磁悬浮无轴承无刷直流电机及其在计算机硬盘中的应用研究

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1、西北工业大学硕士学位论文摘要摘要无刷直流电机是近年来发展起来的一种电机，它结合了直流电机和交流电机的特点，其有优良的调速性能，效率高，便于控制，结构简单，运行可靠，维护方便。目前在工业领域得到了广泛的应用。要实现电机的高速和超高速可靠运转，必须解决高速轴承问题。磁悬浮轴承解决了这一问题，具有无润滑、无磨损、无机械噪声和结构简单的特点，在高速电机领域获得广泛的应用。但是，磁悬浮轴承功耗大，本身占有一定的轴向空间，限制了高速电机的小型化和微型化，同时也限制了其临界转速和输出功率。利用磁悬浮轴承和电机结构的相似性，将产生磁悬浮力的磁悬浮轴承绕组置入电机定子，省去专门的磁悬浮轴承，通过对转矩

2、绕组和悬浮力绕组的解耦控制，实现转子的稳定悬浮，使电机转子同时具有产生转矩和白悬浮的功能，这样，就构成了所谓的无轴承电机(BearinglessMotor)。无轴承电机悬浮控制是基于电机本身的励磁磁场，悬浮功耗小，而轴向空间的利用率大幅度提高，电机的体积和重量可以设计得非常小，可靠性高，可突破更高转速和大功率的限制。因而无轴承电机在很大程度上拓宽了高速电机的应用领域，如生物、化学、医学、半导体工业专用电机，超微电机等。将无刷直流电机和无轴承技术结合，必将扩大无刷直流电机的应用领域。本文从无轴承无刷直流电机的原理出发，推导和分析了电机转子所受悬浮力的表达式，并应用电磁场仿真分析软件验证

3、了悬浮力的存在以及悬浮力公式的正确性。总结国内外对无轴承电机的研究成果，得出可将无轴承无刷直流电机分解为转矩电机和悬浮力部分并单独进行控制的结论；详细研究了转矩和悬浮力的解耦控制原理以及悬浮力分量之间的解耦控制，利用磁场定向控制实现了转矩和悬浮力以及悬浮力分量之间的解耦。利用Matlab／Simulink建立了无轴承无刷直流电机仿真模型，并对模型进行了仿真实验，结果合理。利用Ansoft软件建立了电机模型。利用DSP实现了对计算机硬盘中的无刷直流电机的控制。关键词：无轴承无刷直流电机电磁分析悬浮力计算机硬盘州北I、Ik人。7’硕十学付论文AbstraclAbstractBrushle

4、ssDCmotorisanewtypeofmotorthatgetsmuchpopularityinthepastf、ewyearsItcombinesthecharacteristicsofACmotorandDCmotor．Therefore．ithasexcellenttimingcapability，highefficiency，simpleconfiguration，reliableoperation，andcanbecontrolledandmaintainedeasily．BLDCmotorisbroadlyappliedtoindustryThebearingsare

5、themainproblemstorealizethehighspeeddrive．Themagneticbearingsprovidethesolution，andtheyarewidelyusedinthehighspeedmotorsf~ortheadvantagesofnocontact，riolubrication，andnomaintenance．However,thehigherpowerconsumptionandconsiderableaxiallengthresultindecreasedcriticalspeedsandrestrictmicrominiatur

6、izationofthemotorsatthehighspeed．Thestructureofthemagneticbearingissimilartothatofthemotors，andthecombinationofmagneticbeatingsandmotors，whichhasthefunctionofrotationandself-levitationwiththeaidofpowerelectronicsandmicrocomputercontrol，ishighlydesirableConsideredasabreakthrou【ghinthefieldofhigh

7、speeddrives，thisnovelelectricalmachinenamed‘。bearinglessmotor”comesforthThebearinglessmotorhasmanyadvantagesoverthetraditionalhighspeedmotorwithmagneticbeatings．Firstofall，basedonthemagneticfieldofthemotorwinding，thepowerconsumpti