无轴承永磁薄片电机径向悬浮力精确数学建模.pdf

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1、第32卷第3期中国电机工程学报Vo1．32No．2Jan．25，20122012年1月25日ProceedingsoftheCSEE@2012Chin．Soc．forElec．Eng．103文章编号：0258—8013(2012)03—0103—08中图分类号：TM301文献标志码：A学科分类号：470．40无轴承永磁薄片电机径向悬浮力精确数学建模左文全，吕艳博，付向东，潘伟，朱烷秋(江苏大学电气信息工程学院，江苏省镇江市212013)AccurateMathematicalModelingofRad

2、ialSuspensionForceonBearinglessPermanentMagnetSliceMotorsZUOWenquan，LOYanbo，FUXiangdong，PANWei，ZHUHuangqiu(SchoolofElectricalandInformationEngineering，JiangsuUniversity,Zhenjiang212013，JiangsuProvince，China)ABSTRACT：Bearinglessslicemotors(BSM)haveawide0

3、引言applicationprospectasthespecialstructureofitsslicerotor．It无轴承永磁薄片电机其永磁转子轴向长度相isthefocusingettingaccuratemathematicalmodelofradial对于转子半径较小、成薄片状[1，利用传统磁悬浮suspensionforcetOlevitatetherotorstablybydirectlyand无轴承技术实现转子径向悬浮，利用薄片转子特殊efectivelycontrollingroto

4、reccentricdisplacement．Firstly,结构使转子依靠磁阻力实现其他3个自由度上的被air-gapfluxdensitydistributionsofBSMareanalyzedindetail．动悬浮]。这种电机不仅具有永磁电机和磁悬浮轴Then，anaccuratemathematicalmodelofradialsuspension承的优点，而且具有体积小、功率密度高、结构简forceisdeducedbyusingtheMaxwellstresstensormethod，

5、单、可靠性稳定等特点，采用这种电机驱动的泵系anditisverifiedbythefiniteelementmethod(FEM)．Results统在生物化学、医疗医药、半导体制造、航空航天bothbytheradialsuspensionforcemathematicalmodelof等对洁净度要求很高的行业具有广泛的应用BSMandbyFEMareconsistent．前景[I-4,7-8]。KEYWORDS：bearinglessslicemotors；radialsuspension无轴承永

6、磁薄片电机若要达到实际应用价值，force；Maxwellstresstensormethod；mathematicalmodel；薄片转子在运行中必须能够稳定悬浮，偏心位移很finiteelementmethod小且能够稳定控制在一定的范围之内。这种精度高、实时性强的控制过程必须借助于数字信号处理摘要：无轴承永磁薄片电机具有薄片转子的特殊结构，为了器(digitalsignalprocessor，DSP)才能够完成，因此采取有效方法控制转子偏心位移、使转子稳定悬浮，研究的必须首先获得无轴承永磁薄片电

7、机精确的径向悬关键在于获得无轴承永磁薄片电机精确的径向悬浮力数学浮力数学模型，这样才能利用DSP实现精确稳定、模型。在介绍无轴承永磁薄片电机的结构和工作原理基础实时可靠的薄片转子稳定悬浮控制。文献[5]对单绕上，对无轴承永磁薄片电机气隙磁场进行了详细分析，基于组无轴承永磁薄片电机采用电机等效磁路法建立麦克斯韦应力张量法推导了其径向悬浮力数学模型，最后对了其径向悬浮力数学模型，但由于其转矩磁场和比验证了利用有限元方法的计算结果和样机实验对数学模悬浮磁场由同一套定子绕组产生，两者耦合影响型的理论计算结果。

8、验证结果表明，该方法建立的径向悬浮严重。文献[6]对2套绕组的无轴承永磁薄片电机力数学模型误差小、精确度高。采用电机等效磁路法建立了其径向悬浮力数学模关键词：无轴承永磁薄片电机；径向悬浮力；麦克斯韦应力型，该模型中悬浮力与悬浮电流的幅值成线性关张量法；数学模型；有限元分析系，与永磁等效电流的幅值与相位有关。文献[9]基金项目：国家自然科学基金项目(60974053)江苏高校优势学科对3对极无轴承交替极薄片电机应用分段求解法建设工程资助项目(苏政办发[20