无轴承永磁薄片电机悬浮力模型及数字控制研究

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1、江苏大学硕士学位论文无轴承永磁薄片电机悬浮力模型及数字控制研究姓名：左文全申请学位级别：硕士专业：电机与电器指导教师：朱熀秋20120609江苏大学硕士学位论文摘要无轴承永磁薄片电机是一种新型的无轴承电机，可实现五自由度全悬浮，一方面继承了传统无轴承电机的一系列优点：无磨损、免维护、长寿命、超洁净、低噪音等特点，另一方面也弥补了传统无轴承电机系统结构复杂、体积大、成本昂贵的缺点，在小型化、高密封性、超洁净、超高速、超低噪音等驱动领域成为新的研究和应用热点。无轴承永磁薄片电机不仅是无轴承电机驱动技术领域中的一次

2、飞跃，也是微型电机、密封泵的一大突破，对我国生物工程技术、医药工业、半导体工业、航空航天等领域的发展具有重要的意义。本论文以爪极式定子结构的无轴承永磁薄片电机为研究对象，从理论到实验，对无轴承永磁薄片电机可控径向悬浮力公式，电机矢量数学模型、转矩控制的转子磁场定向矢量控制策略、悬浮力控制的直接位移控制策略以及电气数字控制系统进行了较为深入的研究。首先，系统地论述了无轴承永磁薄片电机的特点与应用、国内外的研究现状和发展趋势。针对爪极式定子结构的无轴承永磁薄片电机的特点，深入分析了无轴承永磁薄片电机的悬浮机理和运

3、行特点，从麦克斯韦应力张量原理角度，分析并推导了无轴承永磁薄片电机的径向悬浮力数学公式和完整的电机矢量数学模型。借助AnsoflMaxwell12分析软件，利用有限元分析方法，对所建立的径向悬浮力数学公式进行了分析验证，系统地分析了转矩绕组电流、悬浮力绕组电流、转子偏心等方面对径向悬浮力的影响，并研究其相关规律。其次，针对无轴承永磁薄片电机的本质和特殊的结构特点，研究了无轴承永磁薄片电机控制策略，采用转子磁场定向矢量控制策略对其转矩进行控制，采用直接位移控制策略对其悬浮力进行控制，并根据控制策略进行无轴承永磁

4、薄片电机电气数字控制系统硬件和软件设计，同时为了方便系统调试和控制，开发了人机交互系统。最后，构建以TMS320F2812DSP为核心的无轴承永磁薄片电机电气数字控制系统，进行了无轴承永磁薄片电机样机组装与电气数字控制系统调试，然后进行无轴承永磁薄片电机静态悬浮验证和动态恳浮验证，并进行实验结果分析。实验结果验证了理论的正确性，为进一步研究无轴承永磁薄片电机奠定了基础，具有一定的理论和参考价值。关键词：无轴承永磁薄片电机，径向悬浮力，矢量控制策略，直接位移控制策略，数字控制系统III江苏大学硕士学位论文ABS

5、TRACTAbearinglessPermanentMagnetSliceMotor(BPMSM)isanewtypebearinglessmotor，fivedegreesoffreedomcanberealizedtosuspension．Ononehand，theBPMSMhasanumberofadvantagesinheritedformthetraditionalbearinglessmotor：nowear,maintenancefree，longlife，ultraclean，lOWnoise

6、characteristics，etc；Ontheotherhand，theBPMSMmakesupfortheshortcomingsofthetraditionalbearinglessmotor：complexstructure，bulkyandcostly,etc．Inthefieldofminiaturization，highsealing，ultraclean，ultrahigh—speed，ultralownoisedrive，ete，theBPMSMhasbecomeanewresearcha

7、ndapplicationhotspot，TheBPMSMisnotonlyaleapforwardinthebearinglessmotordrivetechnology,butalsoamajorbreakthroughdevelopmentinthefieldofmicromotorandsealedpump，whichhasplayedanimportantroleinthedevelopmentofbiologicalengineeringtechnology,pharmaceuticalindus

8、try,semiconductorindustryandaerospace，etc．，forourcountry．Inthisdissertation，theBPMSMfortheclaw·polestatorstructurewasstudied，includingcontrolledradialsuspensionforceformula，motorvectormathematicalmodel