硅钢片的各向异性对磁悬浮轴承磁性能的影响研究

摘要

磁悬浮技术已经日渐成熟，磁悬浮轴承得到了广泛的应用，人们自然对磁悬浮轴承的性能提出了更高的要求，比如磁悬浮轴承转子的回转精度、磁悬浮轴承的能量损耗、磁悬浮轴承的承载力等。软磁材料的各向异性对磁悬浮轴承性能的影响已经在实际应用中显现，本文基于软磁材料各向异性对径向磁悬浮轴承性能的影响进行了详细分析，并提出了减小径向磁悬浮轴承材料各向异性的制造工艺方法。首先，基于电磁场有限元分析理论，给出了磁悬浮轴承的麦克斯韦方程组、边界条件以及径向磁悬浮轴承有限元求解的一般步骤，为径向磁悬浮轴承的电磁场分析奠定了基础。其次，对软磁材料的各向异性进行了简单介绍，并给出了磁性材料各向异性分析的有限元理论。为了验证软磁材料硅钢片的各向异性，对所用硅钢片沿不同方向测量的磁化曲线和损耗曲线进行了对比。接着对硅钢片按混合向叠片的铁芯和按垂直轧制方向叠片的铁芯进行了单位铁损值的测量试验，试验结果表明：铁芯采用硅钢片混合向叠片形式铁损值较小。为了更深入的研究软磁材料各向异性对径向磁悬浮轴承性能的影响，基于软磁材料硅钢片各向异性的测量数据，本文建立了可以自由设置硅钢片叠置角度的径向磁悬浮轴承模型，并对硅钢片按不同旋转角度形式叠置的径向磁悬浮轴承模型进行了仿真对比分析，分析结果表明：在磁场和磁力分析方面，硅钢片旋转叠置成的径向磁悬浮轴承优于硅钢片沿一个方向叠置成的径向磁悬浮轴承，而且硅钢片旋转叠置的角度越小，性能优化越显著。最后，制作了由厚0.35mm型号为DW250无取向硅钢片按不同旋转角度形式叠置的径向磁悬浮轴承，并对其进行了测力试验，试验结果表明：在同等结构参数下，硅钢片旋转叠置的角度越细致，径向磁悬浮轴承的承载力越大。测得的硅钢片按旋转角度10°形式叠置的径向磁悬浮轴承承载力最大比按不旋转形式叠置大8.4%，仿真计算结果大9.3%。

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