内转子式片状无轴承永磁电机的研究

摘要

本文研究了一种新型的无轴承电机.理论研究表明这种结构的无轴承电机的磁悬浮径向力和电机的转矩是相互解耦的,又因为它是片状永磁转子结构,只须控制转子的两个径向自由度和旋转自由度,其他三个自由度是被动稳定的.这种电机由于控制机理简单、功耗小、无摩擦等独特的优点,在航空航天、旋转高速机械、能源生命科学等领域具有广阔的应用前景.本文分析了内转子式片状无轴承永磁电机的基本结构和工作原理,给出了此电机径向悬浮力的数学模型,深入研究了电机的机械结构和绕组的绕制及其各结构参数的选定.针对内转子式片状无轴承永磁电机系统要求功率放大器是双向电流型的,输出电流既要I>0且要I<0,所以作者自主设计了两种双向功率放大器,一种是线性功放,一种是PWM开关功放.在此基础上设计完成了内转子式片状无轴承永磁电机系统的电控系统,并设计、加工、装配并调试了内转子式片状无轴承永磁电机试验台,最后进行了实验研究,实验结果表明:本文设计的内转子式片状无轴承永磁电机系统性能良好,能稳定地悬浮.

目录

文摘

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符号表

第一章绪论

1.1无轴承电机概述

1.1.1无轴承电机的来源和意义

1.1.2无轴承电机在国内外的发展概况

1.1.3无轴承电机的发展趋势

1.2论文的主要工作与内容安排

1.2.1论文的主要工作

1.2.2论文内容安排

第二章内转子式片状无轴承永磁电机工作原理和数学模型

2.1引言

2.2永磁同步电机的数学模型

2.2.1电压方程

2.2.2转矩方程

2.2.3运动方程

2.3悬浮力产生的机理

2.3.1旋转电机中的洛伦兹力和麦克斯韦力

2.3.2悬浮力产生的机理

2.3.3内转子式片状无轴承永磁电机的工作原理

2.4内转子式片状无轴承永磁电机的数学模型

2.4.1径向力方程

2.4.2转矩方程

2.4.3运动方程

2.5本章小结

第三章内转子式片状无轴承永磁电机系统结构设计和参数选定

3.1引言

3.2系统结构介绍

3.2.1定子组件结构

3.2.2转子组件结构

3.2.3传感器组件结构

3.3系统结构参数选定

3.3.1转子结构的分析

3.3.2绕组绕制方法及其绕组在气隙处磁通势的分析

3.3.3永磁贴片和偏置磁铁的工作点问题分析

3.3.4径向悬浮力数学模型的建立

3.4本章小结

第四章内转子式片状无轴承永磁电机电气控制系统设计

4.1引言

4.2电气控制系统介绍

4.2.1位移传感器

4.2.2控制器

4.2.3功率放大器

4.3功率放大器设计

4.3.1线性功放的研究设计

4.3.2开关功放的研究设计

4.4本章小结

第五章系统调试和实验结果

5.1引言

5.2电控系统调试

5.2.1功放调试过程

5.2.2传感器电路调试过程

5.3电机系统的调试实验

5.3.1静态悬浮调试实验

5.4本章小结

第六章总结与展望

一、论文的主要贡献

二、对进一步工作的展望

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果

参考文献