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《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2005年
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微型无轴承永磁同步电机的原理与实验研究

黎海文  
【摘要】:无轴承电机,并不是说不需要轴承来支承,而是不需设计或使用专门的机械轴承、气浮或液浮轴承。无轴承电机是根据磁悬浮轴承结构与电机定子结构的相似性,把磁悬浮轴承中产生径向力的绕组叠压到电机的定子绕组上,使其本身就能产生大小可控的悬浮力和转矩,实现转子无机械摩擦的旋转。 系统地论述了无轴承电机的研究意义、国内外的发展现状和趋势。针对小卫星飞轮姿态控制系统的应用,分析了普通无轴承电机的磁悬浮机理,研究了一种新颖的无轴承永磁同步电机结构。阐述了该无轴承永磁同步电机的工作原理,由磁场能量理论计算出电机的转矩和悬浮力公式。为了实现对该电机转矩和悬浮力的单独控制,根据转矩和悬浮力公式推导出了对电机上、下定子磁场的控制方法。 讨论了空气气隙、永磁体厚度对该无轴承永磁同步电机的悬浮力和转矩的影响。为了实现电机转子的悬浮并实现电机的最大力矩输出,采用ANSYS对该电机进行了三维建模,对不同空气气隙、永磁体厚度对电机的悬浮力和转矩的影响进行了分析,并得出了合适的空气气隙与永磁体厚度值。 设计制造了该无轴承永磁同步电机的原理样机(包括定、转子间隙可任意调节的电机机械结构、DSP(TMS320LF2407)为核心的数字控制系统、光电信号隔离电路、功率放大电路等),证明了该方案的可行性和合理性。 本论文所研究的无轴承永磁电机是一种复杂的机电系统,同时也是一个新的研究领域,具有一定的理论和实际应用价值。
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