無軸承無刷直流電機運行機理與控制的研究.pdf

1、無軸承無刷直流電機是在無刷直流電機中引入懸浮繞組實現(xiàn)的一種新型電機,它結(jié)合了無軸承電機和無刷直流電機的特點,具有高轉(zhuǎn)速、高效率、高功率密度、無摩擦、無污染、無需潤滑、免維護、運行壽命長等優(yōu)點,可以同時實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的懸浮與負載的驅(qū)動,具有廣闊的應(yīng)用前景。本文圍繞無軸承無刷直流電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、有限元分析、運行控制及數(shù)字控制系統(tǒng)等方面展開研究,所做主要工作如下：
　　 ⑴介紹了一種無軸承無刷直流電機繞組配合形式,在此基礎(chǔ)上,深入分析了無軸

2、承無刷直流電機的旋轉(zhuǎn)機理和懸浮機理,總結(jié)了轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組導(dǎo)通狀態(tài)隨轉(zhuǎn)子位置的變化規(guī)律,建立了電機轉(zhuǎn)矩部分和懸浮部分的數(shù)學(xué)模型,并通過有限元分析驗證了懸浮力數(shù)學(xué)模型的正確性,為控制系統(tǒng)的建立提供了理論依據(jù)；
　　 ⑵對無軸承無刷直流電機樣機進行結(jié)構(gòu)設(shè)計,驗證了樣機的懸浮性能,并以鐵心長度、繞組匝數(shù)、永磁磁極徑向厚度及極弧系數(shù)為優(yōu)化變量對樣機轉(zhuǎn)矩部分進行了優(yōu)化設(shè)計；分析了永磁磁極的厚度、極弧系數(shù)、氣隙大小、轉(zhuǎn)子外徑尺寸及兩繞組匝

3、數(shù)比對樣機懸浮性能的影響；研究了樣機轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組之間的耦合程度,并對磁飽和及轉(zhuǎn)矩繞組電流對懸浮力生成的影響作了分析,得到懸浮繞組和轉(zhuǎn)矩繞組的最佳電流取值范圍；確定了樣機徑向懸浮力和偏心磁拉力數(shù)學(xué)模型的系數(shù),并推導(dǎo)出樣機的穩(wěn)定懸浮條件；
　　 ⑶設(shè)計了無軸承無刷直流電機的控制系統(tǒng),其中轉(zhuǎn)矩部分采用轉(zhuǎn)速與電流的雙閉環(huán)控制,懸浮部分采用電流跟蹤控制；搭建了其Matlab仿真模型,通過仿真證明了所采用懸浮控制策略的正確性及樣機懸浮