永磁型无轴承电机的原理和仿真分析

摘  要

在高速和超高速电传动新的研究领域内，无轴承电机突破了传统电机的理论范畴，开创了“磁悬浮”电机的研究方向，形成交流电机理论上的一大突破。无轴承电机本身既可产生驱动负载的电磁转矩，又能产生支撑转子的磁悬浮力，使转子实现无机械摩擦旋转，是一种集驱动与自悬浮功能于一体的新型磁悬浮电机。本论文针对感应型无轴承电机的控制和永磁型无轴承电机设计、控制进行了较为深入的研究，建立了感应型和永磁型无轴承电机计及转子偏心的悬浮力模型，研究了基于磁场定向的感应型和永磁型无轴承电机的控制策略，并提出了悬浮力反馈控制。在永磁型无轴承电机的设计研究中，进行了详尽的理论分析、电磁计算和参数的有限元计算。从永磁型无轴承电机的基本原理出发，提出并成功地建立了计及定、转子定位偏心实际运行工况下的磁悬浮力计算的解析模型，模型的准确性和精度通过了有限元电磁场分析的验证，为以后无轴承电机悬浮控制中的实时计算奠定了基础。

关键词：无轴承,ANSOFT,悬浮,数学建模

目 录

摘要 Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 无轴承电机概述 1

1.2 永磁型无轴承电机研究概况 3

1.3 无轴承电机应用前景 5

第二章  无轴承电机的基本理论 8

2.1 无轴承电机基本原理 8

2.1.1 洛仑兹力 8

2.1.2 麦克斯韦力 9

2.2 永磁型无轴承电机的基本原理 10

2.3 永磁型无轴承电机的悬浮力模型 11

2.3.1 麦克斯韦张量法 11

2.3.2 虚位移法 14

第三章 用ANSOFTS对永磁型无轴承电机的仿真分析 17

3.1 转矩曲线 18

3.1.1 转矩和转矩电流的关系 18

3.1.2 转矩和相位phi的关系 19

3.2 径向力曲线 20

3.2.1 径向力和悬浮电流的关系 20

3.2.2 径向力和相位D的关系 22

第四章 永磁型无轴承电机的控制思想 24

4.1 PMTBM 矢量控制原理 24

4.2 悬浮绕组控制原理 24

4.3 系统控制原理 25

第五章  总结和展望 27

参考文献 28

致 谢 30