收藏本站
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。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20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
11 刘景林,李钟明;稀土永磁同步发电机分析计算[J];微特电机;1997年04期
12 周洁,谢卫,汪国梁;用等效磁网络法与有限元法计算永磁电机参数的比较[J];西安交通大学学报;1998年04期
13 孙立志,张弓,赵红茹,陆永平;遗传算法在永磁电机气隙磁场设计中的应用[J];哈尔滨工业大学学报;2000年01期
14 姚春元;Halbach电机的基本原理及其有限元辅助设计[J];微计算机信息;2004年06期
15 崔巍,江建中;一种新型电动车用宽调速永磁电机驱动系统[J];微电机;2004年03期
16 王宇飞,柴建云,王祥珩;多相永磁无刷直流电机凸极效应的数学模型[J];清华大学学报(自然科学版);2004年07期
17 刘荣林;永磁电动机失磁分析[J];中国民航学院学报;2004年S1期
18 邓穗湘,沈雄;永磁电机在船舶电力推进中的应用和仿真[J];航海技术;2005年04期
19 刘承军;张辉;邹继斌;;永磁同步电机齿槽定位力矩补偿[J];电工技术学报;2007年07期
20 李全峰;王巍;宋志环;于慎波;唐任远;;盘式永磁电机定子固有频率的研究[J];电气技术;2009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
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
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978