永磁磁力轴承的设计计算与分析
轴承压轴力计算公式
轴承压轴力计算公式轴承是机械设备中常用的零部件，用于支撑旋转机械零件的轴。
在轴承工作时，会受到来自旋转部件的轴向力的作用。
因此，对于轴承来说，计算轴向力是非常重要的。
本文将介绍轴承压轴力的计算公式及其应用。
轴承压轴力是指轴承在工作时所受到的轴向力。
在实际工程中，需要计算轴承压轴力，以确定轴承的选型和轴承座的设计。
轴承压轴力的计算公式如下：F = C0 × (Y × Fr + Y0 × Fa)。
其中，F为轴承压轴力，单位为N；C0为轴承的基本静载荷，单位为N；Y为轴承系数，取值范围一般为0.5-0.8；Fr为轴承的径向力，单位为N；Fa为轴承的轴向力，单位为N；Y0为轴承系数，取值范围一般为0.6-1.0。
在实际工程中，轴承的选型和轴承座的设计需要根据实际工况来确定。
在计算轴承压轴力时，需要考虑轴承所受的径向力和轴向力。
通常情况下，径向力是由旋转部件在轴向上的惯性力和离心力引起的，而轴向力则是由机械装置的工作负荷引起的。
因此，在计算轴承压轴力时，需要分别考虑这两种力的作用。
对于径向力Fr，可以通过以下公式进行计算：Fr = m × r ×ω^2。
其中，m为旋转部件的质量，单位为kg；r为旋转部件的半径，单位为m；ω为旋转部件的角速度，单位为rad/s。
对于轴向力Fa，可以通过以下公式进行计算：Fa = P ×η。
其中，P为机械装置的工作负荷，单位为N；η为机械装置的传动效率，取值范围一般为0.8-0.95。
通过上述公式，可以计算出轴承所受的径向力和轴向力，进而计算出轴承的压轴力。
在实际工程中，需要根据轴承所受的压轴力来选择合适的轴承型号和轴承座设计，以确保轴承能够正常工作并具有足够的寿命。
除了上述的计算公式，轴承压轴力的计算还需要考虑一些其他因素，如轴承的工作温度、润滑情况、安装方式等。
这些因素都会对轴承的压轴力产生影响，因此在实际工程中需要综合考虑这些因素，以确定轴承的选型和轴承座的设计。
永磁偏置的电磁轴承研究
南京航空航天大学博士后学位论文永磁偏置的电磁轴承研究姓名：曾励申请学位级别：博士后指导教师：刘正埙;徐龙祥19990501曾励・南京航空航天大学博士后科研工作报告摘要型高性能轴承。
由于定子和转子之机械能耗极低、无噪声、无需润滑、无油污染、寿命长等优点，因此它具有广泛的应用前景。
２艉出并设计了实验用励磁电磁轴承的具体装配结构，给出了主要零部件的结构及其甫蜷工艺。
３．提出并建立了永磁电轴承磁铁在空载和负载时的磁铁工作图图解分析及数学分析方法。
为了使磁铁得至峨大限度的利用，详细地分析了永磁电轴承磁铁对磁路系统发出的磁能，导出了磁铁工作在去磁曲线上时，磁铁向步卜发出总磁能的最大磁能积点；并铪出了去磁曲线为直线性和双曲线性但磁铁工作在回复直线上）的永磁电轴承磁铁输出的最大总磁能及最大有效磁能的计算公式，为研究永磁电轴承磁路的磁能奠定了理论基础。
４对永磁电轴承的悬浮机理进行了研究，利用磁铁工作图的数学分析法，导出了永磁电轴承工作气隙处的叠加磁通关系，进而得出了磁悬浮力与转予位移、控制电流以及永磁体内部磁动势的非线性关系分析式，为分析永磁电轴承的静、动态特性及稳定性，提供了理论依据。
５．分偏置磁通小于磁极饱和磁通、偏置磁通等于磁极饱和磁通、偏置磁通大于磁极饱和磁通等三种情况，讨论了永磁电轴承的最大承载能力，并得出结论；永磁体的设计选择，应使其提供的偏置磁感应强度大于等于饱和磁感应强度的—半，以使承载力为最大。
６．介绍了设计永磁电轴承的结构参数计算式，提出根据最大总磁能原理确定永久磁铁的参数，力求有最大的磁能输出，以缩小磁铁和整个电轴承的尺寸。
ｚ建立了永磁电轴承控制系统的模型。
为分析系统稳定性，及静、动态特性提供了理论依据。
８．对所研制的永磁电磁轴承进行了实验研究。
给出了试验所得的磁轴承刚度特性、控制电流特性以及起浮特性，并得出结论：永磁电磁轴承比勖磁电磁轴承功耗低，体积小，重量轻，且控制系统设计简单。
卜～致谢本报告是在导师刘正埙教授、徐龙祥教授的细心指导下完成的。
磁力轴承
磁力轴承一工作原理传感器俭测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号．然后功率放大器特这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力从而使转子维持其悬浮位置不变。
实质过程是不断调节转子位置的过程，提高传感器的精度及功放的反应能力。
二分类、特点及其应用1 分类⑴无源（被动）磁力轴承是利用位置变化来直接改变激磁电路本身的参数使其达到稳定悬浮的；个人认为这里的无源就是不加以人为的控制，这种轴承也主要指的是用永磁体来实现转子的悬浮的，它是靠产生的斥力（吸力无法实现稳定悬浮）来改变气隙大小（S越小，f越大），从而来改变其他一些磁路参数（H、B等）来改变磁力大小，实现转子“稳定”悬浮。
⑵有源（主动）磁力轴承是指由位移传感器检测出转子偏离位置，伺服控制系统根据其位置信号来迅速改变磁场力，使物体始终保持在一定的位置范围内，以达到稳定的悬浮。
很显然要实现精确的控制，传感器精度一定要高，并且整个控制系统作出的响应也要快，不然转子就要碰到定子了，重要一点是单靠检测位移或位移反馈来控制电磁力是不太准确的，因为我们转子必然存在圆度误差，还有定子的几何误差等等，有时检测出的位移偏差很可能是由于转子的圆度误差引起的，而不需要改变控制电流的大小；有时可能由于圆度误差补偿了转子的位移偏差，而需要对控制电流加以调整。
对于这个问题，我认为：由于各种误差信号的影响，以及控制系统的响应的快慢有一定的限制，我们不可能对检测到的所有位移偏差信号来施以对应的控制，而且我们也没有必要对转子的偏差进行完全的实时控制，这样做也许会导致控制系统变得不稳定，可以这样设想，假设气隙允许最小间隙为S当 ＜S时，我们开始控制它。
⑶复合磁力轴承（永磁体+电磁铁）永磁体产生磁力来平衡转子重力，电磁铁产生的电磁力来平衡外载。
2 特点⑴无机械接触的特点（省）⑵控制特点a. 可对转子位置进行控制，即使转子不在轴承中心也能支承主轴，转子可在径向和轴向自由移动。
磁力轴承参数化结构设计研究
必 须 考 虑 到 整 Ａ－ ＇ 磁
磁 力 轴 承 产 品概 念 功 能设 计
力 轴 承 的设 计 ， 力 磁 轴 承 的 热 分 析 、 场 磁 分 析 、 制 仿 真 的 结 控
产 品 具 体 设 计 目标 参 数 确定
点 实 验 室 自主 研 发 的 磁 力 轴 承 为 例 ， 绍 磁 力 轴 承 的 介 参 数 化设 计方 法 ， 过 研 究 为磁 力 轴 承个 性 化设 计提 通
法 ， 而在 Ｓｌ Ｗｏｋ 台 上 以 Ｖｓａ Ｃ＋ ＋为 工 具 实现 了磁 力轴 承 参 数 化 结 构 设 计 ， 进 ｏｄ ｒｓ平 ｉ ｉ ｌ ｕ 为磁 力 轴 承 设 计 分 析 软 件 系统 提 供
了结 构部 分 的解 决方 案 。
关键词 ： 磁力轴承
结构设计
参数化
Ｓ ｌＷｏｋ ｏｉ ｒｓ ｄ 文章编号 ：００—４ ９ （０ ７ ０ １０ ９ ８ ２ ０ ）５—０ ２ ０ ０ ２— ３
对 专 门开 发 磁 力轴 承单 位 单 独 “ 制 开 发 ” 套 Ｃ 定 一 ＡＤ 软 件 ， 开发 湖 北 省数 字 制造 重 点 实 验室 产 磁 力轴 承 即
专用 参数 化设计 软件 ， 践证 明这 种方 法是 可行 的 。 实
高 精 度 、 磨 损 、 润 滑 、 污 染 、 功 耗 等 优 良特 性 『 。 无 无 无 低 】 １
一种永磁轴承的设计和磁场分布的解析计算
Aφ (ρ, 5ρ
z)
=
μ0 Kd z2 2πρ[ ( R +ρ) 2 + ( z -
z2 ) 2 ]1/ 2 ·
[ ( R +ρ) 2
+ ( z - z2 ) 2 ] - [ R2 +ρ2 + ( z ( R +ρ) 2 + ( z - z2 ) 2
z2 ) 2 ] ·
F( k)
-
( R +ρ) E( k)
不存在体电流密度 , 即 J = 0 。
考虑如图 1 所示轴向均匀磁化永磁环 , 其磁作 用可理解为由柱面上的一层环形电流片产生 。由于
是均匀磁化 , 永磁体在宏观上表现为只有表面电
流 , 无体电流存在 。其面电流密度 K = M 。根据磁
环的轴对称性 , 采用柱坐标系 , 建立如图 1 所示坐
标系 , 应用式 (4) , 由电流环 Kd z2 在其外部空间任
L I Qun2ming , WAN Liang , DU AN J i2an
( School of Mechanical and Elect rical Engineering , Cent ral Sout h U niversity , Changsha 410083 , China)
Abstract :Axially polarized permanent magnet ring is t he basis to design a new t ype of radial per2 manent magnet bearing. Wit h co mbinatio n of size and number of permanent magnet rings , differ2 ent permanent magnet bearings can be designed to meet different needs , in which t he magnet field dist ributio n of rings determines t he perfo rmance of permanent magnet bearings. Fro m t he molec2 ular current viewpoint , t he magnetic vecto r potential was employed to o btain t he analytical t he magnet field dist ributio n exp ressed by co mplete elliptic integral for axially polarized permanent magnet ring. U sing t he p rinciple of linear superpo sitio n , t he magnet field dist ributio n of o ne or several permanent magnet rings can be o btained. Camparing t he simulatio ns and experimental da2 ta of a permanent magnet ring , t he calculatio n error of t he magnet flux densit y is less t han 8 %. The result s show t hat t he calculatio n formula is correct . Key words :radial permanent magnet bearing ; magnetic vector potential ; magnet flux densit y ; el2 liptic integral
永磁向心轴承承载能力与刚度的计算
永磁向心轴承承载能力与刚度的计算永磁向心轴承在许多应用领域具有很高的实用价值。
它与传统的机械轴承相比具有磨损小、摩擦小、寿命长等显著优点。
为了有效地设计和使用永磁向心轴承，需要准确计算其承载能力和刚度。
本文将系统地介绍永磁向心轴承承载能力和刚度的计算方法。
1. 永磁向心轴承的基本结构永磁向心轴承是由永磁体和轴承套组成的，在轴向方向上分别有一个磁极，用于在径向方向上产生磁场。
在轴承套和永磁体之间设置有一定的间隙，使得轴承可以在气体或液体的介质中工作。
永磁向心轴承的磁场可以在轴向和径向方向产生较强的力，可以承受一定的载荷。
2. 永磁向心轴承的承载能力计算永磁向心轴承的承载能力受多种因素影响，如磁体的磁场强度、气体或液体的介质、轴承的材料等。
以下列举常见的永磁向心轴承的承载能力计算方法。
(1) 基于轴向力和径向力的计算方法在一个永磁向心轴承中，轴向力和径向力的合力是轴承所能承受的最大载荷。
因此，可以根据轴向力和径向力的大小计算永磁向心轴承的承载能力。
具体计算公式如下：$$F_{B}=C_{1}\sqrt{F_{R}^{2}+F_{A}^{2}}$$其中，$F_{B}$表示永磁向心轴承所能承受的最大载荷，$F_{R}$为径向力的大小，$F_{A}$为轴向力的大小，$C_{1}$为常数，一般在1.4到2.0之间。
(2) 基于材料强度的计算方法永磁向心轴承的承载能力也与轴承材料的强度有关。
如果轴承材料的强度比所承受的载荷大，则轴承会疲劳损坏。
因此，还可以根据轴承材料的强度来计算永磁向心轴承的承载能力。
具体计算公式如下：$$F_{B}=\frac{P_{b}\times d_{2}}{K_{f}\times S}$$其中，$F_{B}$表示永磁向心轴承所能承受的最大载荷，$P_{b}$为轴承的基本动载荷，受轴承材料、轴承尺寸及精度等因素的制约，通常在轴承出产厂商的宏观力学实验中得到；$d_{2}$为内径直径，$K_{f}$为可靠性系数，$S$为轴承的静态强度。
永磁体空间磁场的分析计算及其在永磁磁力轴承中的应用
永磁体空间磁场的分析计算及其在永磁磁力轴承中的应用一、本文概述本文旨在深入探讨永磁体空间磁场的分析计算方法及其在永磁磁力轴承中的应用。
永磁体作为一种无需外部能源即可产生持续磁场的材料，在诸多领域，尤其是磁力轴承技术中，具有广泛的应用前景。
因此，研究永磁体空间磁场的特性及其精确计算方法，对于优化磁力轴承的设计和提高其性能具有重要意义。
本文首先将对永磁体空间磁场的基本理论和分析方法进行阐述，包括磁场的基本性质、永磁体的磁化特性、磁场的数学模型以及相应的求解方法等。
在此基础上，本文将重点介绍几种常用的永磁体空间磁场计算方法，如有限元法、边界元法、磁路法等，并分析它们的优缺点和适用范围。
随后，本文将详细探讨永磁磁力轴承的工作原理和磁场分布特点。
磁力轴承作为一种新型的高性能轴承，具有无机械接触、无磨损、无润滑等优点，因此在高速、高精度、高可靠性等要求较高的场合具有广泛的应用。
通过对永磁磁力轴承磁场的分析计算，可以优化轴承的设计参数，提高其承载能力和稳定性。
本文将结合具体案例，展示永磁体空间磁场分析计算在永磁磁力轴承设计中的应用。
通过对比分析不同计算方法的结果，验证其准确性和有效性，并探讨未来可能的改进方向。
本文的研究成果将为永磁磁力轴承的设计和优化提供理论支持和实践指导，推动磁力轴承技术的进一步发展。
二、永磁体空间磁场的理论基础永磁体空间磁场的分析计算，首先需要建立在电磁场理论的基础之上。
电磁场理论是物理学的一个重要分支，主要研究电荷、电流和磁场之间的相互关系。
在永磁体的情况下，磁场是由永磁体内部磁化产生的，不需要外部电流源。
磁矢势与磁场的关系：磁矢势是一个重要的物理量，它与磁场强度有着直接的关系。
通过求解磁矢势的分布，可以进一步得到磁场的分布情况。
在永磁体空间磁场的分析中，通常使用毕奥-萨伐尔定律来描述磁矢势与永磁体磁化状态之间的关系。
磁场的解析解与数值解：对于简单的几何形状和均匀的磁化分布，可以通过解析方法求得磁场的解析解。
磁力联轴器结构分析与计算
2019.12科学技术创新-47-磁力联轴器结构分析与计算王湛苏(中国石油抚顺石化公司石油一厂，辽宁抚顺113001)摘要：采用电磁学与力学相结合的方法分析磁力联轴器结构，并通过实验与理论相结合的方法整理出符合磁力联轴器实际的理论基础。
关键词：等效磁阻磁扭矩；气隙；涡电流中图分类号:TH133.4文献标识码:A文章编号:2096-4390(2019)12-0047-02磁力联轴器与我们所熟知的其它联轴器不同的点在于主从两轴的非接触式传动。
这样可以极大的解决振动问题,可以根据现场工况的需要进行静态密封，同时兼有过载保护等优点。
本文通过对磁力联轴器磁场分析研究磁力联轴器的扭矩传递情况，同时与实验数据相结合，从而论证理论计算的准确性。
1磁力联轴器的基本原理磁力联轴器是驱动端的旋转铜导体对从动端的永磁体盘进行切割磁感线运动,从而驱动端带动从动端进行旋转运动的非接触式联轴器。
具体如下：当电机启动时,铜导体对永磁盘进行切割磁感线运动，在铜盘中产生涡电流，而涡电流产生了电磁场。
由楞次定律可知，涡电流感应出的磁场与永磁体的原磁场进行耦合，由此生成磁传递扭矩,进而带动永磁盘跟随铜盘同向转动，由于铜盘转子以固定转速转动，所以铜盘与永磁盘之间速度差慢慢减小，最终两转子保持某一固定转速差稳定工作。
磁力联轴器两轴之间的转速差所损耗的能量又称滑差损耗，由焦耳定理可知滑差损耗最终以焦耳热的形式消耗。
因此我们可以理解为当两轴之间的转速差越大时，铜板上的温度就越高,损失的能量就越大。
2基本结构磁力联轴器的工作原理如下图所示，它是由导体盘转子和永磁体盘转子两大部分构成，导体盘转子与驱动轴相连接，由221评价项目海水质量评价的项目包括:pH、溶解氧、化学需氧量、石油类、活性磷酸盐、无机氮、非离子氨、汞、铜、铅、镉、碑共12项。
222评价标准及指标2.2.2.1海水水质标准。
海水质量评价采用《海水水质标准》(GB3097-1997);按海水环境功能区评价：灵山岛执行一类标准;风河口、胶南浴场、连三岛、唐岛湾、黄岛外海、胶南外海6个点位执行二类标准,前湾口、贡口2个点位执行四类标准。
基于ANSYS的推力永磁轴承磁力特性研究
案 值为 0． 001 m。而相对磁环来说，空气和远场作为 E n 包络场，其对网格所要求的精度不高，故对其进行 A .c 自由网格划分，并设置面单元边长为 0． 002 m。
2． 3 加载求解
C g 在研究推力永磁轴承内部的磁场分布时，暂 r 不考虑其向外的漏磁，因此在模型最外层加上磁
凯 o 面重合时能产生较大的轴向力，而径向方向上的
不稳定力 较 小，适 合 做 斥 力 型 轴 向 轴 承。 故 文 中
e 以此类型永磁轴承单元作为基本结构组成一种推 O 力永磁轴承，其结构如图 2 所示，该轴承主要用于 CAwMwEw.cam 承受轴向载荷。
环对动磁环的磁力 Fz1 （ 方向向上） 相应增大，而动 磁环与上定 磁 环 间 的 气 隙 变 大，上 定 磁 环 对 动 磁
值。空气的相对磁导率设置为 1，磁环的材料则通
过设置 Hc 和 μr 来完成。由于磁环材料采用 N35
型 NdFeB，根据 实 验 室 所 定 制 的 磁 环 测 得： Hc =
922 880 A / m，Br = 1． 210 6 T。由 于 真 空 磁 导 率
μ0 = 4π × 10 － 7 H / m，故磁环的相对磁导率 μr = Br /
ISSN1000 － 3762 轴承 2014 年4 期 CN41 － 1148 / TH Bearing 2014 ，No． 4
5 －9
基于 ANSYS 的推力永磁轴承磁力特性研究
张坚，孙玉卓，张海龙，孟庆涛，张钢
（ 上海大学 机电工程与自动化学院，上海 200072）
摘要： 对一种推力永磁轴承进行了力学特性分析，由于其只产生轴向位移且具有轴对称结构，故将其简化成轴
永磁偏置型径向磁悬浮轴承参数设计方法研究
12 月 第 12 期
机械科学与技术 Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering
December Vol． 32
2013 No． 12
永磁偏置型径向磁悬浮轴承参数设计方法研究
梅磊， 张广明， 王德明
若选 用 的 软 磁 材 料 电 磁 性 能 的 线 性 区 间 为 ［ B min ， B max ］ ， 则主气隙中偏置磁场磁通密度 B bp 与控 制磁场磁通密度 B cp 通常设计为： B bp = 0. 5 （ B max + B min ）
图2 永磁偏置型径向磁悬浮轴承 中的偏置磁场与控制磁场
1215 收稿日期： 2012基金项目： 国家自然科学基金项目 （ 51277092 ） 和江苏省科技支撑计 划项目（ BE2011188 ） 资助 作者简介： 梅磊（ 1979 － ） ， 讲师， 博士， 研究方向为磁悬浮轴承技术 ， meilei@ njut． edu． cn
的结构与工作原理。 提出了一种基于磁通量
［ 46 ］
场， 又存在电磁磁场， 结构常较其它类型磁悬浮轴承 复杂， 相关的结构参数也较多。 且成形后偏置磁场 无法调整， 基于简单的等效磁路法的设计方法 已不能满足高精度的设计要求。 本文 介 绍 了 一 种 永 磁 偏 置 型 径 向 磁 悬 浮 轴 承
［12 ］ ［711 ］
。
由于永磁偏置型磁悬浮轴承内部既存在永磁磁
2b） 所示。控制磁场通过径向磁极、 定子磁轭、 主气 隙及转子铁心形成闭合磁路。 结合图 2a ） 可知， 上 主气隙中控制磁场与偏置磁场方向相同 ， 磁场增强； 下主气隙中控制磁场与偏置磁场方向相反 ， 磁场减 此时转子铁心受到的悬浮力方向向上。 若通入 弱， 的电流方向与图中所示相反， 则转子铁心受到的悬 浮力方向向下。因此， 只要转轴受到的垂直方向负 载不超过磁悬浮轴承的承载力， 磁悬浮轴承都能产 生方向向上或向下， 且大小可控的悬浮力， 实现转轴 在垂直方向的稳定悬浮。 同理， 只要转轴受到的水 磁悬浮轴 平方向负载不超过磁悬浮轴承的承载力， ， 承都能产生方向向左或向右 且大小可控的悬浮力， 实现转轴在水平方向的稳定悬浮 。 综合上述， 该类型永磁偏置型径向磁悬浮轴承 能够实现径向两个自由度的稳定悬浮 。 2 永磁偏置型径向磁悬浮轴承的参数设计 永磁偏置型径向磁悬浮轴承参数设计流程见图 3。
新型永磁偏置轴向磁轴承的原理分析与参数设计
统可靠 性 得 以提高 ， 其在储 能 飞轮 、 使 动量 飞 轮等 高 速场 合具 有广 阔的应 用 前景 ¨ 。 。永 磁偏 置 轴 向磁 轴 承虽 然 只控 制转 子 铁 心 一 个 自由度悬 浮 ， 其 结 但 构简单 、 制 方便 ， 控 能较 为灵 活 的与其 它 型磁轴 承 构
收稿 日期 ：０ ２ ０ — ８ ２ １ — ２ ２ 改 稿 日期 ：０ ２ ０ — ２ ２ １— ５ ０ 基 金项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 （ ０ ７０ ６ 国 ５ ８７ ３ ） 江 苏 省 ” 大人 才 高 峰 ” 目 （ Ｎ ０ ３ 六 项 Ｘ Ｙ一 ４ ）
图１ 中同时标明了新型永磁偏置轴向磁轴承的 ： 高 磁路图。经转子铁心、 定子、 轴向 导磁体、 轴向气隙 ！ 髯 闭合的是偏置磁通（ １ 图 中的实线） 。轴向控制磁 ： 蠢 通则经转子铁心、 轴向定子、 轴向气隙闭合（ １中 ！ 图 愿 的虚线） 。从图１ 可见， 偏置磁通、 控制磁通与径向 ｉ 芬 完全解耦 ， 转子铁心主要作为偏置磁路， 可制成薄片 写
状圆 有利于缩短磁轴承的轴向长度， 盘， 转子的临界 ｉ 雾
转 速得 以提 高 ， 有 利于缩 短 控制磁 路 ， 也 励磁损 耗 得
ｌ
以降低 。 该 型 磁 轴 承 的磁 悬 浮 机理 如 下 ： 果转 子 铁 心 如
； ： ｊ ＿
…
… 巴． …‘
…
．
≯
盘 … …
（ ａｊ ｇＣ ｌ ｇ ｆ ｈ ｍｉ ｌ ｅｈ ｏ ｇ ， ａｊ ｇ ２ ０ ４ ， ｈｎ ） Ｎ ｎｉ ｏ ｅｅｏ Ｃ ｅ ｃ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｎ ｎｉ ， １０ ８ Ｃ ｉ ｎ ｌ ａＴ ｏ ｎ ａ
Ａｂｔａ ｔＡ ｎｗ ｐｒ ａ ｅｔ ａｎｔ ｉ ｘａ ｍ ｇ ｅｃｂａｉｇ（ Ａ ）ｗ ｓｉｔ ｄ ｃｄ ａｄｔｅｃｎ ｇｒｔｎ ａｄ ｓ ｃ： ｅ ｅｍ ｎ ｎ ｍ ｇｅ ｂ ｓａｉｌ ａｎｔ ｅｒ ｒ ａ ｉ ｎ Ｐ ＭＢ ａ ｒ ｕ ｅ ，ｎ ｈ ｏｆ ｕａ ｏ ｎ ｎｏ ｉ ｉ
永磁磁浮轴承的设计及其计算
永磁磁浮轴承的设计及其计算谭凤顺金能强(中国科学院电工研究所, 北京, 100080)摘要: 介绍了永磁磁浮轴承结构图及其工作原理。
采用等效表面电流法和A n so f t三维有限元电磁场计算软件计算比较了永磁磁浮轴承的悬浮力。
永磁磁浮轴承的损耗主要包括磁阻力矩损耗和涡流损耗。
文章推导了频域涡流场和涡流电流密度公式, 计算了磁阻力矩损耗功率和涡流损耗功率。
在无轴承电机、高速离心机、飞轮储能、。
关键词: 永磁磁浮轴承悬浮力损耗三维有限元计算1引言磁浮轴承是采用磁场力无接触的将转轴悬浮的轴承。
由于磁浮轴承无接触, 因而避免了机械磨损, 降低了能耗, 减小了噪声, 进而具有免维护、高转速、高精度和动力学特性好的优点。
磁浮轴承可适用于高速离心机、飞轮储能、航空陀螺仪等高速旋转系统。
根据悬浮方法, 磁浮轴承可分为无源磁浮轴承和有源磁浮轴承。
单纯使用永久磁体或超导体进行悬浮的轴承称为无源磁浮轴承。
包含了电源产生悬浮的轴承称为有源磁浮轴承。
永磁磁浮轴承(P M B )具有结构简单、造价低廉、使用可靠等优点, 但也存在刚度低的缺点。
有源磁浮轴承虽然具有刚度高的优点, 但是其控制系统复杂、运行效率低。
高温超导体磁浮轴承(H i gh T em p e ra t u r e Sup e r co n du c t i v i ty M agn e t i c B e a r i n g s: S M B ,由高温超导体与永磁体构成) 本身就是一个稳定系统, 且无需有源控制。
但是, 其承载能力低、刚度小、阻尼低等缺点束缚了自身的发展。
因此, 高温超导磁浮轴承与永磁磁浮轴承、有源磁浮轴承配合使用, 是有价值的方案。
在磁浮轴承中, 应用最广泛的是有源磁浮轴承 1 。
有源磁浮轴承的工作原理是: 由转子的偏心位移产生激励, 经过C PU 处理后生成控制电流, 通过执行磁铁产生磁力( 响应) 维持转子悬浮位置不变。
显然, 当偏心位移变化速度大于磁浮轴承响应速度时, 系统将不能稳定运行。
全永磁悬浮轴承的单元结构分析与设计基础
全永磁悬浮轴承的单元结构分析与设计基础*摘要：永磁体在电磁轴承中的应用越来越广泛。
为了减轻电磁轴承的重量，永磁体从开始的偏置到目前的独立支承，已经开始展示其在这一领域内的优越性。
但是，完全依靠永磁体实现转子的5自由度悬浮仍然是一个难点。
本文从永磁体构建的基本支承（轴承）单元分析出发，提出了建立全永磁悬浮结构的可能性及几种方案，并扼要地介绍了采用有限元的方法对这些基本单元的性状进行分析的过程，结果显示了这一构思的可用性，为今后发展这一技术提供了基础和借鉴。
关键词：全永磁悬浮；基本单元结构；有限元分析；设计基础Analysis and Design Foundation onStructure Units of Entire PermanentMagnetic BearingAbstract: The permanent magnet is more and more widespread in electromagnetism bearing application. In order to reduce the electromagnetism bearing the weight, the permanent magnet from the bias which started to the present independent supporting, already started to demonstrate it in this domain superiority. But, depended upon the permanent magnet to realize the rotor 5 degrees of freedom aerosol still was completely a difficulty. This article (bearing) the unit analysis embarked from the permanent magnet construction basic supporting, proposed established the entire permanent magnetism aerosol structure the possibility and several kind of plans, and succinctly introduced used the finite element the method to carry on the analysis to these basic unit character the process, finally had demonstrated this idea usability, for will develop this technology to provide the foundation and the model from now on.Key words: entire permanent magnetism aerosol；basic cellular construction；finite element analysis；design foundation0 引言电磁轴承及其应用的广泛性早已是众所周知的事情。
永磁向心轴承承载能力与刚度的计算
永磁向心轴承承载能力与刚度的计算的报告，600字
永磁向心轴承承载能力与刚度计算报告
永磁向心轴承是一种高精度轴承，用于在机械系统中实现高精度和可靠的传动。
它以较低的成本和较高的效率，能够解决轴承内部结构上出现的问题，并能够有效的减少摩擦损失。
因此，该技术在机械设计领域中被广泛应用。
计算永磁向心轴承的承载能力和刚度是采用该轴承的设计者必须考虑的重要因素。
首先，该轴承的承载能力是用来描述该轴承在使用过程中所能承受的最大轴向力和径向力的能力。
通常情况下，它可以根据轴承内部结构的不同而合理计算出不同的轴向力。
承载能力的计算依靠于以下几个因素：轴承的内径、外径和高度，轴承的额定负荷，轴承的轴向摩擦和转轮接触角及轴承材料的弹性模量。
其次，计算永磁向心轴承刚度时，需要考虑轴承结构，包括轴承夹套和内/外环，以及轴承设计和制造对刚度的影响。
通常
来说，轴承采用更紧凑的结构，其刚度会更高，而轴承采用较宽松的结构，其刚度会更低。
此外，轴承的精度也会影响轴承的刚度，轴承精度越高，刚度越高。
最后，需要通过实验来确定永磁向心轴承的实际承载能力和刚度。
在机械设计中，对于永磁向心轴承的承载能力和刚度的计算，是很重要的工作。
它不仅能够给出轴承的实际应用参数，还能够准确地了解轴承的机械性能，指导正确的设计。
总之，计算永磁向心轴承的承载能力和刚度非常重要，这两个性能指标可以反映出轴承在使用过程中的机械性能，并可以有效的帮助设计者准确地设计轴承，从而实现机械设计中的最佳效果。
永磁磁力轴承的设计计算与分析
外磁作用力分析计算时 , 首先用下面的微分算式 表达微小面积在竖向的排斥力 6 2 βdS d F = 1. 6 × 10 B cos 6 2 β( bR2 d β) = 1. 6 × 10 B cos 式中 : b为磁体轴向总长 ; β为微小面积法向与竖 向的夹角 。当夹角从 0 ～180 ° 做积分计算时 , 便得 到单侧的合力为
F近 = KbR 2 Lm B r
2
1
Lg - x
内、 外磁远离的一侧磁力约为
F远 = KbR 2 Lm B r
2
1
Lg + x
平衡力为
F x = F近 - F远 = KbR 2 Lm B r (
2
Lm Lg
5
1
Lg - x
-
1
Lg + x
) ( 10 )
式中 : K1 为常数项 , K1 = 0. 98 × 10 ; A 为磁作用面 积 ; R 为作用半径 。化去力臂 R 可得 Fmax的求导 公式为
1. 35 ) L g , 磁体的轴向高度按合理工作点计算
[8 ]
,
对于钕铁硼或钐钴合金单位磁导在 1. 1 附近较合 理。
的周围不能布满同极磁体 。 本文研究磁力轴承设计涉及的几个主要参数 有 : ( 1 ) 内外磁间隙 L g , 即外磁内半径与内磁外半 径的差值 ; ( 2 ) 中心力 F c , 即轴承一侧内 、 外磁之 间的相互排斥力 ; ( 3 ) 刚性力 F 1 , 即轴偏移距离为 1 mm 时轴承的磁向心平衡力 ; ( 4 ) 支承矩 E , 即内 外磁间隙 L g 与中心力 F c 的乘积 。本节重点讨论 内外磁间隙 L g 以确定磁结构参数 。 如图 1 所示 (内圆是内磁外弧所在圆 , 外圆是 外磁内弧所在圆 ) , 根据内外磁间隙 L g 的设计需 要确定磁体弧长 、 磁体厚度和磁体轴向高度等磁 结构参数 。设 内磁 内半 径为 R1 , 内磁 外半径 为 R 2 , 外磁内半径为 R3 , 外磁外半径为 R4 , 内外磁体 间隙 L g = R3 - R2 , 磁体圆弧夹角为 α, 永磁体弧长 α Ls = R 。按照磁学规律 , 以外磁内弧的中点做直 角的顶点 , 在外磁内弧所在圆上做内直角三角形 AB C, 两个直角边 AB 线和 AC 线所包围的同极磁 体均与外磁内弧中点磁极相斥 , 由图 1 可得 α h = R2 sin 2 α Δh = R2 - R2 cos 2 区域理想磁间隙为 α α ( 1) L g1 = h - Δh = R2 ( sin + cos - 1) 2 2 α α R3 = R2 + R2 ( sin + cos - 1) 2 2 α α ( 2) = R2 ( sin + cos ) 2 2
永磁轴承计算
P(x1 , y1 )
2
表示为
Pi, j
3
x1 i y1 j
l 1 i + N x1 2 a 1 j+ N y1 2
N y1
a
Pi, j
S1 x1· y1
0 0
a
l
a
0
(x
l
e· dx1· dy1· dx2 · dy2
2 x1 ) + ( y 2 y1 ) + e 2 2 2
3
2
其中 ms 所以
0 M Br
l a 0 0
Br2 令C 40
a 0 0
F23 C· e
(x
dx1· dy1· dx 2 · dy 2
2 x1 ) + ( y 2 y1 ) + e 2 2 2
3
2
a y2 j N y2
r2 , — —端面2上任一点的极坐标； r3 , — —端面3上任一点的极坐标；
e — —内环相对外环沿径向 方向的位移； x0 — —内环相对外环的轴向 位移； H — —内外磁环的轴向高度 ； R1 , R2 — —内环内外半径； R3 , R4 — —外环内外半径；
F — —径向外载荷，假定与 y方向一致；
1、根据Earnshaw理论，仅由永磁材料构成的磁轴 承，不可能实现稳定的完全悬浮，至少在1个自由 度上是不稳定的。径向永磁轴承，径向上稳定， 而轴向上不稳定；轴向上稳定，径向上不稳定。
2、轴向上固定，有利于提高径向承载力和刚度。
锥形永磁轴承磁力解析模型
锥形永磁轴承磁力解析模型田录林;李鹏【摘要】为了解决锥形永磁轴承缺乏磁力解析模型问题,基于平面点磁荷的磁场和虚功原理,结合两块平行矩形截面永磁体及锥形永磁轴承结构特点,建立了锥形永磁轴承的磁力解析模型,用ANSYS仿真验证了该解析模型的正确性,分析了锥形永磁轴承悬浮磁力与其结构参数之间的关系.研究结果表明:锥形永磁轴承磁力与磁环的平均周长和磁环磁通密度的平方成正比,磁力随着磁环径向宽度的增大而增大,小尺寸范围内随磁环截面长度的增大而增大;轴向磁力随磁环锥角的增大而减小,随轴向偏移的增大而减小.该研究模型为锥形永磁轴承设计计算及其结构参数优化提供了技术支持.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2014(025)003【总页数】6页(P327-332)【关键词】锥形永磁轴承;磁力;解析模型;ANSYS仿真【作者】田录林;李鹏【作者单位】西安理工大学,西安,710048;甘肃省电力公司电力科学研究院,兰州,730050【正文语种】中文【中图分类】TH133.30 引言要满足国家装备制造业对所亟需的精密机床、飞轮储能装置、风力发电机等重大装备关键零部件、高性能轴承的巨大需求，要实现旋转机械节能、高效高速可靠运转，必须解决高速转子的支承问题。
机械轴承有接触、需润滑，限制了它的最高转速和使用寿命，已成为传统驱动高速化的瓶颈。
磁悬浮轴承无摩擦，可以解决上述问题。
但电磁悬浮轴承耗能、控制复杂［1］，超导磁悬浮轴承需要制冷设备［2－3］，这限制了它们的应用，而永磁轴承具有结构简单、成本低、无摩擦、无能耗、无污染等特点，具有明显的竞争优势。
永磁轴承有不同的结构形式，相对于其他形式的永磁轴承，锥形永磁轴承具有同时承受径向和轴向载荷的优点，国内外一些学者对锥形永磁轴承进行了研究，取得了一些进展。
Hamler［4］提出了锥形永磁轴承结构，并采用有限元方法对其进行了仿真研究；Compter［5］根据电流模型得出三角形和梯形永磁体磁路模型，推导出磁化方向不同时的磁路计算方程；Bassani 等［6］依据等效电流方法，研究分析了锥形永磁轴承磁化方向对磁力大小的影响。
一种永磁轴承的刚度特性分析
环偏转角度， 即悬浮磁环轴线与固定磁环轴线夹角。 + , 0 轴向刚度系数 *& 轴向刚度系数的变化曲线 如图 5 。 由图中可以看出 *& 63 ， 悬浮磁环是轴向不稳定 的。 悬浮磁环偏移平衡位置量比较少时， 7 *& 7 的值比较
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机械制造 !! 卷 第 !"# 期
制造・材料
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个固定磁环轴向中点时， 相应的径向刚度系数 *1 的变 化曲线。 当 ’ 9 # 3- 9 ’ 44 时， 均为 *1<3 ， 说明在这个范 围内， 悬浮磁环是径向自稳定的。 +,0 径向刚度系数 *1 的拟合函数为 = *1 ! 38 3.55 /2 " 38 2.52 /. > 38 3.:/ / > ?8 /92, + 2 0 旋转刚度系数 *# 线作出的 *# 的变化曲线见图/。 旋转刚度系数 *# 的拟合函数为： *# ! 38 3,.5 !2 " 38 ,,?; !. > 38 3.:. ! > ,8 ,3/; + 5 0 可以看出， 故悬浮磁环在这 *# 是减函数但 *#<3 ， 个自由度上是自稳定的。 +20 根据旋转力矩 $ 的变化曲
2
各牵连刚度系数的数值解及其特性分析
+ , 0 牵连刚度系数 *&# 牵连刚度系数 *&# 是由偏
永磁偏置径向轴向磁悬浮轴承工作原理和参数设计
2
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
磁力轴承
磁力轴承磁力轴承是磁悬浮原理应用在机械工程领域中的一项新的支承技术，其区别于传统的支承方式，具有无摩擦、无磨损、无润滑、运动阻力小、转速高、精度高、功耗低以及寿命长等优点，随着有关研究的不断发展，已有的电磁轴承种类很多，按工作原理可分为三类：主动磁轴承、被动磁轴承、混合磁轴承。
对于磁力轴承的研究，国外早在18世纪40年代就开展了理论分析，并在19世纪中、后期逐步应用于工业领域，随着轴承的性能在不断提高，某些电磁轴承类产品已相当成熟；国内的相关研究虽然一直在升温，但整体上来说依然处于理论研究阶段，离工业应用仍有较大的差距。
总体来说，磁力轴承有很好的应用前景，这项技术的研究与应用标志着支承技术的全新革命。
一．磁力轴承的工作原理和基本结构在工业应用中，由于主动磁轴承明显的优于被动磁轴承，所以在此以主动磁轴承为例进行探讨。
主动磁轴承一般被称为电磁轴承，其集机械学、力学、控制工程、电磁学、电子学和计算机学于一体，其是靠主动电子控制系统，由可控电磁力使转子非接触地“支承”着轴承体，通常由转子、定子（电磁铁）、放大器、位置传感器、控制器和辅助轴承等部分组成（如图1.1）。
转子是系统的控制对象，转子和电磁铁要求有良好的磁性和机械性能；控制器是电磁轴承系统的核心，决定电磁轴承的好坏；放大器向电磁铁提供产生电磁力所需的控制电流；位置传感器用来检测转子的偏转量；辅助轴承的功能是在电磁轴承出现故障时支承转子或在轴承过载时承受部分载荷承，避免转子与定子的任何直接接触，防止擦伤。
图1.1 电磁轴承基本结构电磁轴承的机械部分一般是由轴向轴承和径向轴承组成（如图1.2）。
轴向轴承由定子和推力盘组成；径向轴承由定子和转子组成。
(a) (b)图1.2 (a)径向轴承横截面结构示意图 (b)轴向轴承结构示意图 一个转子要实现完全的悬浮，需要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轴向轴承。
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。