無軸承永磁同步電機優(yōu)化設(shè)計與轉(zhuǎn)子不平衡補償研究.pdf

1、無軸承電機以其無摩擦、無磨損、無需潤滑和密封等一系列優(yōu)良特性，在能源交通、航空航天及機器人等高科技領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。與磁軸承支承的電機相比，無軸承電機具有一些獨特的優(yōu)點，1）徑向力繞組疊壓到電機的定子繞組上，不占用額外的軸向空間，電機軸向長度可以設(shè)計的較短，臨界轉(zhuǎn)速可以非常高；與磁軸承電機相比，在轉(zhuǎn)軸長度一定的情況下，電機的輸出功率得到大幅度的提高。2）電機的結(jié)構(gòu)更趨簡單，維修方便，特別是電能消耗減少。傳統(tǒng)的磁軸承需要靜態(tài)偏置電流

2、產(chǎn)生電磁力來維持轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮，而無軸承電機的徑向力是基于電機的旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生，徑向力控制系統(tǒng)的功耗很小。因此，開展無軸承電機的研究，對推動無軸承電機應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、機器人、航空航天等高科技領(lǐng)域，提高我國經(jīng)濟實力，具有重要的現(xiàn)實意義。 本文的工作主要是采用有限元分析方法對無軸承永磁同步電機的內(nèi)部磁場進行分析，計算其徑向力與轉(zhuǎn)矩，并對轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡進行補償控制研究，利用Matlab進行了仿真分析。 首先，在介紹無軸承電機工

3、作原理和徑向力產(chǎn)生機理的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出無軸承永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型。接著，對無軸承永磁同步電機的定子、轉(zhuǎn)子、永磁體、氣隙進行了設(shè)計，用有限元分析軟件ANSYS建立分析模型，對無軸承電機的運行原理進行了驗證，計算了徑向力與徑向力繞組電流之間的關(guān)系，以及轉(zhuǎn)矩與徑向力繞組電流、轉(zhuǎn)矩繞組電流之間的關(guān)系，驗證了等效電流公式的準確性，并對永磁體厚度進行了優(yōu)化；然后，再對存在質(zhì)量不平衡的無軸承電機轉(zhuǎn)子進行了補償控制，基于前饋法設(shè)計了補償控制器，采用M