無軸承無刷直流電機(jī)運(yùn)行機(jī)理與控制的研究.pdf

1、無軸承無刷直流電機(jī)是在無刷直流電機(jī)中引入懸浮繞組實(shí)現(xiàn)的一種新型電機(jī),它結(jié)合了無軸承電機(jī)和無刷直流電機(jī)的特點(diǎn),具有高轉(zhuǎn)速、高效率、高功率密度、無摩擦、無污染、無需潤(rùn)滑、免維護(hù)、運(yùn)行壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的懸浮與負(fù)載的驅(qū)動(dòng),具有廣闊的應(yīng)用前景。本文圍繞無軸承無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有限元分析、運(yùn)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(jī)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(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)理和懸浮機(jī)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(jī)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(yàn)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(duì)無軸承無刷直流電機(jī)樣機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),驗(yàn)證了樣機(jī)的懸浮性能,并以鐵心長(zhǎng)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(duì)樣機(jī)轉(zhuǎn)矩部分進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；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(duì)樣機(jī)懸浮性能的影響；研究了樣機(jī)轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組之間的耦合程度,并對(duì)磁飽和及轉(zhuǎn)矩繞組電流對(duì)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(jī)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(jī)的穩(wěn)定懸浮條件；
　　 ⑶設(shè)計(jì)了無軸承無刷直流電機(jī)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(jī)懸浮