收藏本站
《南京航空航天大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

无轴承薄片电机基础研究

廖启新  
【摘要】: 无轴承薄片电机因其集被动悬浮与主动悬浮功能于一体,在生物、化学、医疗、半导体制造等超纯净领域以及高速驱动领域的应用具有显著的特点。本文以无轴承薄片电机为研究对象,对其数学模型、结构设计、电机控制等方面进行了较为系统深入的研究。 无轴承薄片电机的一大特色在于被动悬浮,而被动悬浮特性直接影响系统的整体性能。文中采用磁路分析结合电磁场有限元验证的方法首次推导了非永磁电机的被动悬浮力表达式,采用有限元方法分析了永磁电机的被动悬浮力特性。在此基础上对无轴承薄片电机的转子动力学特性进行分析,为后续的研究打下了基础。 无轴承薄片电机具有多种结构形式,且各有特点。为比较各类电机结构的性能,文中采用磁路分析方法推导了集中式绕组表贴式无轴承永磁薄片电机的径向力与转矩数学模型,并采用有限元分析进行了验证。在此基础上对集中式绕组表贴式结构、分布式绕组表贴式结构、分布式绕组交替极结构这三种较为典型的无轴承永磁薄片电机进行了对比分析,为无轴承薄片电机的应用选型提供了参考依据。并针对无轴承薄片电机功率难以提升的问题,提出了一种新型的双定子结构电机,电磁场有限元分析表明该结构的电机不仅可大幅提高悬浮力和转矩,而且可以显著减轻转子重量。 集中式绕组表贴式结构的无轴承永磁电机在中小功率领域具有应用优势。在该电机的本体设计方面,提出一种基于有限元分析的永磁体形状逐点优化设计方法,获得了正弦度极高的永磁磁场,保证了径向悬浮力的平稳,为实现电机的稳定运行奠定了基础。在电机控制方面,实现了双绕组结构下的解耦控制,最高转速达到了15000rpm。为实现电机的容错运行,推导了单绕组N齿结构的通用径向力模型,并分别采用叠加控制算法和直接求解法实现了单绕组下的稳定运行。在此基础上首次实现了六齿电机任一齿线圈断路情况下的容错运行。为提高系统的可靠性,提供了一条有效途径。 分布式绕组交替极结构控制简单,且在大功率领域具有优势。本文采用磁路分析结合有限元验证的方法首次对其悬浮力脉动进行了研究,分析了不同极对数下悬浮力产生脉动的原因,并提出了抑制悬浮力脉动的方法。在此基础上,通过合理设计,抑制了悬浮力脉动,成功实现了三对极无轴承交替极薄片电机平稳悬浮,突破了以往电机极对数不低于四的限制,拓宽了交替极无轴承薄片电机的应用领域。 最后本文针对应用于无轴承薄片电机中的电涡流位移传感器成本过高的问题,研究了闭合磁路式和开路式的两种霍尔位移传感器,并进行了磁路分析和实验研究,成功地实现了基于霍尔位移传感器的无轴承薄片电机的平稳悬浮运行,为降低系统的成本提供了一条有效途径。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TM301.2

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 岳盛奏;单绕组无轴承薄片电机缺相容错控制的研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 盛旺;六相无轴承薄片电机容错控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
3 张婷婷;无轴承同步磁阻电机逆系统解耦控制[D];江苏大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邓智泉,严仰光;无轴承交流电动机的基本理论和研究现状[J];电工技术学报;2000年02期
2 王凤翔,郑柒拾,王宝国;不同转子结构无轴承电动机的磁悬浮力分析与计算[J];电工技术学报;2002年05期
3 邓智泉,张宏全,王晓琳,严仰光;基于气隙磁场定向的无轴承异步电机非线性解耦控制[J];电工技术学报;2002年06期
4 谭进,戴连平;电涡流传感器在使用中应注意的问题[J];化工进展;2003年08期
5 俞雷霖;奚立峰;俞如友;;离心分离技术的国内现状国外进展及大规模定制设计[J];化学世界;2006年11期
6 钱坤喜,郑铭;离心型人工心脏叶轮血泵的设计原理和动物试验结果[J];航天医学与医学工程;1996年05期
7 毛君;刘佳;潘妮;;霍尔传感器及其在工业生产中的应用[J];煤矿机械;2006年02期
8 黄素梅;殷明;张春芳;张正福;刘燕刚;;超速离心机在公共实验平台发挥的作用[J];实验室研究与探索;2008年03期
9 戴素萍;离心机的原理、操作及维护[J];云南大学学报(自然科学版);2000年S2期
10 许德章;电涡流传感器信号调理电路的设计[J];自动化仪表;1998年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 廖启新;无轴承永磁薄片电机的研究[D];南京航空航天大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 余鹏;唐辉强;;基于设计选型及现场实测风机单位风量耗功率的分析[J];四川建筑科学研究;2012年03期
2 方武;;风管流量测量实验的设计[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年06期
3 杨启耀;张文娜;王存宝;周孔亢;;空气悬架弹性元件特性的理论研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年03期
4 朱彦凝;吴赟城;王强;;高压天然气管道孔口泄漏扩散浓度与范围仿真探讨[J];安全;2009年04期
5 刘慧娟,张奕黄;磁悬浮列车中直线发电机电枢绕组电阻和电感的计算[J];北方交通大学学报;2003年04期
6 王秋蓉;葛宝明;;无轴承开关磁阻电机的转矩与径向力特性分析[J];北京交通大学学报;2007年02期
7 黎飞龙;吴宝勤;李光辉;;某小型涡扇发动机转子高速动平衡试验[J];兵工自动化;2010年06期
8 王伟;华高英;赵耀华;李磊;;城市地下交通隧道实体通风测试与数值仿真[J];北京工业大学学报;2010年02期
9 刘丽华;离散线性系统的鲁棒容错控制[J];北京机械工业学院学报;2003年04期
10 曾建平,程鹏,张力军;状态反馈H_∞控制问题可解条件的简化[J];北京航空航天大学学报;2002年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李忠刚;陈予恕;刘延彬;;转子气流激振力幂级数力学模型的动力学分析[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 王美令;韩清凯;;转盘偏置对转子系统动力学特性的影响研究[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
3 王青华;;大型水泵水轮机组转子动力学模型研究[A];抽水蓄能电站工程建设文集2011[C];2011年
4 刘贤兴;董磊;范文进;孙宇新;;五自由度无轴承异步电机的α阶逆系统解耦控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 董磊;刘贤兴;孙宇新;;无轴承异步电机径向悬浮力的微分几何变结构解耦控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 张汉年;朱熀秋;刁小燕;;无轴承同步磁阻电动机反馈解耦控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 朱熀秋;李烽;潘伟;孙晓东;;无轴承异步电机转子磁场定向控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 朱熀秋;郝建欣;张伟霞;潘伟;刘贤兴;;无轴承异步电机两种磁场定向控制系统设计与性能分析[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 刘贤兴;王伟;朱大敏;;基于自抗扰控制器的无轴承异步电机SVM-DTC系统[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 ;Calculation of BSRM's Inductance with PSO-BPNN[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 雷金;洛仑兹平面电机的结构动态特性研究[D];华中科技大学;2010年
2 杨通;高速大推力直线感应电机的电磁理论与设计研究[D];华中科技大学;2010年
3 吕艳玲;超高压发电机失磁过程的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
4 付强;1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究[D];江苏大学;2010年
5 吴昊;滚动轴承动特性及轴承—转子系统动力学模型研究[D];华东理工大学;2011年
6 刘庆堂;高压天然气管网动态模拟与壅塞流动特性研究[D];山东大学;2010年
7 邢军强;高速永磁电机转子损耗及通风散热研究[D];沈阳工业大学;2011年
8 赵国新;变频电源供电永磁同步电动机几个关键技术研究[D];沈阳工业大学;2011年
9 赵海森;超高效异步电机损耗模型及降耗措施研究[D];华北电力大学(北京);2011年
10 沈春根;高速加工工具系统的动力学特性及应用基础研究[D];江苏大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张志华;弧形直线电机伸缩门及其控制研究[D];河南理工大学;2010年
2 宋现洲;某空气压缩机转子轴承系统动力学分析[D];郑州大学;2010年
3 赵国卿;基于全矢谱的旋转机械轴振与瓦振关系研究[D];郑州大学;2010年
4 张晓冬;基于全矢谱的智能诊断技术研究[D];郑州大学;2010年
5 樊碧波;基于全矢谱的故障预测关键技术研究[D];郑州大学;2010年
6 迟光亮;基于TRNSYS的空调系统自动控制仿真器的开发[D];大连理工大学;2010年
7 郑宝鑫;矿井风机监测系统的研究与设计[D];辽宁工程技术大学;2009年
8 陈永超;基于PLC的清洗机控制研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 郭华;架空导线覆冰时捕获空气中过冷水滴规律研究[D];长沙理工大学;2010年
10 张汉允;永磁同步电机设计与特性分析[D];河南理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邓智泉,严仰光;无轴承交流电动机的基本理论和研究现状[J];电工技术学报;2000年02期
2 朱熀秋;无轴承电动机轴向磁轴承参数设计与控制系统研究[J];电工技术学报;2002年03期
3 仇志坚,邓智泉,严仰光;无轴承永磁同步电动机的原理及实现[J];电工技术学报;2004年11期
4 岳盛奏;王晓琳;廖启新;邓智泉;;无轴承薄片电机的自诊断容错运行[J];电工技术学报;2010年05期
5 朱俊;邓智泉;王晓琳;廖启新;;单绕组无轴承薄片电机功率系统的设计[J];电机与控制学报;2008年01期
6 朱俊;廖启新;邓智泉;王晓琳;;一种具有容错功能的无轴承薄片电机的原理及其实现[J];电力电子;2008年03期
7 何宗元;孙丹;贺益康;;PMSM DTC系统的三相四开关容错运行[J];电力电子技术;2007年02期
8 IVONNE Y B;孙丹;刘学;贺益康;;永磁同步电机驱动系统逆变器容错重构控制[J];电力电子技术;2008年07期
9 刘震,林辉,司利云;开关磁阻发电系统的故障分析及仿真[J];电力系统及其自动化学报;2005年05期
10 张汉年;朱秋;张植保;;基于前馈补偿器的无轴承同步磁阻电机解耦控制[J];东南大学学报(自然科学版);2005年S2期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 吴国庆;用于数控机床的磁悬浮支承系统及其控制技术[D];上海大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 岳盛奏;单绕组无轴承薄片电机缺相容错控制的研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 解超;永磁无轴承无刷直流电动机及控制系统的研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 仇志坚;永磁同步电动机的无轴承技术研究[D];南京航空航天大学;2003年
4 张汉年;无轴承同步磁阻电机基础理论与试验研究[D];江苏大学;2006年
5 朱俊;单绕组无轴承永磁薄片电机的研究[D];南京航空航天大学;2008年
6 刘艳君;无轴承永磁薄片电机本体及控制系统的优化设计[D];南京航空航天大学;2008年
7 贾磊;无轴承无刷直流电机原理与控制技术[D];江苏大学;2009年
8 陈超;无轴承薄片离心泵的研究和实现[D];南京航空航天大学;2009年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 盛旺;六相无轴承薄片电机容错控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 钱坤喜;费青;马巧妹;;叶轮血泵同转子泵的溶血比较[J];北京生物医学工程;1988年01期
2 邓智泉,严仰光;无轴承交流电动机的基本理论和研究现状[J];电工技术学报;2000年02期
3 朱熀秋;无轴承电动机轴向磁轴承参数设计与控制系统研究[J];电工技术学报;2002年03期
4 邓智泉,张宏全,王晓琳,严仰光;基于气隙磁场定向的无轴承异步电机非线性解耦控制[J];电工技术学报;2002年06期
5 褚良银,赵扬,陈文梅,喻炜,王广金,周先桃;水力旋流器分离性能强化研究[J];过滤与分离;2004年01期
6 高根树;内旋转子过滤离心机[J];过滤与分离;2004年01期
7 汤慧华,杨德武,汪洋,杨明珍;螺旋卸料过滤离心机的理论研究[J];过滤与分离;2004年04期
8 贺世正;卧式悬臂离心机转鼓的整机动平衡[J];化工装备技术;2001年02期
9 邓智泉 ,张宏全 ,王晓琳 ,严仰光;基于气隙磁场定向的无轴承异步电机非线性解耦控制(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2002年01期
10 俞如友;螺旋沉降离心机在石油化工中的应用及其进展[J];化学世界;1989年11期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林鹤云,朱震莲;稀土永磁电机磁场有限元分析系统[J];微电机;1998年03期
2 曾德贵;;永磁电机磁路设计与分析[J];泸州职业教育技术学院学报;2003年04期
3 Frank Fladerer;;永磁电机实现压缩机节能[J];现代制造;2009年14期
4 邵晓强;莫会成;;永磁交流伺服电动机力矩分析[J];微电机;1991年02期
5 王淦绪;;稀土粘结磁体与永磁电机[J];微电机;1992年01期
6 林德芳;提高永磁电机性能新途径——磁钢工作点的确定(上)[J];家用电器科技;1998年03期
7 黄海;采用ANSYS软件进行永磁电机的磁场分析[J];船电技术;2001年02期
8 陈霞;邹继斌;胡建辉;;采用齿冠开槽法有效抑制永磁电机齿槽力矩[J];微特电机;2006年11期
9 ;我国研发,高效节能电机投入应用[J];资源节约与环保;2009年01期
10 白长发,张仕勇;永磁式同步电动机的旋转方向性问题[J];中小型电机;1995年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李春光;;永磁电机在油田大有作为[A];第十一届全国永磁电机学术交流会论文集[C];2011年
2 陶瑞民;;永磁电机电磁场的边界元方法[A];第十一届全国永磁电机学术交流会论文集[C];2011年
3 王应海;张好明;丁慎平;;新型永磁同步电机的计算机辅助设计及实验研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 李节宝;井立兵;周晓燕;章跃进;;表贴式永磁电机直接解析计算法[A];第十六届中国小电机技术研讨会论文摘要集[C];2011年
5 张涛;倪伟;叶小婷;;基于电流最小的无轴承永磁电机转子质量不平衡补偿控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 李兴林;张燕辽;曹茂来;张仰平;陆水根;卓继志;;轴承可靠性工程应用技术[A];2011年全国机械行业可靠性技术学术交流会暨第四届可靠性工程分会第三次全体委员大会论文集[C];2011年
7 徐进;龙文枫;尹斌传;;VXI总线测试系统在永磁电机综合测试研究中的应用[A];第11届全国电气自动化电控系统学术年会论文集[C];2002年
8 武建平;胡虔生;;永磁电机内充磁夹具的分析[A];江苏省电工技术学会成立十周年庆典暨2004年学术年会论文集[C];2004年
9 唐任远;;稀土永磁电机发展综述[A];电气技术发展综述[C];2004年
10 荣军;黄海;;电机/螺旋桨集成推进器[A];湖北省电工技术学会、武汉电工技术学会2008年学术年会暨理事会换届大会论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张海鹏 王世锋;我国轴承技术装备水平不断提高[N];中国冶金报;2011年
2 记者 单超哲 通讯员 鞠家田;瓦轴集团将建轴承技术研究中心[N];经济日报;2009年
3 记者 殷曾宏;“新时速”兆瓦级风电永磁电机项目开工[N];运城日报;2010年
4 鞠家田;瓦轴召开风电装备国产化轴承技术及配套会[N];中国工业报;2009年
5 记者 齐作权 通讯员 申军平;国内永磁电机工程技术研究室落户永济[N];山西日报;2006年
6 申军平;永济电机将出口大型永磁电机[N];中国冶金报;2008年
7 鞠家田;瓦轴精密轴承技术与制造产业园落户金州[N];中国工业报;2008年
8 本报记者 袁天志;贵州林泉“牵手”大庆华谊[N];贵州日报;2008年
9 高勇;北京将重点发展集成电路和高档永磁电机[N];中国有色金属报;2004年
10 张平;瓦轴召开风力发电装备国产化轴承技术及配套会议[N];机电商报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 廖启新;无轴承薄片电机基础研究[D];南京航空航天大学;2009年
2 陈进华;异向旋转双转子永磁电机研究[D];沈阳工业大学;2012年
3 张冉;表面式永磁电机电磁激振力波及其抑制措施研究[D];山东大学;2011年
4 邢军强;高速永磁电机转子损耗及通风散热研究[D];沈阳工业大学;2011年
5 孔晓光;高速永磁电机定子损耗和温升研究[D];沈阳工业大学;2011年
6 王思明;风力发电机变桨轴承微动磨损研究[D];西南交通大学;2011年
7 仇志坚;永磁型无轴承电机的基础研究[D];南京航空航天大学;2009年
8 刘哲民;横向磁通永磁同步电机研究[D];沈阳工业大学;2006年
9 白会娟;导电材料结构电磁热弹性多场行为的理论研究[D];兰州大学;2010年
10 刘哲民;横向磁通永磁同步电机研究[D];沈阳工业大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 丁强;交替极无轴承永磁电机控制系统研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 王兴佳;高速永磁无刷直流电动机设计与分析[D];沈阳工业大学;2011年
3 毛征财;新型横向磁通永磁电机研究[D];北京邮电大学;2010年
4 黄海;电流源型永磁电机控制方法仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
5 周晓燕;永磁电机二维电磁场软件平台[D];沈阳工业大学;2003年
6 姚凯;薄片式无轴承永磁电机的研究[D];南京航空航天大学;2005年
7 张军;横向磁通永磁电机涡流场及温度场计算分析[D];沈阳工业大学;2011年
8 李炳楠;横向磁通永磁同步电动机设计与研究[D];沈阳工业大学;2009年
9 林雪原;基于软磁铁氧体的高速永磁电机设计及其控制器的研究[D];山东大学;2012年
10 任娜;横向磁通永磁同步电动机的三维磁场计算与结构性能分析[D];天津大学;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026