被动磁悬浮单相自起动永磁电动机的研究

论文摘要

U型单相自起动永磁同步电动机的起动问题一直是业界关注的难题,它特殊的U型定子片结构与一般的圆形定子片结构在外形上有很大的区别,由于它主要依靠定转子不对称气隙实现电机的自起动,而一般的单相永磁电机需要加入电容或电感造成相位差形成旋转磁场,在转子外侧加笼形绕组实现自起动。本文详尽分析了U型单相自起动永磁同步电动机的结构、性能,并在轴承端采用被动磁轴承,将该类型电机与磁悬浮技术应用于人工心脏,并探索其可行性。由于电机的起动主要依靠电机的不对称的气隙结构,在电机通电时有一个起动转矩,而这个起动转矩的大小与定位转矩有直接关系,本课题对几种不对称结构下的定位转矩进行了详尽的分析,首先阐明均匀气隙下无自起动功能,然后对不对称气隙下两种结构:不同定子圆半径构成的不对称结构与定子片开槽的不对称结构进行转矩分析,不同气隙厚度对定位转矩的影响等都加以阐述。该类型电机的自起动方式与一般的单相永磁电机不同,用有限元软件对磁密分布、磁阻分析,初始相位角分析后,再应用Matlab软件对电机的起动性能如:起动电流,起动转矩等方面进行仿真。此外,由于轴承部分采用被动磁轴承,本文用一章的篇幅详尽分析了主要由三组磁环构成的被动磁轴承,包括轴向磁化径向斥力型轴承和轴向磁化轴向斥力型轴承,应用有限元软件对被动磁轴承径向力与轴向力进行分析,并绘制了曲线,为设计出更好的被动磁悬浮轴承奠定了一定的基础。最后本研究还试制U型电机样机,定子绕组为人工缠绕,在进行了电机运行实验后,测出其起动电流等波形,结果表明,该单相电机运行的轨迹与仿真结果一致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的背景与意义
• 1.2 单相永磁电机的研究现状
• 1.2.1 圆形定子片单相自起动永磁同步电动机
• 1.2.2 U型定子片单相自起动永磁同步电动机
• 1.3 圆形与U形两种结构单相电机比较
• 1.4 本课题研究目的和主要内容
• 1.5 研究方法
• 第二章 U型自起动永磁同步电动机结构与基本原理
• 2.1 电机材料的选用
• 2.1.1 转子永磁材料的确定
• 2.1.2 定子材料的确定
• 2.2 U型单相自起动永磁电动机的理论分析
• 2.2.1 电机运行原理
• 2.2.2 单相脉振磁场的特点
• 2.2.3 电机磁阻及不对称气隙结构分析
• 2.2.4 单相电机的转矩
• 2.3 电机旋转方向的确定
• 第三章 U型自起动永磁同步电动机性能分析
• 3.1 有限元分析方法
• 3.1.1 基于Ansys建立的电机模型
• 3.1.2 永磁体单独作用下的磁场
• 3.1.3 由定子电流单独激励的磁场
• 3.2 基于Ansoft的起动转矩分析
• 3.2.1 均匀气隙结构下定位转矩分析
• 3.2.2 定子内圆不同半径构成不均匀气隙下转矩分析
• 3.2.3 定子铁心不对称开槽结构的转矩分析
• 3.2.4 定位转矩与初始相位角分析
• 3.3 电机控制方法
• 3.3.1 电流方向与转矩的关系
• 3.3.2 固定频率单相交流供电的开环控制
• 3.4 单相永磁同步电动机起动特性仿真
• 3.5 U型单相电机试验
• 3.6 小结
• 第四章 被动式磁轴承力学特性研究
• 4.1 磁悬浮技术及磁力轴承的发展概况
• 4.2 被动磁轴承材料与结构
• 4.2.1 永磁材料
• 4.2.2 磁轴承稳定性分析
• 4.2.3 被动磁轴承的基本磁路结构
• 4.3 被动磁力轴承力学特性分析
• 4.3.1 被动磁轴承磁环之间径向力分析
• 4.3.2 被动磁轴承磁环之间轴向力分析
• 4.4 被动磁轴承三维磁场简析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢