無軸承永磁薄片電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計與數(shù)字控制研究.pdf

1、具有零接觸，無磨損，無污染，高速高精等一系列優(yōu)點的無軸承電機(jī)，是高速電機(jī)傳動領(lǐng)域里的重大技術(shù)突破。相比于采用磁懸浮軸承支承的高速電機(jī)，無軸承電機(jī)解決了其軸向占用空間大，控制系統(tǒng)復(fù)雜，成本高等一系列缺點，成為了當(dāng)今研究的熱門項目，在機(jī)械加工、半導(dǎo)體工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
　　無軸承永磁薄片電機(jī)(BPMSM)轉(zhuǎn)子軸向長度小于轉(zhuǎn)子直徑，呈薄片狀，三個自由度處于被動懸浮狀態(tài)，余下兩個自由度主動懸浮，從而實現(xiàn)了五自由度全懸浮運行，是一種

2、進(jìn)一步簡化了結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)了實用性的無軸承電機(jī)。在薄片電機(jī)轉(zhuǎn)子上安裝葉片，并讓其在一個密閉的泵室中懸浮運行時，就構(gòu)成了無軸承薄片電機(jī)驅(qū)動的離心泵系統(tǒng)，實現(xiàn)了小型化、高密封性、超潔凈等設(shè)計要求；同時，定子與轉(zhuǎn)子的物理隔離解決了泵系統(tǒng)中所面臨的液體分子擠壓破壞、接觸面磨損易腐蝕等眾多技術(shù)難題。
　　本論文以本實驗室集中式繞組的薄片電機(jī)樣機(jī)為研究對象，按照從理論到實驗的先后順序，對無軸承薄片電機(jī)的基本原理和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析與闡述，討論了相

3、關(guān)控制策略；并對一種應(yīng)用于離心泵的具有新型結(jié)構(gòu)的無軸承永磁薄片電機(jī)進(jìn)行了研究分析，具體分為以下幾個方面：
　　(1)闡述了無軸承永磁薄片電機(jī)的研究背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、應(yīng)用范圍以及研究領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，并重點介紹了在離心泵的應(yīng)用領(lǐng)域中的地位與作用，從而引出論文的研究意義與內(nèi)容安排。
　　(2)闡述了無軸承永磁薄片電機(jī)工作原理，分析了其主動懸浮力與被動懸浮力產(chǎn)生機(jī)理，并根據(jù)磁路法和麥克斯韋張量法，構(gòu)建了電機(jī)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)相關(guān)無

4、傳感技術(shù)，對基于高頻注入法的無傳感控制策略進(jìn)行了討論。
　　(3)根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)提出了一種應(yīng)用于離心泵的具有雙層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的新型無軸承永磁薄片電機(jī)，有效的利用對稱性和空間磁路，壓縮了電機(jī)軸向長度、使空間利用率增加、并增強(qiáng)了電機(jī)運行時轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。根據(jù)空間等效磁路法分析了其工作原理，并通過12MaxwellAnsoft建立了電機(jī)有限元模型，對新型結(jié)構(gòu)的工作特性進(jìn)行了分析。
　　(4)根據(jù)前文討論的相關(guān)控制策略搭建了無軸承薄片電機(jī)數(shù)