基于軟磁鐵氧體的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)的研究.pdf

1、隨著高速軸承技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，高速永磁電機(jī)以其低轉(zhuǎn)子損耗、高功率密度的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)控高速鉆孔、銑削設(shè)備、精密雕刻、精密磨床、加工中心及其它高速機(jī)械場(chǎng)合，使設(shè)備加工精度、生產(chǎn)效率大幅度提高，因此對(duì)于高速永磁電機(jī)的研究具有較高的理論和應(yīng)用價(jià)值。 本文在綜述高速電機(jī)研究現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)類(lèi)型及其設(shè)計(jì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，首先，提出了基于軟磁鐵氧體的低鐵耗高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)理念。依據(jù)軟磁鐵氧體在高頻交變場(chǎng)中高初始磁導(dǎo)率、高電阻率、低

2、損耗的特點(diǎn)，將其環(huán)形磁芯作為定子鐵心，轉(zhuǎn)子上為稀土永磁磁環(huán)，電機(jī)采用大有效氣隙無(wú)齒槽結(jié)構(gòu)，繞組均勻分布于大有效氣隙內(nèi)。由于沒(méi)有齒部，繞組可具有較大的電負(fù)荷，以此補(bǔ)償軟磁鐵氧體磁負(fù)荷低的缺點(diǎn)，通過(guò)定子磁環(huán)、永磁磁環(huán)的尺寸匹配設(shè)計(jì)，使它們分別運(yùn)行于最佳工作點(diǎn)，保證電機(jī)較高的功率密度。其次，通過(guò)有限元計(jì)算分析，指出該種電機(jī)大有效氣隙內(nèi)磁場(chǎng)分布極不均勻，繞組感生電動(dòng)勢(shì)不但與磁場(chǎng)大小有關(guān)，而且與相繞組導(dǎo)體位置有關(guān)，進(jìn)而引入氣隙磁場(chǎng)的解析計(jì)算，推導(dǎo)

3、了繞組感生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算方法。最后，通過(guò)樣機(jī)的磁場(chǎng)分析、鐵耗分析以及樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果證明：本文提出的基于軟磁鐵氧體的低鐵耗高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)理念是有效的、可行的。 本文還結(jié)合具體應(yīng)用，設(shè)計(jì)了渦輪分子泵用高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。首先，在滿(mǎn)足渦輪分子泵特性要求的前提下，采用無(wú)刷電機(jī)專(zhuān)用控制芯片和單片機(jī)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。將專(zhuān)用芯片的快速性和高可靠性以及單片機(jī)控制的靈活性相結(jié)合保證了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定、靈活的控制

4、特點(diǎn)。結(jié)合渦輪分子泵高速、大慣量的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了電機(jī)的平緩軟起動(dòng)功能；利用轉(zhuǎn)子位置信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速檢測(cè)和顯示，并采用數(shù)字PI調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制；利用電流峰值保護(hù)和母線(xiàn)電流平均值限幅實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過(guò)流保護(hù)；最后，針對(duì)渦輪分子泵慣量大、停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了制動(dòng)單元，利用電機(jī)制動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速變化情況合理地實(shí)現(xiàn)了電機(jī)三段式制動(dòng)，即滿(mǎn)足了快速制動(dòng)的要求又保證了制動(dòng)的安全性。同時(shí)系統(tǒng)還提供了良好的人機(jī)交互功能，通過(guò)控制板可以實(shí)時(shí)改變電機(jī)的控制