無軸承永磁同步電機優(yōu)化設計與轉子不平衡補償研究.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域具有廣闊的應用前景。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計的較短，臨界轉速可以非常高；與磁軸承電機相比，在轉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）電機的結構更趨簡單，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、產生電磁力來維持轉子穩(wěn)定懸浮，而無軸承電機的徑向力是基于電機的旋轉磁場而產生，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用于生物醫(yī)學、機器人、航空航天等高科技領域，提高我國經濟實力，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部磁場進行分析，計算其徑向力與轉矩，并對轉子的質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、作原理和徑向力產生機理的基礎上，推導出無軸承永磁同步電機的數學模型。接著，對無軸承永磁同步電機的定子、轉子、永磁體、氣隙進行了設計，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系，以及轉矩與徑向力繞組電流、轉矩繞組電流之間的關系，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，再對存在質量不平衡的無軸承電機轉子進行了補償控制，基于前饋法設計了補償控制器，采用M