基于磁悬浮轴承用永磁无刷直流电机及其驱动系统的研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要高速电机有着广阔的应用前景，具有相当大的研究价值。对于高速电动机(转速>10000r／min)的基本要求是转速高、长寿命，其次是转动惯量小、体积小、功耗低。高速转子的支撑系统及其驱动系统是实现这一要求的关键，传统的机械轴承难以满足上述要求，而磁悬浮轴承由于具有高转速、无机械摩损、无须润滑、使用寿命长及可靠性高而成为高速转子支撑系统的理想选择。本论文详细介绍了永磁无刷直流电动机的结构及基本工作原理，提出采用磁悬浮轴承取代传统的机械轴承作为支承系统。为确保磁悬浮轴承的运行稳定性以及降低磁悬浮轴承的控制难度，无刷直流电

2、动机采用了无齿槽绕组的方式以使其具有尽可能小的单边磁拉力和转矩脉动。而无齿槽绕组设计又因其等效气隙的增大，导致电动机不同半径气隙处的周向、轴向都具有不同的磁密分布。本文针对本课题中的大有效气隙(无齿槽)、小长径比的结构特点，采用电磁场的数值方法计算了其不同半径气隙处周向、轴向的磁密分布，提出了该种电机等效漏磁系数和等效计算极弧系数的概念和计算方法，为该种电机的电磁设计打下理论基础。样机实测数据可看出计算值与实测值差别不大，误差在允许范围之内。这表明采用上述方法进行参数计算并由此进行电动机设计是合理的，并能满足工程精度的要求。基于磁悬浮轴

3、承支承的永磁无刷直流电机具有很大的有效气隙，从而导致气隙磁密降低；尽管采用HALBACH磁体结构并加大磁体厚度可以提高气隙磁密，但该种结构电机气隙磁密波形具有正弦性，并不适合于方波驱动的永磁无刷直流电动机。本文提出改进的每极两块磁体的HALBACH磁体结构，并进行了分析研究。关键词：永磁无刷直流电动机；磁悬浮轴承；电磁设计；HALBACH磁体IV山东大学硕士学位论文ABSTRACTHighspeedmotorshaveextensiveapplicationforeground，whichalsohavesizeablevaluetos

4、tudyandanalysis．Thefirstrequestsarehigher—speedandlonger—life，andthesecondrequestsarelessermomentofinertia，lesservolumeandlowerlossestothosehighspeedmotors(rotatespeednolessthan10000r／rain)．Supportsystemanditsdrivesystemofhighspeedrotatorarethekeyfactorstoimplementhighsp

5、eedperformance．Theconventionalmechanicalbearingscannotmeettherequest，butmagneticbearingsturnintotheperfectchoicetothesupportsystemofhighspeedrotatorbecauseofitsgreatadvantages，forexample，higherspeed、non—mechanicalloss、non-lubricant、longlifeandhighstability．Theconfigurati

6、onandoperationprincipleofthepermanentmagneticBLDCM(brushlessDCmotor)areintroducedindetailinthispaper,andmagneticbearingsarebringforwardtoinsteadofconventionalmechanicalbearingsasthesupportsystem．InordertOimprovethemagneticbearingsstabilityandeasytocontrol，permanenttmagne

7、ticBLDCM(brushlessDCmotor)adoptslotlesscoiltoreducetheunilateralmagneticforceandrippletorque．Butslotlesscoilcanleadtheequivalentair-gaplarger，whichalsoleadtheradialair—gapmagneticfluxdensitydistributedifferentalongtheaxesdirectionandtangentdirection．Basedonthelargerequiv

8、alentair·gapandsmalllengthtoradiusofthepermanentmagneticBLDCMconfiguration，calculateouttheair—gapmagnet