径向永磁轴承轴向承载能力分析与结构优化设计

在简化磁体模型的基础上,研究了两个同心永磁环构成的径向永磁轴承在轴向偏移时磁力和刚度的计算方法,通过提高永磁轴承刚度的方法导出径向永磁轴承最优结构尺寸。从理论上阐述了在设计过程中如何确定径向永磁轴承的高度及截面尺寸,达到节省永磁材料、减小轴承尺寸的目的。

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径向永磁轴承轴向承载能力分析与结构优化设计Axi oad capaciy an y s an s r all t al si d t uct aloptm i aton o adi agnetbearngs ur i z i fr alm i

徐国胜，邓三鹏XU G U— h n . O s e g DENG n p n Sa - e g

(天津职业技术师范大学，天津 3 0 2 ) 0 2 2摘要：在简化磁体模型的基础上，研究了两个同心永磁环构成的径向永磁轴承在轴向偏移时磁力和刚

度的计算方法，通过提高永磁轴承刚度的方法导出径向永磁轴承最优结构尺寸。从理论上阐述了在设计过程中如何确定径向永磁轴承的高度及截面尺寸，达到节省永磁材料、减小轴承尺寸的目的。

关键词：永磁轴承；轴向承载能力；永磁环；磁力；结构设计中图分类号：T I 3 3 H . 3文献标识码：B 文章编号：1 0 0 3 ( 0 )( 9 1 4 21 4下) 0 1 - 4 0 2 1 1 0D i 1 . 9 9 j is . 0 9 1 4 2 1 . ( ) 3 o: 3 6/ . n 1 0 -0 . 0 4下 . 3 0 s 3 2

0引言随着现代科学技术，特别是电子技术、磁性材料和超导材料的迅速发展，磁悬浮技术的理论研究与工业应用开发越来越受到人们的重视。永磁轴承就是磁悬浮技术在工业中的一种应用。永磁轴承是利用永磁体产生的磁场力作用，将转轴悬浮于空间，使转子与定子之间没有机构接触的一

斥力使转轴悬浮起来。如图 2a,()示，根据 () b所永磁环磁化方向的不同，径向永磁轴承可分为径向磁化和轴向磁化两种基本结构。这两种结构形式作用是等效的，永磁环之间均表现为斥力。外环

内环

种新型高性能轴承。与传统滚珠轴承、滑动轴

承以及油膜轴承相比，永磁轴承不存在机械接触， 转子可以达到很高的运转速度，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等突出优点，特别适用高速、真空、超净等特殊环境。另外，永磁轴承可与电磁轴承、机械轴承、 空气轴承、超导体磁轴承等相结合，构成各种形式的磁

轴承系统，应用范围非常广泛，被公认为极有前途的新型轴承。图 1俭 I司水憾轴承立体结构图

I 1 i I I I * t* l 1 l t()向磁化 a轴

上个世纪八十年代，国 Y ne教授展开了法 ont 对永磁轴承结构和算法的研究’,这成了现代永磁轴承研究的新起点。目前，国内外对永磁轴承的研究主要分为径向和轴向永磁轴承，研究方法主要集中为等效磁荷法[6 31 -、有限元法、虚位移法图2

j()向磁化 b径向永磁轴承的两种基本结构

2轴向偏移永磁轴承承载能力21定性分析 .径向永磁轴承在工作时，转子可能出现轴向

等。本文主要对径向永磁轴承轴向承载能力进行了分析，并同时对结构进行了优化设计。

1径向永磁轴承基本结构径向永磁轴承立体结构图如图 1所示，由外

偏移。在转子轴向偏移时，由于转子定子中永磁环之间的径向间隙均匀，永磁环周围的磁场可以

环和内环两个永磁环组成。内环和转轴连结在一

忽略，两个永磁环可以等同于无限长的两块平行的条形磁铁，两个永磁环组成的系统就可以看成

起，外环和定子连结在一起。转轴和定子之间的

收稿日期：2 1-0 - 2 0 1 9 2基金项目：天津市科技支撑重点项目 (0 c s【5x);天津职业技术师范大学科研发展基金资助项目 ( J9 1) 1z KF F)【】 l K 0—0 9

作者简介：徐国胜 (9 0 17一),男，高级实验师，高级技师，硕士，研究方向为机械C/ A 1 AD C Me数控加工工艺。]第3卷 4第4期 21— ( 【1】 0 2 4下) 1 1

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