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毕业设计无轴承电机的结构设计(5) 毕业设计无轴承电机的结构设计(5)

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《毕业设计无轴承电机的结构设计(5)》修改意见稿

1、“.....定子铁芯采用硅钢片叠压而成,永久磁铁采用稀土材料钕铁硼制成。当径向轴向都稳定悬浮时,转子在永久磁铁产生的静磁场吸力下处于悬浮的中间位置,径向和轴向单边的气隙都为。由于结构的对称性,永久磁铁产生的磁通密度在转子上下左右和前后的气隙处是相等的。这类磁轴承利用个径向充磁的环型永磁体来产生轴向和径向气隙的偏置磁场,采用单极性结构使偏置磁场在径向和轴向气隙流出入转子,消除了转子旋转时径向和轴向气隙中的磁极性变化,减小了转子在高速旋转时的磁滞损耗。利用永磁体代替电磁铁提供偏置磁通后具有如下优点线圈电流只需提供控制磁通,从而使电磁铁安匝数显著减小磁轴承的铜耗大大降低在气隙长度范围内,磁悬浮力的刚度系数更接近于常数每个自由度只需个功率放大器,使系统可靠性增强成本降低。该磁轴承的整体设计紧凑......”

2、“.....空间利用率非常高。在控制线圈没有通电的情况下,转子处于平衡位置时,环型永磁体在轴向气隙处产生的偏置磁通相等,同时在四个径向气隙处也产生相等的偏置磁通,这样使转子受到的轴向和径向的磁阻力合力为零。当转子偏离平衡位置时,永磁偏置磁场对转子产生的磁阻力并不能使转子回到平衡位置,因此需要个主动的闭环伺服控制系统去控制轴向控制线圈和径向控制线圈的电流,产生控制磁通和偏置磁通叠加,使其在转子的个方向的磁通增强,在另个方向的磁通减少,因此在上下方向上产生的力的大小不样,转子在上下磁阻力的作用下回到平衡位置。图是轴向磁轴承的磁路图,图中是永久磁铁产生的静态偏置磁通,是轴向控制线圈中电流产生的控制磁通,气隙磁通由这两部分磁通合成。图是径向磁轴承的磁路图......”

3、“.....是永久磁铁产生的静态偏置磁通,是方向的控制磁通,用同样的方法可以标明方向磁通的路径。图轴向磁轴承的磁路图图径向磁轴承的磁路图径向和轴向混合磁轴承在个自由度上的工作原理是样的。参考图,当轴向稳定悬浮时,磁轴承转子在永久磁铁产生的静磁场吸力下处于悬浮的中间位置,也称这个位置为参考位置。由于结构的对称性,永久磁铁产生的磁通在转子右面的气隙处和转子左面的气隙处是相等的,此时左右吸力相等。如果在此平衡位置时转子受到个向右的外扰力,转子就会偏离参考位置向右运动,造成永久磁铁产生的左右气隙的磁通变化假设径向在平衡位置,即左面的气隙增大,使永磁体产生的磁通减少,右面的气隙减少,使永磁体产生的磁通增加......”

4、“.....在未产生控制磁通之前,由于究水平还远未达到系统完善的地步,但是,其研究的进程是飞速的,国外已纷纷研制出无轴承感应电机无轴承片状电机无轴承同步磁阻电机无轴承永磁同步电机等实验样机。机床涡轮分子泵离心泵压缩机飞轮储能装置及小型发电设备等工业领域,特别是无轴承电机比其他同功率的电机及支撑装置,体积小重量轻能耗小,对于提高航空肮天器的工作性能具有重要意义。无轴承电机作为轴承电机,方面具有磁悬浮轴承的优点,如无接触无需润滑及无磨损等,可以用于真空技术无菌车间腐蚀性介质或非常纯净介质的传输另方面电机转速可以做得很高功率也可以很大,特别适用于高速或超高速数控参数的非线性变化磁路饱和对电机控制性能的影响......”

5、“.....是无轴承交流电机的研究重要课题之。无轴承电机的应用现状无力控制之间的静态解耦,还未实现完全的动态解耦,要确保无轴承电机在过渡阶段的稳定运行,只有实现两者之间的动态解耦才是根本的保证。另外文献提出的控制方法没有考虑电机参数的变化来设计控制算法,因此,考虑电机转动和幅值恒定,实现两者之间的解耦,试验表明提出的补偿措施能实现负载条件下电机的稳定工作,并依此针对异步电机提出个间接矢量控制方法。但目前提出的各种方法从解耦角度看,仅仅实现了电机的电磁转矩和径向悬浮控制,但这种算法构造比较复杂,需要对多个磁链矢量进行控制,实现比较困难。另种方法分析无轴承异步电机在负载条件下径向悬浮力和电磁转矩耦合的关系......”

6、“.....这也是个难点。国外在这些方面研究中较具有代表性的方法,种是针对无轴承异步电机和同步电机提出了个近似线性化的基于矢量变换的控制算法来实现电磁转矩和径向悬浮力之间的解耦采取有效地解耦措施,无轴承电机不可能稳定运行,因此电磁转矩和径向悬浮力之间解耦控制是无轴承电机的基本要求无轴承电机的控制系统的设计必须考虑因磁饱和和温度变化等因素所引起的电机参数的变化。设计有效而技术,决定无轴承电机能否稳定可靠工作,目前制约其实用化的重要原因是控制问题。无轴承电机控制的困难在于该系统具有复杂的非线性强耦合特性,主要表现在无轴承电机的电磁转矩和径向悬浮力之间存在藕合。如果不采技术,决定无轴承电机能否稳定可靠工作,目前制约其实用化的重要原因是控制问题......”

7、“.....主要表现在无轴承电机的电磁转矩和径向悬浮力之间存在藕合。如果不采取有效地解耦措施,无轴承电机不可能稳定运行,因此电磁转矩和径向悬浮力之间解耦控制是无轴承电机的基本要求无轴承电机的控制系统的设计必须考虑因磁饱和和温度变化等因素所引起的电机参数的变化。图是由磁轴承支承的高速电机结构示意图。磁轴承支承的电机虽然具有突出的优点,但在不同的应用领域依然存在如下问题电机的转速和输出功率难以进步提高磁轴承需要高性能的控制器功率放大器和多个造价较高的精密位移传感器等,使磁轴承结构较为复杂体积较大和成本较高,大大制约了由磁轴承支承的高速电机的使用范围和广泛应用。图磁轴承支撑的电机结构图所谓无轴承电机,并不是说不需要轴承来支承,而是不需单独设计或使用专门的机械轴承气浮或液浮轴承......”

8、“.....把磁轴承中产生径向悬浮力的绕组叠加到电机的定子绕组上,构成无轴承电机二自由度见图,保证电机定子等效绕组产生的磁场极对数与径向悬浮力绕组产生磁场极对数的关系为,悬浮力绕组产生的磁场和电机定子绕组或永磁体产生的磁场合成个整体,通过探索驱动电机转动的旋转力和径向悬浮力耦合情况以及解耦方法,独立控制电机的旋转和转子的稳定悬浮,实现电机的无轴承化。图无轴承电机的结构示意图无轴承电机方面保持磁轴承支承的电机系统寿命长无须润滑无机械摩擦和磨损等优点外,还有望突破更高转速和大功率的限制,拓宽了高速电机的使用范围,与磁轴承支撑的高速电机相比具有下列优点径向悬浮力绕组叠加到电机的定子绕组上,不占用额外的轴向空间。方面,电机轴向长度可以设计得较短,临界转速可以较高......”

9、“.....这样无轴承电机大大拓宽了高速电机的应用领域,特别是在体积小转速高和寿命长的应用领域,如要求无粉尘无润滑小体积环境工作的计算机硬盘驱动器微型高速机床等另方面,在同样长度的电机转轴情况下,输出功率将比磁轴承支承的电机有大幅度提高。结构更趋简单,维修更为方便,特别是电能消耗减少。传统的磁轴承需要静态偏置电流产生电磁力来维持转子稳定悬浮,而无轴承电机不再需要。径向悬浮力的产生是基于电机定子绕组产生的磁场,径向悬浮力控制系统的功耗只有电机功耗的这些优点特别适用于航空航天等高科技领域。基于无轴承电机高品质的性能,广阔的应用前景,对提高机械工业制造装备的水平,特别是提高航空航天器工作性能无疑具有现实和深远意义,其研究工作越来越受到国内外科技工作者的高度重视......”

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