｓｐｅｎｄｓｔｈｅｒｏｔｏｒｉｎａｃｏｎｔａｃｔ－ｆｒｅｅｍａｎｎｅｒ．Ｓｉｎｃｅｉｔｈａｓｍａｎｙａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｓｕｃｈａｓｎｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｎｔａｃｔ，１１０ｆｒｉｃｔｉｏｎ，ｌｏｗｅｒｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｌａｓｔｉｎｇｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅａｎｄｗｉｔｈｏｕｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅｍｏｒｅｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｉｎｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｙｇｅｔａｂｅｔｔｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｗｅｍｕｓｔｍａｋｅｉｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｒｅｓｉｍｐｌｅａｎｄｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｍｏｒｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔ，ｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅｒｅｕｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｃｏｓｔｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅａｌｉｓｔｉｃｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｔｏｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｔｏｔｈｅｒａｄｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ，ｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｓｔａｒｔｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ，ｆｏｒｍａｋｉｎｇｉｔｔｏｂｅｔｔｅｒａｐｐｌｉｅｄｔｏｇｒｉｎｄｅｒ．Ｄｅｔａｉｌｓａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ：１．Ｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｏｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎａｌｙｓｉｓ，ｇｉｖｅｎｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｏｆｔｈｅＭａｘｗｅｌｌｅｑｕａｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｗｉｍｒａｄｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｆｏｒｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｓｅｔｐｓ．２．ＩｔｍａｋｅｓｄｅｔａｉｌｅｄａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｒａｄｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｂｙＭａｘｗｅｌｌｂｙａｎｓｏｔｌｅｍｂｒａｃｅｉｎｇ，ａｎｄｇｅｔｓｓｅｖｅｒａｌｇｕｉｄｉｎｇｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．３．Ｉｔｄｅｔａｉｌｓｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｄｅｓｉｇｎｓｔｅｐｓｏｆｒａｄｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｔｉｎｇｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｉｔｓｔｈｅｒｍａｌｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍａｎａｌｙｓｉｓ．４．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｏｒｅｇｏｉｎｇｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｏｆｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎｄｒａｄｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓｔｗｏｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ，ａｎｄｇｉｖｅｔｈｒｅｅｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．５．ＩｔｐｒｅｐａｒｅｓｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｓｏｆｔｗａｒｅｗｉｔｈＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ，ａｎｄｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎａｌｙｓｉｓ；ＭａｇｎｅｔｉｃＢｅａｒｉｎｇｓ；ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＩＩ原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本声明的法律责任由本人承担。
论文作者签名：叠缉望日期：宴翌窒！垒兰』关于学位论文使用授权的声明本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。
（保密论文在解密后应遵守此规定）论文作者躲鳟聊虢巫亏躺盟幽山东大学硕士学位论文１．１磁悬浮轴承概述１绪论磁悬浮轴承，也简称磁轴承，是利用磁力作用将转子悬浮于空间，使转子与定子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承。
与传统滚动轴承（ＲＥＢ），滑动轴承以及油膜轴承（ＦＦＢ）相比，具有许多优越性能【１、２１：（１）可容许转子达到很高的转速。
磁轴承支承的转子可以在超临界，即在每分钟数十万转的工况下工作，是因为其圆周速度只受转子材料强度的限制。
（２）功耗小。
在转速为１０，０００ｒ／ｍｉｎ时，磁轴承的功耗大约只有流体动压滑动轴承的６％，只有滚动轴承的１７％。
（３）维护成本低，寿命长。
由于磁轴承是靠磁场力来悬浮轴颈的，相对运动表面之间没有接触，不存在摩擦、磨损和接触疲劳产生的寿命问题，而电子元器件的可靠性在额定的工作条件下远远高于机械零部件，所以磁轴承的寿命和可靠性均远高于传统类型的轴承。
（４）无需润滑，不存在润滑剂对环境的污染，在真空、辐射和禁止润滑剂介质污染等应用场合，如真空技术、超净无菌室以及腐蚀性或非常纯净的介质等，磁轴承具有无可比拟的优势。
在一般场合，由于省掉了润滑油的存储、过滤、冷却和循环等设施，在价格和占有空间的位置上，完全可以和滑动轴承相竞争。
（５）磁轴承的动力学参数（如刚度、阻尼等）可以通过调节控制器参数方便的进行调解，其回转精度可以达到微米级或更高。
刚度可以按实际要求来设计，可达到非常高的刚度。
（６）磁轴承可以自动输出支承载荷和轴颈位置的变化等信息，不需添加任何设备即可实现轴承转子系统的运行状态监测。
（７）除产生悬浮转子的支承力外，磁轴承还能作振动阻尼器。
正是由于上述磁轴承独特的性能，被公认为极有前途的新型轴承。
众所周知，机床的主轴转速是提高零件加工表面质量的重要因素，如车床和磨床等，而高速旋转的主轴以及较高的摩擦发热量则是普通的机械式轴承难以承山东大学硕士学位论文受的。
应用磁轴承的机床则可以解决这些问题。
应用了磁悬浮技术的机床不但转速高，而且能耗低，无需润滑，刚度和阻尼可以在线调节，从而达到较高的加工精度，且可用于超精加工场合。
１．２磁悬浮技术的应用上个世纪７０年代，由于科学技术的飞速发展，磁轴承技术得到迅速发展，并开始进入应用阶段：（１）航天工业方面【１２】。
主动磁轴承（ＡＭＢ）主要的应用对象有低轨道地球卫星和航天器中的超真空泵、中子粉碎机、卫星惯性飞轮和能量储存飞轮、姿态控制飞轮、火箭引擎透平泵、制冷透平泵、坏状悬浮定位系统以及反射镜的驱动机械装置等。
在航天飞行器中使用ＡＭＢ的优点有：１）无物理接触，消除了在力反馈轴承（ＦＦＢ）和ＲＥＢ中材料间的冷焊现象，具有无限的期望寿命。
２）具有非常低的摩擦损耗，总功耗比同尺寸的ＦＦＢ并ＩＲＥＢ要小１～２个数量级。
３）消除了ＲＥＢ缺陷，如不平衡质量、机械误差等引起的振动、噪声问题。
４）能使陀螺效应减至最小，提高轴承——转子系统的稳定性。
今后，空间技术仍将是磁轴承的主要应用领域之一。
（２）在机床主轴支承中的应用。
随着现代工业对加工精度的不断提高以及机床转速的增加，传统的滚动轴承和静压轴承均己明显地不能满足对支承的要求，其中尤以噪声、振动、发热及使用寿命等问题更为突出。
另外，在传统的轴承中，供油系统也是必不可少的，这不仅使结构更趋复杂，同时又产生了诸如污染等许多问题。
可幸的是，上述问题在采用了磁轴承后，均能获得圆满的解决。
法国的Ｓ２Ｍ公司己在数百台机床上成功地应用了电磁轴承【１３】，包括各种高精度车床、铣床和磨床，而磨床方面的应用尤为突出。
例如，采用了电磁轴承的内圆砂轮主轴的轴颈可比滚动轴承砂轮的大２倍，能实现圆周速度达６０ｍ／ｓ的内圆小孔研磨（１２－－１８ｒ／ｍｉｎ），现已做蛩Ｊ８００，０００ｒ／ｍｉｎ功率ｌｋＷ）：而切削铝合金的铣床主轴转速可达３０，０００ｒ／ｍｉｎ，最大功率３５ｋＷ，进给量达４．５ｍ／ｍｉｎ以上，转速可达１０，０００ｒ／ｍｉｎ以上；用于超精密加工时，加工精度达０．１ｕｍ，光洁度达０．０１ｐｍ。
（３）其它工业技术方面。
在一般工业生产中第一个装有磁轴承系统的是德国Ｌｅｙｂｏ卜Ｈｅｒａｅｕｓ公司发明的涡轮机驱动的真空泵，其额定转速３０，０００ｒ／ｍｉｎ，工作２气隙直径９０ｍｍ，转子重７ｋｇ，高真空、高转速、长寿命。
在轻工业中，磁轴承主要应用于涡轮分子真空泵、离心机、液态泵、纺织机主轴、小型低温压缩机、旋转光学镜主轴、旋转阳极ｘ射线管、中子分选器等。
法国研制成功一台冶金实验用的小型超高速离心机，其转速达８００，０００ｒ／ｍｉｎ。
在重工业中，磁轴承也得到了应用。
德国ＡＢＢ公司采用磁轴承系统研制成功了第一台大型核能用部件，即ＭＡＬＶＥ实验循环器，其转子重２吨，功率４００ｋＷ，外伸推进器直径１．２５ｍ．由于磁轴承具有独特的优良性能，在能源工业中，特别是在核能技术的研究中，它将发挥越来越大的作用。