轴向磁化永磁轴承的刚度特性分析

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1、竖!=Z轴承2011年4期Bearing2011，No．44—8CN4l一1148／TH轴向磁化永磁轴承的刚度特性分析张钢，殷庆振，阮娟，蒋德得，高刚(上海大学机电X-程与自动化学院，上海200072)摘要：利用永磁体等效电流模型，以轴向磁化的永磁轴承为对象建立了刚度矩阵，通过无量纲化，分析了各个尺寸参数对刚度的影响规律，并绘制了相应的变化曲线图，分析结果表明：在轴向力和径向刚度分析中，当R／a>3时，磁环外径作为弱影响参数可以被省略；在倾斜刚度和耦合刚度分析中，外径的影响规律不能被忽略；当磁环的高度和厚度相等时，永磁

2、轴承性能最优。关键词：永磁轴承；刚度；等效电流；尺寸参数中图分类号：TH133．3文献标志码：A文章编号：1000—3762(2011)04一OOO4—05AnalysisonStifnessofPermanentMagneticBearingZHANGGang，YINQing—zhen，RUANJuan，JANGDe—de，GAOGang(SchoolofMehatronicsEngineeringandAutomation，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China)Abstra

3、ct：Byusingtheequivalentelectricitymodelandtakingthepermanentmagneticbearinginaxialmagnetizingastheobject，thestifnessmatrixhasbeenbuilt．Throughthedimensionlessmethod，theanalysisofthelawabouttheim—pactofvarioussizeparametersonthestiffnesshasbeendoneandthecorrespon

4、dinggraphshavebeendrawn．There—suitsshowthatintheanalysisoftheaxialandradialstifness，whenR／a>3，theringdiameterasaweakefectparam-etercanbeomitted；whenanalyzingtiltstiffnessandcouplingstiffness，theinfluencinglawofthediameterCannotbeignored；Whentheheightandthickness

5、oftheringareequal，thepermanentmagnetbearinghastheoptimumfunction．Keywords：permanentmagneticbearing；stiffness；equivalentelectricity；structuralparameter永磁悬浮是利用永磁体之间的作用力来实现大量的工作，建立了各自的模型及计算公式【3]，悬浮物体在全部或部分自由度上的稳定悬浮，它但针对永磁轴承支承转子系统的具体研究还十分不需主动电子控制系统，不仅节省了电力消耗，更不足。下文以

6、轴向磁化的永磁轴承为研究对象，重要是省掉了可能失效的复杂的控制系统部件，建立永磁轴承的刚度矩阵，分析永磁轴承尺寸参使系统更加可靠，使用寿命更长，具有结构简单、数对各刚度的影响。工作可靠、无磨损、能耗小等突出优点。永磁轴承1永磁轴承的分析模型可与电磁轴承、机械轴承、空气轴承和超导体磁轴承等相结合，构成各种形式的磁轴承系统，具有广为便于建立解析模型，取一个动磁环和相邻泛应用前景。的一个静磁环作为研究对象，建立如图1所示直在永磁轴承设计中，磁轴承本身承载能力和刚度十分重要。其承载能力可以通过堆叠以及恰当的结构设计实现高承载力

7、、高刚度来满足要求。阻尼可以通过引入机械阻尼器、电磁阻尼器来实现转子系统的动力稳定。针对永磁轴承力学特性，国内、外学者进行了收稿张钢，等：轴向磁化永磁轴承的刚度特性分析角坐标系，一对磁环在坐标系中的坐标为：上磁环由上式推导得到圆柱永磁体的轴向力和Y轴中心坐标(0，0，)，下磁环中心坐标(0，0，z。)。环力矩。外径为，磁环高度为b，磁环厚度为a。=2百月[A(R，Z2+0．5b)一A(R，2—0．5b)]，(7)2永磁轴承的刚度矩阵=-J,B~(Rcossin一z2COSCOS)+在悬浮系统中，由于转子绕z轴转动，不考

8、虑J,B，(Rsin2cos咖：+冗c0s咖：cos咖+绕z轴旋转自由度，因此刚度矩阵是5×5矩阵J。Z2COSsin)。(8)KKKzKK堆w2．2刚度矩阵表达式KKHKKyK唯径向刚度]KPM=KKKKK啦Kr==主一(z2+0．5：。KKKKKi=1KBxK研K_缸KB俚KBB(9)坐标变换到柱坐标系中，磁体为圆柱体，则倾斜