毕业设计（论文）-直驱永磁磁悬浮轴承主感应电机的设计

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1、北京交通大学毕业设计（论文）第43页第1章引言1.1本文研究背景及意义如今，洗衣机已经成为所有家庭的生活必需品，洗衣机的种类也花样繁多，其中以立式洗衣机为主的各品牌洗衣机占据了大多数市场，传统的立式洗衣机在使用过程中会产生诸多问题，如漂洗甩干时内筒振动位移大，造成洗衣机洗涤甩干不充分致使不能达到预想效果，过大的偏离旋转轴的位移甚至会打坏洗衣机内壁造成不可预想的事故。本设计是基于海尔开发部门的研究项目，将磁悬浮技术以及直线电机驱动技术应用于家庭用立式洗衣机，本项目拟研制一台磁悬浮直驱内筒洗衣机的原理样机，拟将磁悬浮技术应用于立式洗衣机，将洗衣机的内筒部分靠磁

2、力悬浮在外筒内部，并采用弧形直线感应电机直接驱动内筒转动。内筒上部通过电磁浮轴承定位以保证内外筒的同心度。内筒下部采用永磁半磁浮轴承，以减小推力造成的机械摩擦与振动。内筒轴为空心，中心穿过波轮轴，波轮由另外一台电机带动旋转。内筒与波轮轴都可以独立旋转。整套系统可使内筒轴与外筒之间几乎没有机械接触，且克服了目前立式洗衣机内筒仅下端有轴承，从而造成上端晃动的弊端。1.2市场上洗衣机的驱动方式及其特点1.2.1市场上洗衣机的驱动方式目前，在市场上洗衣机的驱动方式主要有两种：43北京交通大学毕业设计（论文）第43页1皮带传动：利用皮带连接波轮电机和内滚筒，内滚筒通

3、过皮带的带动来完成洗衣、脱水等功能；2电机直接驱动：即电机直接作为内筒的驱动电机，通过调节电机转速来完成洗衣、脱水的功能。1.2.2普通洗衣机的洗衣特点及缺点本课题是基于普通洗衣机的创新和改造进行的设计。目前，洗衣机种类有以下几种：1.波轮式洗衣机洗衣特点：冷水型洗衣机、结构简单、省时、省力、省电、价格低、操作简单，缺点：耗水、衣物易缠绕、洗涤均匀性不佳，主要流行于日本、中国、东南亚等地。波轮式又分全自动和双桶洗衣机两种：双桶洗衣机结构简单、操作方便、价格低、需要用户参与使用b.全自动洗衣机操作方便、省力、省时、无须用户参与操作。2.滚筒式洗衣机洗衣特点：

4、热水型洗衣机、结构简单、省水、洗净度高、适合多种衣料、洗涤均匀性较好，缺点：耗时、耗电、价格高，主要流行于欧洲、南美等主要穿毛、绵为主的地区,几乎100％的家庭使用的都是滚筒洗衣机。3.搅拌式洗衣机洗衣特点:冷水型洗衣机、结构复杂、洗净度高、洗涤均匀性好、缠绕率低，缺点:耗水、噪音最大、价格较高，适合洗涤衣物：棉及化纤织物，主要流行于北美地区。43北京交通大学毕业设计（论文）第43页1.3本文研究的主要内容、创新点及前期调研过程1.3.1本文研究的主要内容本项目拟研制一台磁悬浮直驱内筒洗衣机的原理样机，将磁悬浮技术应用于立式洗衣机，将洗衣机的内筒部分靠磁力

5、悬浮在外筒内部，并采用弧形直线感应电机直接驱动内筒转动。本文主要研究洗衣机设计中的直线电机的设计，分析了当前国内外主流洗衣机的工作方式，以及他们的特点及利弊，然后对电机进行电磁设计，根据公式以及实际需求设计出其起动推力、起动效率、起动电流、输出功率等参数，之后将所设计的参数在Ansoft软件上建立模型，并分析其磁密曲线，验证是否满足实际需要。内筒上部通过电磁浮轴承定位以保证内外筒的同心度。内筒下部采用永磁半磁浮轴承，以减小推力造成的机械摩擦与振动。内筒轴为空心，中心穿过波轮轴，波轮由另外一台电机带动旋转。内筒与波轮轴都可以独立旋转。整套系统可使内筒轴与外筒

6、之间几乎没有机械接触，且克服了目前立式洗衣机内筒仅下端有轴承，从而造成上端晃动的弊端。该方案具有噪音低、耗能小等优点。该洗衣机有内筒直驱电机和波轮电机两台电机，能同时分别实现转速、转向、定时等控制。本洗衣机参考设计参数如下表。表1-1本洗衣机参考设计参数：洗衣机类型洗涤时间洗涤转速脱水时间脱水转速波轮洗衣机15分钟正转2分钟停1分钟反转2分钟停1分钟10转/分2-3分钟600-800转/分钟滚筒洗衣机40分钟正转5分钟停5秒反转5分钟停5秒50转/分2-3分钟800-1600转/分钟43北京交通大学毕业设计（论文）第43页1.3.2本方案创新点(1)内筒轴

7、承系统洗衣机内筒部分通过底部永磁体同极相斥产生悬浮力，将内筒悬浮，构成永磁推力轴承；外筒上部固定的电磁线圈与内筒上部的铁磁环（若内筒是铁磁材料，则可省去）构成径向电磁轴承。永磁推力轴承是自稳定的，不需要控制；径向电磁轴承则需要通过位置传感器与反馈控制电路实现控制。优点是：系统下部永磁轴承付不接触，所以没有推力造成的摩擦损耗（仅存在较小的径向摩擦）；上部电磁轴承实现了内筒上部也有轴承约束，可以基本消除内筒旋转时的摆动。两个磁轴承的上述作用可大大降低洗衣机的振动与噪音。如图1、图2所示。(2)内筒直驱系统采用变频弧形直线电机直接驱动。内筒同时作为弧形直线感应电

8、机的转子（不锈钢内筒也可直接驱动，但为改善磁路与电路，可采用薄背铁