基于洛伦兹力的无轴承电机设计与研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liyan19821021
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传统无轴承电机是将电机的旋转功能和磁轴承的支承功能集成于一体的一种电机,具有磁轴承的支承无接触、无磨损、免维护和高速等优点。但是,传统无轴承电机定子上的悬浮绕组和转矩绕组产生的气隙磁场耦合较为严重,使无轴承电机的转矩和径向悬浮力相互制约。本文针对此问题设计了一款基于洛伦兹力的无轴承电机,该无轴承电机仅需一套定子绕组,转子上的永磁体采用特殊的布置,使转矩和轴向悬浮力耦合变小,而且大大提高了无轴承电机的轴向空间利用率。针对设计的洛伦兹力无轴承电机,本文详细综述其工作原理,设计洛伦兹力无轴承电机的结构和转子的悬浮支承方案,采用有限元法研究洛伦兹力无轴承电机的气隙磁场和轴向悬浮力,并设计相关实验。论文的主要研究内容及成果如下:(1)首先,综述引入磁轴承组成“无轴承”结构的电机(无轴承电机),在产生径向悬浮力的无轴承电机的基础上,从结构上进行创新改进,设计出产生主动轴向悬浮力的洛伦兹力无轴承电机,给出转子的整体支承方案,然后详述结构设计过程,确定最终的结构参数。(2)其次,根据确定的结构参数,采用ANSYS软件建立洛伦兹力无轴承电机的有限元模型。通过有限元仿真分析得到其气隙磁场分布规律和轴向悬浮力特性,同时分析径向永磁轴承的支承特性。(3)接着,根据Park坐标变换,建立了洛伦兹力无轴承电机dq0坐标系下的电流解耦模型,从原理上实现转矩电流和悬浮电流的解耦控制,为洛伦兹力无轴承电机的稳定运行提供理论依据。另外,通过采用最小二乘法拟合得到洛伦兹力无轴承电机的轴向刚度和径向永磁轴承的支承刚度。(4)最后,搭建洛伦兹力无轴承电机的实验平台,模拟洛伦兹力无轴承电机的工作过程,测量其气隙磁场和轴向洛伦兹力(主动轴向悬浮力),将实验测量结果与仿真结果进行比较,并分析两者出现差异的原因。通过以上研究得到了洛伦兹力无轴承电机的设计理论和相关特性,为后续洛伦兹力无轴承电机的优化设计奠定基础。
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