（毕业设计图纸全套）万能外圆磨床结构改进设计高速磨头无轴电机设计（含说明书）

格式：RAR 上传：2022-06-25 05:37:12

《（毕业设计图纸全套）万能外圆磨床结构改进设计高速磨头无轴电机设计（含说明书）》修改意见稿

1、“.....磁轴承和无轴承电机之间的耦合程度也大为降低，便于实现五自由度悬浮用于控制悬浮的功率电路大为减少，简化了控制系统混合磁轴承独特的磁路结构使其具有轴向径向自我解耦的功能，其控制方法与传统磁轴承电机类似。磁轴承的偏磁回路在永磁偏置的电磁轴承中，偏置磁场是由永磁体提供的，而电磁铁提供控制磁场，产生控制磁场的电流可由恒流源提供。如此的偏置回路可以减低功率放大器的功耗及减少电磁铁的安匝数，缩小电磁轴承的体积，提高承载能力。控制回路系统控制回路是电磁轴承系统的个重要环节，其性能与系统的稳定性及各项技术指标都有密切关系。它由控制器功率放大器和位移传感器等组成。控制器控制器的电路部分可以是模拟的，也可以是数字的。采用模拟电路的好处是响应快性能好且稳定成本较低而采用数字电路的优势在于易于实现复杂的控制规律易于修改，但存在时间延迟较大的缺点。目前，广泛采用的控制器是经典比例积分微分电路，也可以采用精确的数字控制。设计的主要内容是确定其电路参数的选择范围，以保证控制的稳定性。功率放大器功率放大器是电磁轴承系统的个重要环节，它与采用的控制直接有关，同时也影响调节参数的选取范围......”。

2、“.....输出可以是电压或电流。在电磁轴承系统中功率放大器的作用是向电磁铁提供产生电磁力所需的电流。常见的功率放大器有两种形式即电压电压型功率放大器和电压电流功率放大器。从传递函数来看，前者的传递函数是个无量纲量，而后者具有量纲。从输出量的性质来看，前者的输出为电压而后者为电流。在电磁轴承系统中，若采用电压电压型功率放大器，我们称之为电压控制策略若采用电压电流功率放大器，则称之为电流控制策略。虽然，目前常见的功率放大器多为电压电压功率放大器，但在电磁轴承系统中采用的往往是电压电流功率放大器。功率放大器的输出与电磁铁线圈相联后，直接控制的是线圈上的电流。传感器传感器是电磁轴承系统的核心部件之，它的性能对系统的控制精度起决定作用。其反馈信号可以是多种多样的，位移速度电流电磁力磁通量等都可以作为反馈控制信号。目前，多采用位移传感器，轴向推力电磁轴承也可以采用速度传感器。由于电磁铁线圈电感的影响使电流产生滞后，势必影响到系统的各项性能指标，因而，选择的传感器应能消除上述因素的影响。具体地说，电磁轴承系统对位移传感器的第个要求是非接触式的，进步说......”。

3、“.....所以转子的几何形状表面质量等都将影响测量结果。从理论上看，利用电容电感霍尔效应磁阻抗等均可实现此目的。电磁轴承对传感器的要求还有能真实反映出转子中心的位移变化具有很高的灵敏度信噪比线性度温度稳定性抗干扰能力及精度的重复性，同时还要求有定的频率范围。.永磁偏置轴承的结构及工作原理永磁偏置的电磁轴承结构原理见图.所示。转子在永久磁铁产生的静磁场吸力作用下处于悬浮的平衡位置中间位置,这个位置也称为参考位置。由于结构的对称性,永久磁铁产生的永磁磁通在转子上方气隙处和转子下方气隙处是相等的。此时若不计重力则两气隙处对转子的吸力相等,即。假设在参考位置上转子受到个向下的外扰,转子就会偏离其参考位置向下运动,由于转子上下气隙的间隙变化,使得其磁通变化。即上间隙增大,磁通减少下间隙减小,磁通增加。由于,故由磁场吸力与磁通的关系可得转子受到的吸力变为。此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移,控制器将这位移信号变换成控制信号,功率放大器又将该控制信号变换成控制电流,该电流流经电磁铁线圈绕组使铁芯内产生电磁磁通,该磁通在转子上方气隙处与永磁磁通叠加时......”。

4、“.....故使气隙处的总磁通增加,由原来的变为磁通在转子下方气隙处与永磁磁通叠加时,由于永磁磁通与电磁通流向相反,故使气隙处的总磁通减少,由原来的变为。当时,两气隙处产生的吸力又变为使得转子重新返回到原来的平衡位置。同理,转子受其它方向干扰也始终能处于稳定的平衡状态。图.永磁电磁轴承的工作原理图.轴向定子.轴向控制线圈.轴向磁轴承气隙.径向磁轴承气隙.转子叠片.径向控制线圈.径向磁轴承定子环型永久磁体图.永磁偏置径向轴向磁轴承结构示意图永磁偏置轴承的基本结构永磁偏置径向轴向磁轴承基本结构见图.，由轴向定子轴向控制线圈径向定子径向控制线圈环型永久磁铁等构成。工作时轴向两个线圈径向分别对置的两个线圈串联作为相关自由度的控制线圈。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......”。

5、“.....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，其功能单元线圈磁极铁心永磁环体几乎占据了磁轴承大部分体积，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。永磁偏置轴承的工作原理图.是轴向磁轴承的磁路图......”。

6、“.....气隙磁通由这两部分磁通合成。图是径向磁轴承的磁路图，图中标明了方向磁通的路径，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。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，永久磁万能外圆磨床结构改进设计高速磨头无轴电机设计摘要界大战后，直流磁轴承技术的发展，使得电机和传动系统无接触运行成为可能，但这种传动系统造价很高，因为铁磁性物体不可能在个恒定磁场中稳定悬浮。主动磁轴承的发明，解决了这个难题，但用主动磁轴承支承刚性转子要在个自由度上施加控制力，磁轴承体积大结构复杂和造价高。世纪后半期，为了满足核能开发和利用，需要用超高速离心分离方法生产浓缩铀，磁轴承能满足高速电机支撑要求，于是在欧洲开始了研究各种磁轴承计划。年，赫尔曼申请了无轴承电机专利，专利中提出了电机绕组极对数和磁轴承绕组极对数的关系为.用赫尔曼提出的方案，在那个年代是不可能制造出无轴承电机的......”。

7、“.....为永磁同步电机奠定了有力竞争地位。同时，随着双极管的应用，以及和柏林格尔提出的无损开关电路结合，能够制造出满足无轴承电机要求的新代高性能超级放大器。大约在年，具有快速和负载能力的功率开关器件和数字信号处理器的出现，使得已经提出多年的交流电机矢量控制技术才得以实际应用，这样解决了无轴承电机数字控制的难题。瑞士苏黎世联邦工学院的比克尔在这些科技进步的基础上，于世纪年代后期才首次制造出无轴承电机。无轴承电机取得实际应用，关键性突破是年苏黎世联邦工学院的巴莱塔研制出无轴承永磁同步薄片电机，电机结构简单，大大降低了控制系统费用，在很多领域具有很大应用价值。我国已经开始重视研究无轴承电机，年国家自然科学基金资助了无轴承电机的研究工作，南京航空航天大学江苏理工大学和沈阳工业大学得到了支持并正在开展无轴承交流电机无轴承片状电机等的研究。还有些单位得到了省市有关部门基金的支持，也正在研究和探索这项高新技术。目前国内已发表了多篇综述及理论仿真研究的文章，对无轴承电机的研究成果还未进行公开报道。无轴承电机关键技术的研究现状就无轴承交流电机研究现状来看......”。

8、“.....离实用化还有定的距离，但就研究初期成果所体现出来的优越性足以确信其潜在的使用价值。无轴承电机的控制系统是其核心关键技术，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。设计有效而实用的电机参数变化的控制系统，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，提出了对电机电流的幅值和相角进行补偿来保持旋转磁场的平稳转动和幅值恒定，实现两者之间的解耦......”。

9、“.....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，考虑电机参数的非线性变化磁路饱和对电机控制性能的影响，研究满足电机动态性能要求的控制器实现无轴承电机的电磁转矩和径向悬浮力控制之间的动态解耦，是无轴承交流电机的研究重要课题之。.无轴承电机的特点及应用无轴承电机的特点无轴承电机是根据磁轴承与电机产生电磁力原理的相似性，把磁轴承中产生径向力的绕组安装在电机定子上，通过解耦控制实现对电机转矩和径向悬浮力的独立控制。无轴承电机具有磁悬浮磁轴承所有优点，需要免维修长寿命运行，无菌无污染以及有毒有害液体或气体的传输是无轴承电机典型应用场合。无轴承电机因为无需滑座，所以具有以下特征几乎不产生灰尘能够高速旋转能够耐极低温真空等难以使用润滑油的环境噪声小基本上无摩擦损失。因此直是研究的热点。无轴承电机的应用目前......”。