小型高速离心风机径向永磁轴承优化设计

摘要

现代社会中，风机在工业生产以及人民的生活中有着非常普遍的应用。半个多世纪以来，随着微电子技术在世界范围内的的迅猛发展与广泛应用，计算机、变频驱动器、投影机等电子仪器在我们的日常生活中已经随处可见。在当前的信息时代，电子设备不仅仅是应用非常广泛的民用设备，它也被广泛应用于国防科技领域。越是高性能的电子产品，对散热功能的要求也越来越高。电子设备的散热问题，已经成为当前制约电子设备技术进步的瓶颈之一。目前，小型高速离心风机在电子设备的通风与冷却领域有着十分广泛的应用。因此，提高风机的散热效率和功能转化效率，不仅关系到每个人的日常生活，关系到电子设备的稳步发展，更关系到国家的国防科技事业的进步。应用磁悬浮轴承的小型高速离心风机以其无磨损、低噪声、稳定性好等优点成为小型高速离心风机的一个重点研究方向。 本文首先介绍了小型高速离心风机和磁悬浮轴承的历史及研究现状，详细分析了现有小型高速离心风机的结构。结合实验室研究的小型高速离心风机项目，着重研究径向永磁轴承的结构及其优化设计方法。对不同结构的永磁轴承进行了分析，表明双磁环结构的永磁轴承的性价比最高。特殊的使用环境要求小型高速离心风机必须具备体积小、重量轻等特点。在如此小的体积内设计达到要求的永磁轴承，必须综合考虑各种影响因素。为了满足上述要求，永磁轴承必须进行结构优化设计，以满足小型风机对体积、重量等的要求。本文比较了多个双磁环结构与单个双磁环结构的永磁轴承的特性，对比了对该类风机的契合度。然后利用Femm软件，从永磁轴承的轴向刚度、径向悬浮气隙、临界转速等多个方面进行了分析，给出了磁悬浮轴承优化设计的思路。基于此，采用Femm和Matlab软件相结合的方式，编制了双磁环永磁轴承的设计软件，实现了永磁轴承结构设计的自动化，为永磁轴承的初步设计提供了技术手段。 应用ASOFT软件，通过仿真计算，分析研究了多磁环结构的永磁轴承的轴向刚度、径向刚度及系统临界转速随轴承长度和径向厚度的变化关系，以及永磁轴承的刚度与轴承的径向悬浮气隙、轴向位移、双磁环对数等要素的关系。为后续小型高速离心风机的永磁轴承设计提供了技术基础。 本文对永磁轴承的设计与优化做了较为深入细致的分析与探讨，研究结果为小型高速离心风机的后续设计和研究奠定了基础，具有理论和工程意义。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1引言

1．2离心风机筒介

1．3小型高速离心风机的发展

1．4磁悬浮轴承及其在风机中的应用

1．5永磁轴承的工作原理及结构选择

1．5．1永磁轴承的工作原理

1．5．2永磁轴承的结构选择

1．6本论文任务

第2章永磁轴承设计方法研究

2．3公式及概念

2．3．1刚度

2．3．2临界转速

2．4径向刚度的计算

2．5轴向剐度与轴向位移的变量关系

2．6轴向刚度与轴向长度和径向厚度的关系分析

2．7系统临界转速

2．8确定永磁轴承尺寸

2．9总结

第三章

3．1软件简介

3．2程序开发

3．2．1操作界面开发

3．2．2接口程序

3．2．3 makelua函数

3．2．4 evaluate函数

3．3其他文件简介

3．3．1 header．fem文件

3．4总结

第4章永磁轴承参数优化及仿真分析

4．1 临界转速随磁环厚度和宽度的变化关系分析

4．2径向刚度随磁环厚度和宽度的变化关系分析

4．3总结

第5章永磁轴承气隙及磁环对数优化设计

5．1径向刚度与双磁环结构轴向、径向长度的关系

5．2多对双磁环结构的仿真与比较

5．2．1多对双磁环与单对双磁环结构比较

5．2．2径向刚度影响因素分析

5．3总结

第6章结论

参考文献

致谢