新型洛伦兹力磁轴承磁场分析与电磁力计算

作者：赵勇; 马丽梅

来源：机械工程学报, 2018, 1-9.

• 洛伦兹力磁轴承
• 磁通叠加
• 聚磁效应
• 有限元法
• 磁悬浮陀螺飞轮

良好的气隙磁密特性是洛伦兹力磁轴承实现高精度大力矩输出的重要前提。针对传统方案无法同时满足气隙高磁场强度和高磁密均匀性的缺点,基于磁阻最小原则,提出多支路磁通叠加的磁路设计方法,并设计出一种具有聚磁效应的洛伦兹力磁轴承,分析其聚磁原理。采用有限元法研究气隙磁密的分布规律,结果表明在不削弱气隙磁场强度的前提下,聚磁方案可有效抑制气隙磁场纵向扩散,其绕组区域磁密波动率仅为0.75%,优于传统方案的3.56%。针对聚磁方案磁场分布复杂,采用等效磁路法时难以划分磁路的问题,提出按介质边界分割磁阻区域的方法,最终计算得到气隙区域磁密,并建立磁轴承电磁力模型。仿真结果表明,聚磁方案电磁力大小及其线性度均优于传统方案,且电磁力的模型计算误差约为9.4%。最后,制作了一台聚磁效应的洛伦兹力磁轴承样机,测得电流刚度为1.701N·m/A,与模型计算值2.012N·m/A和仿真值1.850 N·m/A基本一致,验证了多支路磁通叠加设计方法及其计算方法在洛伦兹力磁轴承设计方面的有效性和可行性。

• 单位
  北京石油化工学院