论文题目: 微型无轴承永磁同步电机的原理与实验研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 黎海文
导师: 吴一辉
关键词: 磁悬浮,无轴承电机,永磁电机,数字控制系统
文献来源: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 无轴承电机,并不是说不需要轴承来支承,而是不需设计或使用专门的机械轴承、气浮或液浮轴承。无轴承电机是根据磁悬浮轴承结构与电机定子结构的相似性,把磁悬浮轴承中产生径向力的绕组叠压到电机的定子绕组上,使其本身就能产生大小可控的悬浮力和转矩,实现转子无机械摩擦的旋转。 系统地论述了无轴承电机的研究意义、国内外的发展现状和趋势。针对小卫星飞轮姿态控制系统的应用,分析了普通无轴承电机的磁悬浮机理,研究了一种新颖的无轴承永磁同步电机结构。阐述了该无轴承永磁同步电机的工作原理,由磁场能量理论计算出电机的转矩和悬浮力公式。为了实现对该电机转矩和悬浮力的单独控制,根据转矩和悬浮力公式推导出了对电机上、下定子磁场的控制方法。 讨论了空气气隙、永磁体厚度对该无轴承永磁同步电机的悬浮力和转矩的影响。为了实现电机转子的悬浮并实现电机的最大力矩输出,采用ANSYS对该电机进行了三维建模,对不同空气气隙、永磁体厚度对电机的悬浮力和转矩的影响进行了分析,并得出了合适的空气气隙与永磁体厚度值。 设计制造了该无轴承永磁同步电机的原理样机(包括定、转子间隙可任意调节的电机机械结构、DSP(TMS320LF2407)为核心的数字控制系统、光电信号隔离电路、功率放大电路等),证明了该方案的可行性和合理性。 本论文所研究的无轴承永磁电机是一种复杂的机电系统,同时也是一个新的研究领域,具有一定的理论和实际应用价值。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
图表索引
第一章 绪论
1．1 论文研究的目的和意义
1．2 磁悬浮轴承系统构成
1．3 磁悬浮轴承系统发展现状
1．4 无轴承电机的研究现状
1．5 本文主要研究内容
第二章 无轴承电机的悬浮机理及转子动力学分析
2．1 无轴承电机转子结构的选择
2．1．1 不同转子结构的悬浮力比较
2．1．2 不同转子结构的转矩比较
2．2 永磁同步电机的数学模型
2．3 无轴承永磁同步电机的工作原理
2．4 无轴承永磁同步电机的悬浮力、转矩的控制
2．5 六自由度磁悬浮轴承的转子动力学分析
2．5．1 磁悬浮轴承转子的空间坐标变换
2．5．2 磁悬浮轴承转子的本构方程
第三章 基于有限元的无轴承永磁同步电机的结构参数设计与分析
3．1 无轴承永磁同步电机的结构形式的确定
3．1．1 永磁材料的选择
3．1．2 铁磁材料的选择
3．1．3 确定磁极数
3．1．4 槽形状的选择
3．2 无轴承永磁同步电机主要结构参数的确定
3．2．1 有限元法原理
3．2．2 ANSYS的分析过程
3．2．2．1 建立模型
3．2．2．2 加载荷及边界条件
3．2．2．3 后处理
3．2．3 永磁体厚度、空气气隙大小的确定
3．2．3．1 仿真计算与实验结果的比较
3．2．3．1．1 悬浮力的仿真计算与实验结果的比较
3．2．3．1．2 转矩的仿真计算与实验结果的比较
3．2．4 悬浮力与永磁厚度、空气气隙大小之间的关系
3．2．5 转矩与永磁厚度、空气气隙大小之间的关系
3．2．6 空气气隙、永磁体厚度与电流大小的选择
第四章 无轴承永磁同步电机控制系统的实现与实验研究
4．1 引言
4．2 无轴承永磁同步电机控制系统硬件的设计
4．2．1 数字信号处理器DSP的选择
4．2．1．1 TMS320LF2407A的性能特点
4．2．1．2 TMS320LF2407A同TMS320F240的比较
4．2．2 采样周期的选择
4．2．3 位移传感器的选择
4．2．4 功率放大器的设计
4．2．4．1 功率放大器的分类
4．2．4．1．1 线性功率放大器
4．2．4．1．2 开关功率放大器
4．2．4．2 电磁铁线圈电感的计算
4．2．4．3 磁悬浮系统功放的电流响应速度和控制力响应速度
4．3 无轴承永磁同步电机控制系统软件的设计
4．3．1 控制策略的选择
4．3．2 无轴承永磁同步电机的控制信号的产生
4．3．3 PID控制器的设计
4．3．3．1 PID控制器概述
4．3．3．2 PID控制器参数的选择
4．3．4 控制算法的软件实现
4．4 实验研究
4．4．1 软、硬件的调试
4．4．2 静态悬浮实验
4．4．3 旋转实验
第五章 结论与展望
5．1 本文完成的主要工作
5．2 下一步的研究工作
参考文献
攻读博士期间论文及专利发表情况
致谢
作者简历
博士学位论文原创性声明
发布时间: 2006-03-14
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