无轴承永磁薄片电机新型绕组结构及悬浮力控制研究

发布时间：2018-06-05 10:37

本文选题：无轴承永磁薄片电机 + 新型绕组　；参考：《江苏大学》2017年硕士论文

【摘要】：无轴承永磁薄片电机是一种集磁悬浮轴承、永磁电机、薄片转子功能于一体的新型高速、高性能特种电机,它既具备磁轴承无机械磨损、寿命长,还具有永磁同步电机功率因素高、转矩脉动小等特点。传统无轴承电机要实现五个自由度的主动控制才能实现真正意义上的悬浮,而无轴承永磁薄片电机由于其特殊的薄片转子结构,可实现三个自由度的被动悬浮,仅余下的两个自由度需要主动控制来实现悬浮,因此其系统结构的复杂程度得到了大大降低,是无轴承电机领域的里程碑。由于无轴承永磁薄片电机特殊的机械结构,加装叶轮后的转子可以悬浮在一个密闭的泵体内高速旋转,通过这种结构可以将泵体入口处的液体输送到出口,这种离心泵结构具有高速、无摩擦、无污染、易维护等一系列优点,对我国的航空航天、生物医疗、化工半导体、生物工程等领域的发展具有重要意义。本文在江苏省重点研发计划项目(BE2016150)和“青蓝工程”资助项目(2014)支持下,以无轴承永磁薄片电机作为研究对象,针对其绕组结构、悬浮原理以及相关悬浮力控制策略开展了相关研究,主要内容如下:首先,按照无轴承永磁薄片电机的研究背景、发展概况、研究方向和应用前景的顺序对无轴承永磁薄片电机整体发展概况做了系统性介绍,之后分别对传统无轴承永磁薄片电机的结构以及两自由度主动悬浮和三自由度被动悬浮机理进行了分析,针对传统双绕组结构存在绕组间绝缘、槽满率以及漏磁等问题,本文提出了一种新型绕组结构,并依据麦克斯韦张量法对其进行了数学模型的构建,依据构建的数学模型设计了对应的控制策略并绘制了系统控制框图,并在Matlab中搭建了模型验证了控制策略的正确性和可靠性。其次,由于传统的无轴承永磁薄片电机仅对径向两个自由度采用直接位移闭环控制策略,因此悬浮力控制的精度和动态响应性能将受到限制,且并没有考虑轴向振动对电机运行性能的影响,本文提出了一种动态扰动下的无轴承永磁薄片电机的双闭环悬浮力补偿控制方法,并在此基础上设计了一种轴向振动抑制策略,对其原理、算法的实现进行了介绍,最后绘制了系统控制框图,并在Matlab中进行了仿真研究。最后,搭建了无轴承永磁薄片电机实验平台,在实验平台上对转矩控制和悬浮力控制两个模块设计方案进行了介绍,并根据所提方案对数字控制系统进行了调试,为了方便对系统的控制和实时监控,开发了基于Labview的人机交互界面,在此基础之上对无轴承永磁薄片电机控制系统进行了实验验证和分析。
[Abstract]:This paper presents a new type of permanent magnet sheet motor with no bearing permanent magnetic sheet motor , which has the advantages of high speed , no friction , no pollution , easy maintenance and so on . The realization of the algorithm is introduced . Finally , the system control block diagram is drawn , and the simulation research is carried out in Matlab . Finally , the design scheme of torque control and suspension force control is introduced in the experimental platform . In order to facilitate the control and real - time monitoring of the system , a human - machine interaction interface based on Labview is developed , and the experimental verification and analysis are carried out on the control system of the sensorless permanent magnet sheet motor .
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM351

【参考文献】