无轴承二极电机麦克斯韦磁悬浮力解析模型

针对相关电感参数难以通过实验精确测量而无法实现磁悬浮力精确控制的问题,根据电机磁路原理,推导出了拥有四极悬浮控制绕组的柱形转子无轴承二极电机各电感参数的一般化解析计算模型。基于该参数模型和电机电磁场虚位移原理,推导出了一般化Maxwell磁悬浮力精确计算模型,并结合电机具体特点给出了SPM永磁型和感应型无轴承电机的磁悬浮力精确计算模型和各自磁悬浮力解耦控制策略的分析,从而为进一步深入研究无轴承二极电机动态运行行为和设计高精确度解耦控制器打下了理论基础。     

磁悬浮无轴承电机的解耦控制

无轴承电机是利用磁悬浮轴承和电机结构的相似性,将产生磁悬浮力的磁悬浮轴承绕组置入电机定子,省去了专门的磁悬浮轴承;通过对转矩绕组和悬浮力绕组的解耦控制,使电机转子同时具有产生转矩和自悬浮的功能。无轴承电机能够实现高速、无摩擦等优良性能,是当前研究的热点之一。无轴承电机的解耦控制是控制系统设计的关键。论文介绍了目前无轴承电机解耦控制的基本原理和方法,并进行了对比和分析,可针对不同电机来设计控制系统。     

感应型无轴承电机的优化气隙磁场定向控制

由于悬浮力与转矩之间以及水平、垂直悬浮力之间的耦合，动态过程中感应型无轴承电机转子的悬浮将变得不稳定。针对磁悬浮力是定、转子间气隙磁密有源不平衡结果的概念，该文建立了感应型无轴承电机气隙磁场定向控制模型，进行了起动及突加负载大动态过程稳定悬浮的运行仿真。然而负载运行中转子参数变化和铁磁非线性饱和的影响，定向用气隙磁通发生了幅值及相位的变化，破坏了两正交悬浮力间的解耦条件，影响了转子的稳定悬浮性能。对此，该文又提出了一种优化气隙磁场定向控制策略和系统，通过对气隙磁链幅值和相位的实时修正，实现了在气隙磁场定向基础上的动态解耦控制，有效地提高了考虑参数变化及计及饱和时感应型无轴承电机的实际悬浮运行能力，为实际系统的动态解耦控制提供了实施途径。     

无轴承永磁薄片电机磁悬浮机理研究

无轴承薄片电机采用无轴承技术实现径向两自由度的悬浮，同时利用磁阻力实现除径向和转子转动自由度外的另外三个自由度悬浮。文章介绍了无轴承永磁薄片电机的基本悬浮原理，利用等效磁路模型推导出径向悬浮力解析表达式并以有限元仿真对其作了验证，并介绍了在此基础上的控制方法。     

感应型无轴承电机的模糊-PID控制

从运行原理出发，建立了感应型无轴承电机磁悬浮力的解析模型。设计了一个模糊控制器，进而构建了一个基于模糊控制的自适应PID控制器；利用模糊控制器的模糊推理能力来实现PID控制器参数在线调整，以达到优化控制的目的。仿真结果表明，这种控制器与常规PID控制器相比可以取得较好的控制效果，有效地提高了感应型无轴承电机稳定悬浮运行的动、静态性能。     

磁悬浮无轴承电机悬浮力绕组励磁及控制方式分析

该文对磁悬浮无轴承电机悬浮力绕组的励磁及控制方式进行了分析。从磁悬浮无轴承电机的运行原理出发,通过将1台该种电机等效成具有不同极数的2台电机,研究电机内磁场和转子的相对运动,得出绕组极数选取方案与等效电机工作状态的关系。进一步推导出绕组极数选取方案与悬浮力绕组励磁方式的关系。从中可以看出绕组极 数选取方案决定悬浮力绕组的电能传递方向及它的励磁方式。针对悬浮力绕组存在的两种励磁及控制方式,重点讨论了悬浮力绕组工作在自励方式时,控制悬浮力绕组励磁电流的方法。提出一种采用逆变器并联电容器的新方法,该方法通过PWM逆变器控制悬浮力绕组中励磁电流。最后,进行了实验研究。     

一种改进的无轴承开关磁阻电机数学模型

类似于常规开关磁阻电机,无轴承开关磁阻电机的定、转子极宽并非总是相等,通常转子极宽略大于定子极宽,在建立数学模型时应当考虑这一因素.现有的无轴承开关磁阻电机数学模型都存在电机定、转子极宽相等的约束.考虑无轴承开关磁阻电机定、转子极宽可能存在的不相等因素,采用基于直线磁路和变椭圆系数的椭圆形磁路分割法求取气隙磁导,推导出无轴承开关磁阻电机的通用数学模型,使其不仅适用于定、转子极宽相等,而且适用于转子极宽大于定子极宽的情况.以实验室样机为例,将基于所建模型的分析结果与有限元分析结果进行了对比,验证了所建数学模型的正确性,精确度满足工程要求.应用所建立的无轴承开关磁阻电机数学模型,分析了定、转子极宽不等对悬浮力和转矩的显著影响.     

一种新型混合转子结构无轴承电动机磁悬浮力的矢量控制

无轴承电机具有无机械磨损和噪声等优点，其转子旋转和悬浮的电磁转矩和磁悬浮力皆由电机本身产生。在对不同转子结构转矩和磁悬浮力进行有限元对比分析的基础上，该文提出了一种兼有永磁式和感应式转子共同优点的新型混合转子结构。该电机不仅能产生大的电磁转矩和磁悬浮力，而且提供了通过电流矢量定向实现悬浮力解耦控制的途径。基于数字信号处理器DSP(TMS320C32)和复杂可编程逻辑芯片CPLD(Xilinx)，构建了混合转子无轴承电机的控制系统，实现了悬浮力矢量控制策略。试验结果表明该文所提出的新型无轴承电机的设计与控制策略是可行的。     

无轴承电机的结构设计

无轴承电机是根据磁轴承和电机产生电磁力原理的相似性,在电机的定子上安装绕组,此绕组在磁轴承中产生径向力,以解耦的方式达到对电机转矩和径向悬浮力独立控制的目的。介绍了无轴承电机发展背景、国内外现状、基本结构、论述了无轴承电机的应用领域及应用前景。无轴承电机具有磁悬浮磁轴承的所有长处,拥有结构紧凑、高传动效率、长寿命运行等优点,无菌、无污染以及有毒有害液体或气体的传输是无轴承电机典型应用场合,无轴承电机还能消除轴承带来的故障并且减少安全隐患。     

无源高温超导磁浮轴承磁悬浮力的计算

本文应用有限元方法和超导临界态理论，推导了高温超导体电流分布和电流密度计算方程。由高温超导体电流计算了高温超导磁浮轴承悬浮力。利用实验测量结果验证了此方法的有效性。     

磁悬浮电动机的状态反馈线性化控制

借助电磁场的有限元计算建立了磁悬浮电动机的数学模型,针对系统具有多变量、强耦合、非线性的特点,应用多变量非线性控制的状态反馈线性化方法,设计出非线性控制器,经过该控制器的补偿,将原非线性强耦合的多变量系统解耦并线性化,成为转速、转子磁链及转子位置等彼此无耦合的线性子系统。应用线性系统理论对这些线性子系统进行综合。仿真表明,系统具有良好的静、动态性能。应用高磁场稀土钕铁硼永磁铁推力轴承,实现转子的轴向稳定。     

无轴承异步电机悬浮子系统独立控制的研究

无轴承异步电机转矩绕组和悬浮绕组的独立控制是该电机实现超高速运转的有效途径。针对这一强耦合的非线性复杂系统，研究了一套独立的悬浮绕组控制子系统，其中所需的转矩绕组气隙磁链的幅值和相位可通过独立的电压模型方法辩识得到。这样一来，不仅超高速运转成为可能，而且转矩绕组的控制原则上可采用任意的调速方法，特别是低成本、高可靠性的通用变频器的运用将较大提高无轴承异步电机的实用性。实验证明该文提出的悬浮绕组独立控制子系统能较好地满足电机径向悬浮的稳、动态性能要求。     

无轴承异步电机的转子磁场定向控制

由于无轴承异步电机是一个强耦合的复杂非线性系统，因此其所采用的基于转矩绕组气隙磁场定向的控制算法存在在着一些局限性，诸如控制运算量较大，固有的最大转矩限制以及难于实现自适应控制等。基于此，提出了一种基于转矩绕组转子磁场定向的控制算法，由于转子磁场定向控制的引入，调速性能得以保证，而且使用中更具灵活性（如便于实现自适应控制等），另一方面，径向悬浮控制所需的转矩绕组气隙磁链值可以在转子磁场定向控制的基础上通过系统辨识获取，这样转子稳定的悬浮也能同样得出保证，实验证明了文中提出的控制算法的有效性。     

一种新型的无轴承开关磁阻电机数学模型

针对经典采用直线磁路和椭圆形磁路分割求取气隙磁导的无轴承开关磁阻电机数学模型的局限性，文中提出了一种基于直线磁路和改进的椭圆形磁路分割求取气隙磁导的新型无轴承开关磁阻电机数学模型，该数学模型不仅保证定、转级对中位置时电磁转矩的连续性，而且同时较为准确地描述了沿α和β方向径向悬浮力之间的耦合关系。不仅如此，基于该数学模型在一定程度上拓宽无轴承开关磁阻电机的有效工作区域，仿真分析验证了该数学模型的优良特性。     

无轴承异步电机悬浮子系统独立控制的研究

无轴承异步电机转矩绕组和悬浮绕组的独立控制是该电机实现超高速运转的有效途径。针对这一强耦合的非线性复杂系统，本文研究了一套独立的悬浮绕组控制子系统，其中所需的转矩绕组气隙磁链的幅值和相位可通过独立的电压模型方法辩识得到。这样一来，不仅超高速运转成为可能，而且转矩绕组的控制原则上可采用任意的调速方法，特别是低成本、高可靠性的通用变频器的运用将大大提高无轴承异步电机的实用性。实验证明本文提出的悬浮绕组独立的控制子系统能较好地满足电机径向悬浮的稳、动态性能要求。     

无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真

无轴承永磁同步电机是自身具有磁悬浮轴承功能的新型特种电机，是一个复杂的强耦合的非线性系统，建立无轴承永磁同步电机径向悬浮力和电机数学模型，是设计无轴承永磁同步电机控制系统的前提，实现其径向悬浮力和电磁转矩之间的解耦控制是电机稳定运行的基本条件。该文在介绍无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理的基础上，推导了径向悬浮力和电机数学模型，采用基于转子磁场定向控制策略设计了无轴承永磁同步电机矢量控制系统，利用Matlab的Simulink工具箱构建了矢量控制系统，对无轴承永磁同步电机的转速、转矩及转子起浮性能进行了仿真。仿真结果表明控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮，而且电机具有良好的动态性能。     

永磁无刷直流电机空载气隙磁场和绕组反电势的解析计算

该文利用许－克变换构造了考虑齿槽效应的气隙相对比磁导函数，该气隙相对比磁导函数反映了齿槽效应对气隙磁场分布的影响，且这种影响的程度随气隙中的径向位置而变化，在忽略铁心饱和的情况下，结合偏微分方程的解析算法，提出了一种考虑齿槽效应的永磁无刷直流电机空载气隙磁场分布和相绕相反电动势的解析计算方法，计算结果与二维有限元计算结果对比，其计算波形和大小吻合很好，证明此方法是正确的、可靠的、为永磁无刷直流电机优化设计和性能分析提供了基本分析手段。