單繞組無軸承永磁薄片電機的研究.pdf

1、無軸承永磁薄片電機利用無軸承技術(shù)實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和徑向上的主動懸浮，利用磁阻力實現(xiàn)除徑向和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)自由度外的另外三個自由度的被動懸浮，具有軸向利用率高，性能優(yōu)越的特點，在生物化學(xué)、醫(yī)療、半導(dǎo)體制造等超純凈驅(qū)動領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。 目前國內(nèi)外已研究的無軸承永磁薄片電機大多數(shù)采用雙繞組結(jié)構(gòu)，分別用于控制旋轉(zhuǎn)與懸浮。這種電機結(jié)構(gòu)具有工藝復(fù)雜、漏磁較大以及兩套繞組并繞可能導(dǎo)致短路等缺點。本文研究了一種單繞組無軸承永磁薄片電機，采用一套

2、繞組同時實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和懸浮，在一定程度上彌補了無軸承永磁薄片電機雙繞組結(jié)構(gòu)上的缺點。 本文以單繞組無軸承永磁薄片電機的原理分析和實現(xiàn)方案設(shè)計為主要研究內(nèi)容。引入了一種電流分量疊加思想，即把單繞組電流看作轉(zhuǎn)矩分量和懸浮分量的疊加，并以三相約束條件推導(dǎo)出了徑向懸浮力和轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)模型及其控制策略；單繞組結(jié)構(gòu)不存在各相電流和為零的限制，因此本文將各繞組電流作為自由變量建立了具有普遍意義的單繞組無軸承永磁薄片電機懸浮力和轉(zhuǎn)矩一般模型

3、，并在該模型基礎(chǔ)上以繞組功率最優(yōu)的約束條件為例推導(dǎo)出相應(yīng)的繞組電流模型及其控制策略；通過對徑向懸浮力和轉(zhuǎn)矩一般模型的研究，提出了電機在電流缺相的情況下的容錯運行的可能性，分析了電機在任意一個繞組失效下的容錯模型，并給出了相應(yīng)的控制策略。文中對以上三種數(shù)學(xué)模型均進行了有限元分析驗證。 根據(jù)單繞組的結(jié)構(gòu)特點，本文采用了一種新型的基于H橋的功率系統(tǒng)設(shè)計方案，并結(jié)合數(shù)字控制系統(tǒng)（DSP）的軟硬件設(shè)計，研制了第一臺單繞組無軸承永磁薄片電機