無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)研究.pdf

1、無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)是電機(jī)研究的新領(lǐng)域，其轉(zhuǎn)子的軸向長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于外徑，成薄片狀，依據(jù)磁阻最小原理可實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度（一個(gè)軸向自由度和兩個(gè)扭轉(zhuǎn)自由度）的被動(dòng)懸浮，只需主動(dòng)控制兩個(gè)徑向自由度就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)五個(gè)空間自由度的全懸浮，從而極大簡(jiǎn)化了電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的復(fù)雜性。無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)具有無(wú)摩擦、無(wú)磨損、高速高精、功率因數(shù)高、超潔凈等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)制藥、生物工程、芯片制造業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本論文在江蘇省高?？蒲谐晒a(chǎn)業(yè)化推進(jìn)工程項(xiàng)

2、目(JHB2012-39)和江蘇省“333工程”資助項(xiàng)目的支持下，針對(duì)無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、本體優(yōu)化設(shè)計(jì)、數(shù)字控制系統(tǒng)進(jìn)行了較為深入的研究，主要包含如下幾個(gè)方面內(nèi)容:
　　首先，系統(tǒng)闡述了無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)的研究背景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域以及在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，從而引出論文的研究意義與內(nèi)容安排。
　　其次，在分析無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)轉(zhuǎn)子受到的電磁力及主被動(dòng)懸浮機(jī)理的基礎(chǔ)上，給出了被動(dòng)懸浮的等效機(jī)械模型和動(dòng)

3、力學(xué)方程，并對(duì)電機(jī)的被動(dòng)懸浮特性與影響因素進(jìn)行分析;同時(shí)根據(jù)麥克斯韋張量法建立了無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)的徑向懸浮力數(shù)學(xué)模型，考慮到偏心位移上不可控懸浮力存在著耦合給出了電機(jī)直接位移控制策略與轉(zhuǎn)矩矢量控制策略并繪制了控制框圖，為后面的軟硬件設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　再次，分析了無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)本體的基本結(jié)構(gòu)，從電機(jī)轉(zhuǎn)子的不同結(jié)構(gòu)、磁化方式、永磁材料比以及軸向長(zhǎng)度比出發(fā)，利用Ansoft軟件建立有限元分析仿真模型進(jìn)行本體的優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了不同

4、結(jié)構(gòu)、磁化方式和永磁厚度下轉(zhuǎn)子的氣隙磁通密度波形，分析不同磁化方式與結(jié)構(gòu)下永磁轉(zhuǎn)子中所用磁性材料和轉(zhuǎn)子磁軛的最佳比例，以及永磁體外徑和軸向長(zhǎng)度的最佳尺寸值。在此基礎(chǔ)上對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)和磁化方式的電機(jī)徑向懸浮力進(jìn)行對(duì)比分析，并對(duì)電機(jī)的被動(dòng)和主動(dòng)懸浮特性以及影響因素進(jìn)行有限元分析驗(yàn)證。
　　最后，基于控制策略與優(yōu)化分析結(jié)果構(gòu)建無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)全數(shù)字化系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)，主要包含硬件電路的設(shè)計(jì)與軟件程序的開(kāi)發(fā)，硬件電路分為:速度調(diào)理接口電路、電流