无轴承永磁薄片电机结构设计与数字控制研究

发布时间：2017-03-31 08:09

  本文关键词：无轴承永磁薄片电机结构设计与数字控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：具有零接触,无磨损,无污染,高速高精等一系列优点的无轴承电机,是高速电机传动领域里的重大技术突破。相比于采用磁悬浮轴承支承的高速电机,无轴承电机解决了其轴向占用空间大,控制系统复杂,成本高等一系列缺点,成为了当今研究的热门项目,在机械加工、半导体工业等领域有着广泛的应用。无轴承永磁薄片电机转子轴向长度小于转子直径,呈薄片状,三个自由度处于被动悬浮状态,余下两个自由度主动悬浮,从而实现了五自由度全悬浮运行,是一种进一步简化了结构、增强了实用性的无轴承电机。在薄片电机转子上安装叶片,并让其在一个密闭的泵室中悬浮运行时,就构成了无轴承薄片电机驱动的离心泵系统,实现了小型化、高密封性、超洁净等设计要求;同时,定子与转子的物理隔离解决了泵系统中所面临的液体分子挤压破坏、接触面磨损易腐蚀等众多技术难题。本论文以本实验室集中式绕组的薄片电机样机为研究对象,按照从理论到实验的先后顺序,对无轴承薄片电机的基本原理和数学模型进行了分析与阐述,讨论了相关控制策略;并对一种应用于离心泵的具有新型结构的无轴承永磁薄片电机进行了研究分析,具体分为以下几个方面:阐述了无轴承永磁薄片电机的研究背景、国内外研究现状、应用范围以及研究领域中的关键技术,并重点介绍了在离心泵的应用领域中的地位与作用,从而引出论文的研究意义与内容安排。阐述了无轴承永磁薄片电机工作原理,分析了其主动悬浮力与被动悬浮力产生机理,并根据磁路法和麦克斯韦张量法,构建了电机数学模型。根据相关无传感技术,对基于高频注入法的无传感控制策略进行了讨论。根据相关文献提出了一种应用于离心泵的具有双层转子结构的新型无轴承永磁薄片电机,有效的利用对称性和空间磁路,压缩了电机轴向长度、使空间利用率增加、并增强了电机运行时转子的稳定性。根据空间等效磁路法分析了其工作原理,并通过!"#建立了电机有限元模型,对新型结构的工作特性进行了分析。$根据前文讨论的相关控制策略搭建了无轴承薄片电机数字化系统实验平台,其中主要模块包含电机速度控制模块和转子位移控制模块,通过对硬件电路及运行软件进行调试、对实验样机的实验运行进行观测和分析。
【关键词】：无轴承永磁薄片电机 数学模型 控制策略 新型结构 双层转子
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 无轴承永磁薄片电机研究背景与发展概况12-15
• 1.1.1 无轴承永磁薄片电机的研究背景12-13
• 1.1.2 无轴承永磁薄片电机的发展概况13-15
• 1.2 无轴承永磁薄片电机应用领域与关键技术15-19
• 1.2.1 无轴承永磁薄片电机的应用领域15-17
• 1.2.2 无轴承永磁薄片电机的关键技术17-19
• 1.3 论文的研究意义与目的19-20
• 1.4 论文的主要研究内容20-22
• 第二章 无轴承永磁薄片电机基本原理与控制策略22-38
• 2.1 引言22
• 2.2 无轴承永磁薄片电机基本结构22-23
• 2.3 无轴承永磁薄片电机基本原理23-27
• 2.3.1 被动悬浮原理23-24
• 2.3.2 主动悬浮原理24-27
• 2.4 无轴承永磁薄片电机数学模型27-31
• 2.4.1 转矩数学模型27-28
• 2.4.2 悬浮力数学模型28-31
• 2.5 无轴承永磁薄片电机的控制策略31-37
• 2.5.1 基于高频注入法的速度自检测系统31-33
• 2.5.2 基于高频注入法的径向位移自检测系统33-34
• 2.5.3 基于无传感器技术的无轴承永磁薄片电机控制策略及系统仿真34-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 无轴承永磁薄片电机的新型结构分析38-48
• 3.1 引言38
• 3.2 双层转子结构的薄片电机结构原理38-40
• 3.3 双层转子结构的薄片电机的数学模型40-43
• 3.4 基于Ansoft软件的有限元仿真43-45
• 3.5 本章小结45-48
• 第四章 无轴承永磁薄片电机控制系统的试验研究48-74
• 4.1 引言48
• 4.2 无轴承薄片电机数字控制系统硬件设计48-60
• 4.2.1 控制系统硬件电路的主要原件及接口电路48-59
• 4.2.2 无轴承薄片电机控制系统硬件59-60
• 4.3 无轴承薄片电机数字控制系统软件设计60-69
• 4.3.1 无轴承薄片电机转速控制软件设计61-63
• 4.3.2 无轴承薄片电机径向悬浮力控制软件设计63-64
• 4.3.3 人机交互界面（GUI）的开发64-68
• 4.3.4 控制系统软件的整体结构68-69
• 4.4 无轴承永磁薄片电机数字控制系统运行试验与分析69-72
• 4.4.1 薄片电机转子静态悬浮试验69-70
• 4.4.2 电机动态悬浮试验与分析70-72
• 4.5 本章小结72-74
• 第五章 总结与展望74-76
• 5.1 主要工作内容74
• 5.2 未来研究方向74-76
• 参考文献76-80
• 在硕士期间发表的论文80-82
• 致谢82

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本文编号：279234