片状无轴承永磁电机的研究

论文摘要

本文介绍了片状无轴承永磁电机的工作原理,利用等效磁路模型给出六齿集中式绕组结构电机的径向悬浮力解析表达式。运用有限元软件ANSYS对电机进行电磁场仿真,形象地分析了电机径向悬浮力的产生原理,给出了电机内部磁力线分布图和磁感应强度彩色分布云图。在普通永磁同步电机矢量控制原理的基础上,本文进一步引出了片状电机的矢量控制理论,并采用转子磁场定向矢量控制方法对电机的径向悬浮力和旋转力矩进行解耦,确定了电机悬浮系统和转矩系统的控制策略。采用智能功率模块设计了电流控制型逆变器,并运用TI公司的标准电机软件程序对其进行测试,结果表明该逆变器能够满足片状无轴承永磁电机系统的硬件要求。在此基础上结合实验室已有的位移传感器和DSP数字控制器,设计完成了片状无轴承永磁电机系统的控制系统,并设计、加工、装配了一台片状无轴承永磁电机原理样机。最后进行了试验研究,试验结果表明:本文设计的片状无轴承永磁电机系统性能良好,成功实现了电机转子稳定悬浮。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 磁悬浮轴承简介
• 1.2 无轴承电机概述
• 1.3 片状无轴承电机的研究现状和研究意义
• 1.3.1 片状无轴承电机的研究现状
• 1.3.2 片状无轴承电机的研究意义
• 1.4 课题的提出和论文工作的安排
• 1.4.1 课题的提出
• 1.4.2 课题的主要研究工作
• 1.4.3 论文内容安排
• 第二章 片状无轴承永磁电机的数学模型和控制原理
• 2.1 片状无轴承永磁电机的工作原理
• 2.1.1 径向主动悬浮原理
• 2.1.2 被动悬浮原理
• 2.2 片状无轴承永磁电机的径向悬浮力数学模型
• 2.3 永磁同步电机的矢量控制原理
• 2.3.1 矢量控制基本理论
• 2.3.2 三相定子到两相定子的变换
• 2.3.3 两相定子到两相旋转坐标的变换
• 2.3.4 三相静止到两相任意速度旋转坐标的变换
• 2.3.5 转子磁场定向矢量控制
• 2.4 片状无轴承永磁同步电机的控制策略
• 2.5 本章小结
• 第三章 片状无轴承永磁电机的电磁场仿真和结构设计
• 3.1 片状无轴承永磁电机系统结构简介
• 3.2 电机设计
• 3.3 ANSYS 有限元电磁场仿真
• 3.4 电机结构设计
• 3.4.1 电机定子设计
• 3.4.2 电机转子设计
• 3.4.3 绕组设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 片状无轴承永磁电机的控制系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 硬件控制系统设计
• 4.2.1 位移传感器组件
• 4.2.2 DSP 数字控制器
• 4.2.3 功率系统（电流控制型逆变器）的设计
• 4.2.4 功率系统（电流控制型逆变器）的测试
• 4.3 控制软件的设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 片状无轴承永磁电机系统试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 片状无轴承永磁电机系统静态悬浮试验
• 5.2.1 稳定悬浮判定方法
• 5.2.2 静态悬浮试验
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文的主要工作
• 6.2 对进一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文