无轴承永磁薄片电机径向悬浮力精确数学建模

无轴承永磁薄片电机具有薄片转子的特殊结构,为了采取有效方法控制转子偏心位移、使转子稳定悬浮,研究的关键在于获得无轴承永磁薄片电机精确的径向悬浮力数学模型。在介绍无轴承永磁薄片电机的结构和工作原理基础上,对无轴承永磁薄片电机气隙磁场进行了详细分析,基于麦克斯韦应力张量法推导了其径向悬浮力数学模型,最后对比验证了利用有限元方法的计算结果和样机实验对数学模型的理论计算结果。验证结果表明,该方法建立的径向悬浮力数学模型误差小、精确度髙。     

无轴承永磁薄片电机径向悬浮力研究

无轴承永磁薄片电机悬浮力数学模型的精确与否直接影响其稳定悬浮运行的性能,因此,建立精确的悬浮力数学模型,是实现其高精度运行控制的前提条件。论文在介绍无轴承永磁薄片电机转子悬浮原理的基础上,推导了转矩绕组和悬浮力绕组在两相静止和两相旋转坐标系下的精确电感模型,并利用此精确电感模型在计及转子偏心的条件下建立了无轴承永磁薄片电机较为完整的径向悬浮力数学模型,最后设计了相应的数字控制系统进行实验研究。实验结果表明:该方法建立的控制系统悬浮力控制精度高,抗干扰能力强,系统具有良好的动、静态性能。     

高速无轴承永磁薄片电机转子径向偏移及转角检测研究

无轴承永磁薄片电机转子径向偏移和转角的实时精确检测对电机高速运行时的稳定悬浮至关重要.利用三个电涡流传感器的安装位置和输出参数在径向空间上的坐标关系,建立数学模型,并在数字控制器上实时分析计算,解算出无轴承永磁薄片电机转子径向偏移量;依据三个霍尔传感器的安装位置,综合比较各霍尔传感器输出磁密信号,分析判断转子转角象限,通过反余弦法计算出转子转角.将实时计算得到的转子径向偏移值和转角值代入无轴承永磁薄片电机的径向悬浮力数学模型,最后通过实验实现电机高速闭环运行时的稳定悬浮,验证本文提出的转子径向偏移和转角检测方法的正确性.     

无轴承永磁薄片电机不同转子结构的对比研究

转子结构影响电机的气隙磁通密度,从而影响无轴承永磁薄片电机可控性、转矩脉动以及径向悬浮力等性能。本文从无轴承永磁薄片电机不同的永磁转子结构(表贴式、表面嵌入式、Halbach阵列以及平行充磁环形转子)出发,对其机械强度、磁场分布等进行对比分析。基于麦克斯韦张量法提出了无轴承永磁薄片电机在任意极对数下的数学模型,运用Ansoft对其计算精度进行验证分析,并对具有不同永磁转子结构的无轴承永磁薄片电机径向悬浮力与悬浮力绕组电流之间的关系进行对比分析,得到不同永磁转子结构的优缺点。样机试验验证了仿真结果的正确性,研究结果对无轴承永磁薄片电机转子的参数优化设计具有参考价值。     

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。     

基于转子偏心坐标系的无轴承永磁薄片电机径向悬浮力模型

针对无轴承永磁薄片电机(BPMSM)运行时转子悬浮不够稳定的问题,研究了影响BPMSM转子悬浮性能的主要因素,即转子径向悬浮力模型。依据位移补偿控制理论和角坐标系的概念,建立了新的转子偏心坐标系。在转子偏心坐标系下,基于麦克斯韦应力张量法,利用积分和三角变换推导了转子径向悬浮力模型,并设计悬浮力绕组电流直接控制系统。建立电机的有限元模型,通过对比径向悬浮力的有限元分析结果与数学模型计算结果,验证了所推导数学模型的正确性与准确性。     

无轴承永磁薄片电机功率驱动系统设计与实现

无轴承永磁薄片电机具有磁轴承和永磁同步电机的优点,具有重要的研究意义和广阔的使用前景。综合考虑无轴承永磁薄片电机径向悬浮力产生的各种因素,导出了径向悬浮力和转矩数学模型,采用转子磁场定向控制策略,设计了无轴承永磁薄片电机解耦控制系统。基于带电流内环控制的电压源型PWM功率驱动电路原理,开发了相应的硬件控制系统。研究结果表明:采用该驱动电路与DSP控制电路板相结合,应用转子磁场定向控制策略,可以实现无轴承永磁薄片电机转矩和径向悬浮力之间解耦控制,使无轴承永磁薄片电机稳定运行。     

感应型无轴承电机磁悬浮力解析模型及其反馈控制

由于负载、干扰和径向位移检测误差，无轴承电机悬浮运行时定、转子中心并不重合，产生偏心，影响了其稳定悬浮控制性能。该文从运行原理出发，建立了计及定、转子定位偏心的感应型无轴承电机磁悬浮力的较精确解析模型，采用电机电磁场分析软件ANSOFT验证了它的精度。应用这个模型实现了悬浮力的实时观测，在传统气隙磁场定向矢量控制系统基础上添加了悬浮力的闭环控制，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。     

无轴承永磁同步电机悬浮力的有限元分析

本文介绍了无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理,推导了径向悬浮力数学模型。用有限元分析和计算方法,对设计的一台4极转矩绕组2极悬浮绕组的无轴承永磁同步电机的内部磁场和径向悬浮力进行分析。讨论了转子未偏心和偏心时悬浮电流变化对悬浮力的影响。通过悬浮力模型与有限元分析的悬浮力计算比较,验证了悬浮力解析模型中对偏心、悬浮绕组电流等因素的影响规律描述的正确性。为无轴承永磁同步电机的电磁设计和优化以及悬浮力控制策略的提出提供依据。     

无轴承永磁薄片电机的新型单绕组结构及其精确控制

针对双绕组无轴承永磁薄片电机绕组间绝缘要求高、槽满率低、电机漏磁大等缺点,提出了一种新型单绕组无轴承永磁薄片电机(M-BPMSM)结构,在每相绕组端部通入转矩电流,同时在绕组中点处注入悬浮力电流,实现薄片转子的旋转和悬浮。阐述了M-BPMSM的悬浮力产生原理,推导了其径向悬浮力的精确数学模型。在该模型的基础上建立了一种悬浮力双闭环补偿控制策略,当电机负载变化导致悬浮力幅值和方向改变时,使用该策略可以对径向悬浮力进行补偿,实现悬浮力的精确控制。利用MATLAB软件构建了仿真系统,仿真结果表明:采用悬浮力双闭环补偿控制策略对M-BPMSM进行控制,径向悬浮力具有较高的控制精度和较快的响应速度,且具有良好的动、静态性能。     

无轴承永磁同步电机转子偏心位移的直接控制

无轴承电机运行时由于负载扰动使其转子产生的径向偏心影响了其稳定悬浮性能，因此如何采取直接有效的方法控制转子偏心位移、使转子稳定悬浮成为无轴承电机研究的重点。文中对无轴承电机中的麦克斯韦力进行详细研究后，根据径向偏心位移和径向悬浮力之间的关系，基于可控径向悬浮力产生的机理，采用转子磁场定向，对转子偏心位移的控制提出了一种全新的控制方法：无轴承永磁同步电机转子偏心位移的直接控制，并设计了相应的控制系统。仿真结果表明，该方法有效地提高了无轴承电机稳定悬浮运行的动、静态性能，实现了对转子偏心位移的直接控制。     

基于动态坐标系的无轴承永磁薄片电机悬浮力建模及控制

对无轴承永磁薄片电机(BPMSM)运行过程中产生的偏心位移,以最大偏心方向作为横坐标方向,建立转子偏心的动态坐标系。在该坐标系下采用麦克斯韦应力张量法建立径向悬浮力数学模型。在该模型基础上,提出一种针对转子偏心位移的直接控制策略,设计相应控制器;在MATLAB环境中对BPMSM进行了起动、阶跃响应等仿真试验,并进行了初步试验研究。仿真及试验结果表明采用这种方法进行建模和控制,电机转子能够稳定悬浮,电机具有良好的动、静态特性,验证了控制方法的有效性。     

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。     

无轴承薄片转子永磁电动机有限元分析

无轴承薄片转子永磁电动机在特殊的液体传输领域具有广泛的应用前景.本文首先介绍了电动机的工作原理,推导了电机的径向悬浮力数学模型;然后用有限元Ansys软件,分析了电机转矩绕组和径向悬浮力绕组分别产生的磁场以及合成磁场的分布情况,来验证径向悬浮力产生的原理.最后分析计算了电机在转矩绕组电流不变时径向悬浮力和径向悬浮力绕组中电流的关系;并分析了在气隙不变时径向悬浮力与永磁体厚度之间的关系,以及在永磁体厚度不变的条件下,径向悬浮力和气隙大小之间的关系.研究结果对无轴承永磁薄片转子电机的优化设计具有参考价值.     

计及偏心及洛仑兹力的永磁型无轴承电机建模与控制研究

对转子偏心情况下永磁型无轴承电机中2种磁悬浮力的产生机制进行了深入的理论分析和数学建模；特別揭示了转子偏心、转矩绕组磁场对悬浮力控制及悬浮绕组磁场对转矩控制的耦合影响；提出一种实用的悬浮力及转矩控制方案，并通过在一台表面贴装无轴承永磁同步电动机上进行的实验验证了其有效性和实用性。实验结果表明考虑转子偏心和洛仑兹力的影响有效的提高了无轴承电机悬浮运行时的稳态精度和动态响应速度，极大的拓宽了其应用领域。     

基于SVPWM的无轴承永磁同步电机转子磁场定向控制系统研究

无轴承永磁同步电机是一复杂的强耦合非线性系统,建立精确的电磁转矩和径向悬浮力数学模型是设计无轴承永磁同步电机控制系统的前提,实现径向悬浮力与电磁转矩之间的解耦是电机稳定运行的基础。文中在引入机械/电气坐标系的基础上,建立了电机的精确数学模型。采用基于SVPWM的转子磁场定向控制策略来实现无轴承永磁同步电机的解耦控制。在此基础上构建了控制系统框图和试验平台,设计了该控制系统的软件结构,最后实验验证了该控制方法的有效性。     

Halbach阵列无轴承永磁电机有限元分析

针对气隙磁密对无轴承永磁电机可靠性、转矩脉动及径向悬浮力的影响,提出了Halbach阵列永磁转子结构。从无轴承永磁电机的转子结构出发,对常规面贴式永磁转子和Halbach阵列永磁转子进行了比较分析,并用Ansoft进行了有限元分析,得出了两种不同转子结构的磁力线分布图及气隙磁密波形,分别对两种转子结构的无轴承永磁电机的径向悬浮力与悬浮力绕组电流的关系进行了对比。分析结果表明:Halbach阵列应用在无轴承永磁电机中能显著提高气隙磁密及其正弦特性,增大径向悬浮力。Halbach阵列应用于无轴承永磁电机具有可行性和可靠性。     

永磁型无轴承电机的完整系统建模

为实现永磁型无轴承电机的稳定悬浮运行，须对转矩和悬浮力进行实时控制。电磁转矩和磁悬浮力的精确计算是无轴承电机设计及其控制的基础。传统的永磁型无轴承电机数学模型将转矩与悬浮力作为两个独立的系统来考虑，忽略了它们之间的非线性电磁耦合关系，因此计算精度不理想。该文通过虚位移法推导、并建立了考虑转矩绕组与悬浮绕组之间非线性电磁耦合关系及转子运动的面贴式永磁型无轴承电机完整系统数学模型，并通过有限元分析提取了模型中的关键参数。基于此模型实现了转子磁场定向控制的悬浮运行仿真，通过与传统数学模型的仿真结果对比，验证了该模型的精确性与完整性。     

考虑磁饱和的共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机径向力模型

无轴承开关磁阻电机一般工作在磁路饱和状态,其径向力解析模型的建立是实现稳定悬浮控制的基础.针对无轴承开关磁阻电机径向力的严重非线性问题,提出了一种用一次线性关系描述材料磁化特性的拟合方法,利用该方法针对一台共悬浮绕组式无轴承开关磁阻电机求取了气隙磁场强度,并利用麦克斯韦应力法推导了考虑磁饱和的全周期径向力解析模型.搭建了样机的有限元模型并进行了仿真分析,将仿真结果与线性模型、考虑磁饱和的径向力解析模型计算结果比较,验证了在大电流饱和状态下该模型的准确性.所建的径向力解析模型无需分段,即可在整个电机工作区计算电机径向力,将其应用于控制系统中具有计算速度快、通用性强的特点,为无轴承开关磁阻电机控制策略的研究奠定了理论基础.     

Halbach阵列永磁型无轴承电机特性研究

在分析永磁型无轴承电机径向悬浮力产生机理及转子永磁体Halbach阵列基础上,设计了一种Halbach阵列永磁型无轴承电机,采用耦合电路瞬态有限元分析方法对径向磁化永磁转子和Halbach阵列永磁转子的气隙磁密波形及高次谐波、径向悬浮力、反电动势及转矩进行比较分析。研究结果表明:永磁型无轴承电机转子永磁体采用Halbach阵列结构能显著提高气隙磁密幅值及其正弦特性,增大径向悬浮力与转矩,减小悬浮力、转矩及反电动势的脉动。