交直流磁轴承结构优化设计与驱动控制

发布时间：2020-04-30 14:35

【摘要】：磁悬浮轴承是利用磁场力将转子悬浮于空间的一种新型高性能非接触式轴承。磁悬浮轴承具有无磨损、无需润滑和密封、高速度、寿命长等优良品质,从根本上革新了传统的支承方式。本文研究了一种新颖的交直流三自由度混合磁轴承,轴向悬浮力控制采用直流驱动,径向悬浮力控制采用三相逆变器提供电流驱动,永磁体同时提供轴向、径向偏磁磁通,定转子采用锥形结构使得共用同一空气气隙实现磁轴承在三个自由度方向的悬浮控制。本文在国家自然科学基金项目的支持下开展了对交直流三自由度混合磁轴承结构的优化设计以及基础理论研究,并对交流二自由度混合磁轴承的功率驱动系统和数字控制系统进行了研究。具体内容如下: 首先,分析了两种交直流三自由度混合磁轴承的结构和磁路,重点研究了锥形定转子交直流混合磁轴承的基本结构和悬浮力产生的工作原理,采用等效磁路法推导出了其悬浮力数学模型,并运用Matlab软件对磁轴承各自由度运动之间、磁路之间的耦合特性进行了计算和分析。其次,根据该磁轴承的数学模型和预先给定的技术指标设计锥形定转子交直流混合磁轴承样机的结构参数,并使用有限元分析软件Ansoft对磁轴承样机的结构参数进行了进一步优化分析,并对磁路进行了仿真分析,验证了磁轴承结构设计的合理性。最后,设计了交流二自由度混合磁轴承的功率驱动电路,详细介绍了功率驱动电路的硬件结构组成和设计过程。说明了基于TMS320F2812 DSP的交流二自由度混合磁轴承数字控制系统硬件结构和控制算法的具体实现,给出了相关实验结果。
【图文】：

磁轴承,三自由度,结构示意图,轴向

以下是两种新型三自由度交直流混合磁轴承的结构和磁路分析。2.1.1三自由度交直流混合磁轴承结构一图2.1是三自由度交直流混合磁轴承结构一的结构示意图。它由轴向定子、永磁体、轴向线圈架、径向线圈、转子、转轴、径向定子、隔磁铝环、轴向线圈等组成。轴向定子由两个圆盘加一个圆环体联接而成，转子由圆形硅钢片叠压套在转轴上，轴向定子与转子之间间隙构成轴向气隙。径向定子有周向均匀分布的三个

均匀分布,磁轴承,三自由度,定转子

2.1.2三自由度交直流混合磁轴承结构二三自由度交直流混合磁轴承结构二，即锥形定转子三自由度交直流混合磁轴承的结构示意图见图2.3，，由永磁体、定子、径向线圈、圆锥形转子、转轴、分隔式锥形磁极、隔磁铝环、轴向线圈、外壳等组成。定子采用两片式六极结构，由软磁材料硅钢片叠压而成，紧靠在圆环形永磁体两侧。圆环形永磁体由稀土永磁材料制成，轴向充磁，提供静态偏磁磁通。三个分隔式锥形磁极材料为硅钢叠片，沿径向圆周均匀分布，分隔式锥形磁极两部分相互镜像对称分布，中间由隔磁铝环进行空间隔离。三相径向线圈缠绕在三个分隔式锥形磁极上，通电后产生径向控制磁通。轴向线圈位于定子内侧空腔中，紧靠隔磁铝环，通电后产生轴向控制磁通。圆锥形转子由圆形硅钢迭片叠加而成，安装在转轴上
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH133.3

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