基于軟磁鐵氧體的高速永磁無刷直流電機的研究.pdf

1、隨著高速軸承技術和電機控制技術的發(fā)展，高速永磁電機以其低轉子損耗、高功率密度的特點，廣泛應用于數(shù)控高速鉆孔、銑削設備、精密雕刻、精密磨床、加工中心及其它高速機械場合，使設備加工精度、生產(chǎn)效率大幅度提高，因此對于高速永磁電機的研究具有較高的理論和應用價值。 本文在綜述高速電機研究現(xiàn)狀、結構類型及其設計特點的基礎上，首先，提出了基于軟磁鐵氧體的低鐵耗高速永磁無刷直流電機設計理念。依據(jù)軟磁鐵氧體在高頻交變場中高初始磁導率、高電阻率、低

2、損耗的特點，將其環(huán)形磁芯作為定子鐵心，轉子上為稀土永磁磁環(huán)，電機采用大有效氣隙無齒槽結構，繞組均勻分布于大有效氣隙內(nèi)。由于沒有齒部，繞組可具有較大的電負荷，以此補償軟磁鐵氧體磁負荷低的缺點，通過定子磁環(huán)、永磁磁環(huán)的尺寸匹配設計，使它們分別運行于最佳工作點，保證電機較高的功率密度。其次，通過有限元計算分析，指出該種電機大有效氣隙內(nèi)磁場分布極不均勻，繞組感生電動勢不但與磁場大小有關，而且與相繞組導體位置有關，進而引入氣隙磁場的解析計算，推導

3、了繞組感生電動勢的計算方法。最后，通過樣機的磁場分析、鐵耗分析以及樣機試驗結果證明：本文提出的基于軟磁鐵氧體的低鐵耗高速永磁無刷直流電機設計理念是有效的、可行的。 本文還結合具體應用，設計了渦輪分子泵用高速永磁無刷直流電機控制系統(tǒng)。首先，在滿足渦輪分子泵特性要求的前提下，采用無刷電機專用控制芯片和單片機相結合的方式實現(xiàn)控制系統(tǒng)設計。將專用芯片的快速性和高可靠性以及單片機控制的靈活性相結合保證了整個控制系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定、靈活的控制

4、特點。結合渦輪分子泵高速、大慣量的特點，設計了電機的平緩軟起動功能；利用轉子位置信號實現(xiàn)電機實時轉速檢測和顯示，并采用數(shù)字PI調(diào)節(jié)實現(xiàn)電機的轉速控制；利用電流峰值保護和母線電流平均值限幅實現(xiàn)電機的過流保護；最后，針對渦輪分子泵慣量大、停機時間長的特點，設計了制動單元，利用電機制動過程中的轉速變化情況合理地實現(xiàn)了電機三段式制動，即滿足了快速制動的要求又保證了制動的安全性。同時系統(tǒng)還提供了良好的人機交互功能，通過控制板可以實時改變電機的控制