無軸承永磁薄片電機優(yōu)化設(shè)計及控制系統(tǒng)研究.pdf

1、無軸承永磁薄片電機是電機研究的新領(lǐng)域，其轉(zhuǎn)子的軸向長度遠小于外徑，成薄片狀，依據(jù)磁阻最小原理可實現(xiàn)三個自由度（一個軸向自由度和兩個扭轉(zhuǎn)自由度）的被動懸浮，只需主動控制兩個徑向自由度就可以實現(xiàn)電機五個空間自由度的全懸浮，從而極大簡化了電機驅(qū)動電路的復(fù)雜性。無軸承永磁薄片電機具有無摩擦、無磨損、高速高精、功率因數(shù)高、超潔凈等優(yōu)點，在醫(yī)學(xué)制藥、生物工程、芯片制造業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本論文在江蘇省高?？蒲谐晒a(chǎn)業(yè)化推進工程項

2、目(JHB2012-39)和江蘇省“333工程”資助項目的支持下，針對無軸承永磁薄片電機的數(shù)學(xué)模型、本體優(yōu)化設(shè)計、數(shù)字控制系統(tǒng)進行了較為深入的研究，主要包含如下幾個方面內(nèi)容:
　　首先，系統(tǒng)闡述了無軸承永磁薄片電機的研究背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域以及在未來的發(fā)展過程中的關(guān)鍵技術(shù)，從而引出論文的研究意義與內(nèi)容安排。
　　其次，在分析無軸承永磁薄片電機轉(zhuǎn)子受到的電磁力及主被動懸浮機理的基礎(chǔ)上，給出了被動懸浮的等效機械模型和動

3、力學(xué)方程，并對電機的被動懸浮特性與影響因素進行分析;同時根據(jù)麥克斯韋張量法建立了無軸承永磁薄片電機的徑向懸浮力數(shù)學(xué)模型，考慮到偏心位移上不可控懸浮力存在著耦合給出了電機直接位移控制策略與轉(zhuǎn)矩矢量控制策略并繪制了控制框圖，為后面的軟硬件設(shè)計提供依據(jù)。
　　再次，分析了無軸承永磁薄片電機本體的基本結(jié)構(gòu)，從電機轉(zhuǎn)子的不同結(jié)構(gòu)、磁化方式、永磁材料比以及軸向長度比出發(fā)，利用Ansoft軟件建立有限元分析仿真模型進行本體的優(yōu)化設(shè)計，得到了不同

4、結(jié)構(gòu)、磁化方式和永磁厚度下轉(zhuǎn)子的氣隙磁通密度波形，分析不同磁化方式與結(jié)構(gòu)下永磁轉(zhuǎn)子中所用磁性材料和轉(zhuǎn)子磁軛的最佳比例，以及永磁體外徑和軸向長度的最佳尺寸值。在此基礎(chǔ)上對各個結(jié)構(gòu)和磁化方式的電機徑向懸浮力進行對比分析，并對電機的被動和主動懸浮特性以及影響因素進行有限元分析驗證。
　　最后，基于控制策略與優(yōu)化分析結(jié)果構(gòu)建無軸承永磁薄片電機全數(shù)字化系統(tǒng)試驗平臺，主要包含硬件電路的設(shè)計與軟件程序的開發(fā)，硬件電路分為:速度調(diào)理接口電路、電流