无轴承交流电机原理与发展

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1、2010年第9卷第3期(总第146期)19无轴承交流电机的原理和发展陈冲，于伟峰(大连交通大学电气信息学院，辽宁大连116028)摘要：无轴承交流电机作为一种集驱动与自悬浮功能于一体的新型磁悬浮电机，具有传统磁轴承电机无磨损、无润滑、无粉尘等特点，在交流电机领域已经成为一个研究热点，在对无轴承交流电机的基本原理进行一般性分析的基础上。对无轴承交流电机的基本理论，径向力方程以及控制系统方程做了较为细致的论述，最后对无轴承交流电机的研究现状进行了分析和总结，并提出了有待进一步研究的问题。关键词：无轴承交流电机；基本理论；径向力方程；研究现状Abstract：Thebe

2、aringlessinductionmotor，whichintegratesinductionmotorandmagneticbearing，hasthefunctionofrotationandself-levitation．，havetheadvantagesofnoabrasion，nolubricationandnoparticlegenerationcausedbybearings，itaregettingalotofattentionsinthefieldofACmotordrivesatpresent．Onthebasisofthegenerala

3、nalysisofthecardinalprincipleofACbearing,lessmotor，thefundamentaltheory，theradialforcefunctionsandthecontrolsystemareexplainedinmoredetail．Atlast,theresearchstatusofACbearinglessmotorissummarized，andproposedtobefurtherstudied．Keyword：ACbearingJessmotorFundamentaltheoryTheradialforcefu

4、nctionsTheresearchstatus中图分类号：TM34文献标识码：A文章编号：1671—8089(2010)03—0019—03一、引言航空航天事业的发展具有重要意义【’其中无轴承交流电机因为无轴承电机是80年代末发展起来的一种集驱动与悬浮于一结构简单，可靠性高，成为研究最多的无轴承电机类型。体的新型磁悬浮电机。一方面，它继承了传统磁轴承电机无润滑、二、无轴承交流电机基本原理无磨损、无机械噪声等特点，可以用于真空技术、无菌车间或超纯研究无轴承交流电动机，首先要对转子进行受力分析，建立净介质的传输等生化医学领域，如心脏血泵、涡轮分子泵、离心干悬浮力模型

5、。不同于普通电机，无轴承交流电动机定子上有两套燥机等。另一方面，由于利用磁轴承与电机结构相似性，将悬浮控绕组，如下图1所示，一为悬浮绕组，一为转矩绕组，极对数相差±制绕组和转矩控制绕组一起叠绕在电机定子内部，悬浮力产生是1。当两套绕组分别通电时将产生各自的旋转磁场，以驱动转子旋以转矩控制绕组的旋转磁场为偏置磁场，因此与传统磁轴承电机转；而同时通电时这两个旋转磁场在转子与定子间的气隙中相互相比，在空间利用率、电磁效率等方面均有所提高。特别适用于高叠加，形成一个偏置磁场，该偏置磁场可使气隙中某一特定区域速飞轮储能系统、飞机启动发电系统、飞机环境控制系统和电子的磁场增强

6、，而其相反方向的磁场减弱，此时，转子将向磁场增强设备高效冷却系统等大功率、微小型、超高速领域，对能源交通、的方向移动。这种偏置磁场产生的麦克斯韦力就是使转子悬浮的磁悬浮Y力。忽略电机中气隙磁动势的高次谐波，则感应式无轴承电机中4极和2极气隙磁动势基波表达式U为：￡)=cos@t-20+Oa)(1)t)=F_,cos(wt-20+02)(2)式中、、、分别为4极和2极磁动势基波幅值和t=0时磁动势矢量空间相位角；，∞为空间机械角度和电角频率。本文采用了应用解析法推导出的转子受力解析表达式nI。考—虑电机气隙偏心，设偏心缸率为，偏心角d=∞￡an垃，知，goX0X分别

7、为在，Y轴上偏移量，蓟为平均气隙，转子偏心位移如下图2所示：其气隙长度和单位面积气隙比磁导分别表示为：2g(O,t)=go(1-scos(O-et)1(3)A(1)(cos))(4)设转子无偏心时的单位面积磁导率为Ao,定义气隙磁密幅值图!无轴承电机悬浮原理B4=A以，B4=A。根据叠加原理，两套绕组的总磁密为：202010年第9卷第3期(总第146期)如图3所示是一个正反馈系统，是个开环系统。G(s)=1,s=o'+jto(13)从式(13)可以看出，这是个二阶系统，其阻尼比1：--o说明其为无阻尼情况，此时系统阶跃响应应为等幅振荡。为了增加阻尼，使得系统能够稳

8、定，我们在