无轴承电机悬浮控制系统的设计

无轴承电机是利用磁悬浮轴承和交流电机结构的相似性,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,使电机的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,无轴承电机悬浮控制系统设计是该研究的关键。介绍了无轴承电机悬浮控制的基本原理,设计出了基于转矩绕组转子磁场定向的悬浮控制系统。     

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。     

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。     

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。     

磁悬浮无轴承异步电动机仿真

阐述了磁悬浮无轴承电机的基本状况，分析了磁悬浮无轴承异步电动机悬浮力产生的机理，按照气隙磁场定向控制设计了控制系统，将磁悬浮无轴承异步电动机等效成两台普通电机一转矩电机和悬浮力电机，建立了仿真分析模型，并进行了整个电机系统的仿真。     

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。     

新型交替极无轴承永磁电机的原理与实现

传统永磁型无轴承电机悬浮力和转矩控制存在耦合，该文对一种新型交替极转子结构的无轴承永磁电机的磁悬浮原理进行了深入分析和数学建模，指出该类型电机所具有的独特的悬浮控制和转矩控制解耦的特点，并构建了无轴承交替极永磁电机的实时控制系统。实验结果表明实现了该新型无轴承永磁电机的动、静态稳定悬浮，验证了悬浮与转矩控制解耦的特性。     

无轴承绕线型异步电机瞬态响应的有限元分析及实验研究

无轴承电机集磁性悬浮与转矩驱动于一体,具有无摩擦、无磨损、无损耗、免维修、寿命长等独特优点,从根本上改变了传统的支承与传动形式.该文介绍一种无轴承绕线型异步电机,通过瞬态有限元分析法(TFEM)计算其径向力和转矩的瞬态响应,结果表明该无轴承电机可以同时产生支承转子重量的稳定径向力与恒定转矩,且其控制电流相互独立,与鼠笼型转子无轴承异步电机相比,前者能够产生更有效的径向力,且转矩不受径向力绕组电流干扰;并在基于SVM-DTC的磁悬浮异步电机悬浮子系统独立控制实验平台上加以测试,结果表明该系统能够实现了无轴承绕线型异步电动稳定悬浮.     

基于神经网络的无轴承电机悬浮子系统仿真研究

无轴承电机电磁转矩和磁悬浮力的独立控制是实现电机超高速运转的有效途径。论文在研究电机磁悬浮机理的基础上，推导了磁悬浮力的数学模型，提出了1种基于DRNN神经网络整定的PID控制方法，将该控制方法应用于转子悬浮控制子系统中，并应用MATLAB工具进行了系统仿真。仿真结果表明，该控制系统具有很好的性能，能够实现电机的稳定悬浮。     

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。     

无轴承同步磁阻电机的悬浮系统控制策略

传统无轴承同步磁阻电机悬浮系统控制方案的前提都是获取转矩绕组和悬浮绕组的电流,没有考虑转矩绕组气隙磁链影响,影响悬浮系统控制精度。重新建立了基于转矩绕组磁链的无轴承同步磁阻电机悬浮力方程,采用电压-电流模型法观测转矩绕组气隙磁链,设计了新型滤波环节,实现了基于转矩绕组磁链观测的无轴承同步磁阻电机悬浮系统独立控制。对样机控制系统进行了仿真和实验研究,仿真和实验结果表明该控制方法使悬浮系统具有良好的动、静态性能。     

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。     

混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机悬浮特性分析EI北大核心CSCD

单绕组磁悬浮开关磁阻电机可以实现全功率转矩和转矩/悬浮两种模式运行,具有转矩系统与悬浮系统高度集成的独特优势,但存在悬浮力输出范围有限的弊端。针对上述问题,该文将单绕组磁悬浮开关磁阻电机模块设计,与直流磁悬浮轴承一体化集成,形成混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机(hybrid single winding bearingless switched reluctance motor,HSWBSRM)。进一步将HSWBSRM宽支承系统的定子凸极与转子凸极设计为宽齿-窄齿互相配合形式,引入轴向充磁永磁体提供产生悬浮力的偏置磁场,提高悬浮力输出能力,降低了系统的体积与悬浮功耗。该文首先阐明混合单绕组磁悬浮电机结构与运行原理,并揭示设计约束条件。针对典型实验样机参数,构建三维有限元分析模型,着重围绕宽支承系统偏置、主动悬浮特性以及单绕组系统转矩/悬浮特性开展深入分析。最后,在探明宽支承系统与单绕组系统耦合特性的基础上,提出相应控制策略并构建控制系统,验证HSWBSRM悬浮机理的可行性与有效性。     

基于涡流损耗分析的永磁型无轴承电机优化

针对永磁型无轴承电机在高速运行时,转子涡流损耗导致永磁体发热严重,导致永磁体存在不可逆退磁的难题。在分析永磁型无轴承电机转矩和径向力产生机理的基础上,研究了径向力、转矩绕组磁场和悬浮绕组磁场的相对运动关系,给出了永磁型无轴承电机单一方向稳定可控径向力的产生条件,采用2D耦合电路瞬态有限元法,计算了转子空载涡流损耗,比较了永磁型无轴承电机极对数为PB=PM+1和PB=PM-1时的转子涡流损耗。研究结果表明,永磁型无轴承电机转子涡流损耗主要是由悬浮绕组磁场产生,采用PB=PM+1结构时,转子涡流损耗最小,PM=1,PB=2结构最适合高速运行。     

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。     

磁悬浮开关磁阻电机二阶滑模直接悬浮力控制

为解决单绕组磁悬浮开关磁阻电机的转矩和悬浮力脉动、转子中心位置偏移问题,研究直接转矩与二阶滑模直接悬浮力控制。鉴于电机的单绕组运行方式,采用五电平功率变换器,结合麦克斯韦应力和机电能量转换原理,推导出磁链、电压、转矩和悬浮力的直接数值解析模型,构建分电压输入模块,实现转矩与悬浮力解耦控制。引入位移高阶导数项,构造适用于二阶系统的超螺旋算法,基于该算法设计转子位移控制器。样机控制系统仿真结果表明,直接转矩与二阶滑模直接悬浮力控制能有效减小系统抖振,实现转子高精度悬浮,提高动态悬浮性能,具有较强的鲁棒性。     

一种新型无轴承无刷直流电机电磁性能的有限元分析

将磁悬浮技术引入传统无刷直流电机中得到了二自由度无轴承无刷直流电机,从而实现了无刷直流电机的更高转速运行。针对所采用的新型绕组结构,深入分析了电机悬浮力的产生机理,并运用Ansoft/Maxwell软件对电机电磁性能进行了有限元分析,通过对仿真结果的研究,确定了磁饱和对电机悬浮力产生的影响及转矩绕组电流与悬浮绕组电流的最佳取值范围,并验证了所设计无轴承无刷直流电机的自解耦特性,从而证明该新型无轴承无刷直流电机设计方案的可行性,降低了其控制系统的设计难度。     

无轴承异步电机数学模型与解耦控制

针对无轴承异步电机是一个强耦合的非线性复杂系统,实现其电磁转矩和径向悬浮力之间的成功解耦是电机稳定悬浮工作的关键问题.在给出了无轴承异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旋转部分的数学模型,并采用转子磁场定向控制策略设计了无轴承异步电机矢量控制系统,利用Matlab/Simulink工具箱对该控制系统进行了仿真.仿真试验表明,该控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮,而且实现了径向悬浮力和旋转力矩之间的解耦控制,电机具有良好的动、静态性能.     

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.