單繞組無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)的研究.pdf

1、無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)利用無(wú)軸承技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和徑向上的主動(dòng)懸浮，利用磁阻力實(shí)現(xiàn)除徑向和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)自由度外的另外三個(gè)自由度的被動(dòng)懸浮，具有軸向利用率高，性能優(yōu)越的特點(diǎn)，在生物化學(xué)、醫(yī)療、半導(dǎo)體制造等超純凈驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。 目前國(guó)內(nèi)外已研究的無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)大多數(shù)采用雙繞組結(jié)構(gòu)，分別用于控制旋轉(zhuǎn)與懸浮。這種電機(jī)結(jié)構(gòu)具有工藝復(fù)雜、漏磁較大以及兩套繞組并繞可能導(dǎo)致短路等缺點(diǎn)。本文研究了一種單繞組無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)，采用一套

2、繞組同時(shí)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和懸浮，在一定程度上彌補(bǔ)了無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)雙繞組結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)。 本文以單繞組無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)的原理分析和實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)為主要研究?jī)?nèi)容。引入了一種電流分量疊加思想，即把單繞組電流看作轉(zhuǎn)矩分量和懸浮分量的疊加，并以三相約束條件推導(dǎo)出了徑向懸浮力和轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)模型及其控制策略；單繞組結(jié)構(gòu)不存在各相電流和為零的限制，因此本文將各繞組電流作為自由變量建立了具有普遍意義的單繞組無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)懸浮力和轉(zhuǎn)矩一般模型

3、，并在該模型基礎(chǔ)上以繞組功率最優(yōu)的約束條件為例推導(dǎo)出相應(yīng)的繞組電流模型及其控制策略；通過(guò)對(duì)徑向懸浮力和轉(zhuǎn)矩一般模型的研究，提出了電機(jī)在電流缺相的情況下的容錯(cuò)運(yùn)行的可能性，分析了電機(jī)在任意一個(gè)繞組失效下的容錯(cuò)模型，并給出了相應(yīng)的控制策略。文中對(duì)以上三種數(shù)學(xué)模型均進(jìn)行了有限元分析驗(yàn)證。 根據(jù)單繞組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文采用了一種新型的基于H橋的功率系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合數(shù)字控制系統(tǒng)（DSP）的軟硬件設(shè)計(jì)，研制了第一臺(tái)單繞組無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)